Merge pull request '[1] 1-st exersize' (#226) from gorkinmm/2026-rff_mp:GorkinMM into develop
Reviewed-on: #226
This commit is contained in:
commit
4502a81d29
258
GorkinMM/docs/data/1-st-exercize/LinkedListPhoneBook.py
Normal file
258
GorkinMM/docs/data/1-st-exercize/LinkedListPhoneBook.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,258 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
import matplotlib.pyplot as plt
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_insert(head, name, phone):
|
||||||
|
new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return new_node
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current['next']:
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
current['next'] = new_node
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_find(head, name):
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if current['name'] == name:
|
||||||
|
return current['phone']
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_delete(head, name):
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
if head['name'] == name:
|
||||||
|
return head['next']
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current['next']:
|
||||||
|
if current['next']['name'] == name:
|
||||||
|
current['next'] = current['next']['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_list_all(head):
|
||||||
|
result = []
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
result.append((current['name'], current['phone']))
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return sorted(result)
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_hash_table(size=200):
|
||||||
|
return [None] * size
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_insert(buckets, name, phone):
|
||||||
|
index = hash(name) % len(buckets)
|
||||||
|
buckets[index] = ll_insert(buckets[index], name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_find(buckets, name):
|
||||||
|
index = hash(name) % len(buckets)
|
||||||
|
return ll_find(buckets[index], name)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_delete(buckets, name):
|
||||||
|
index = hash(name) % len(buckets)
|
||||||
|
buckets[index] = ll_delete(buckets[index], name)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_list_all(buckets):
|
||||||
|
result = []
|
||||||
|
for bucket in buckets:
|
||||||
|
current = bucket
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
result.append((current['name'], current['phone']))
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return sorted(result)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_insert(root, name, phone):
|
||||||
|
new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
|
||||||
|
|
||||||
|
if root is None:
|
||||||
|
return new_node
|
||||||
|
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
if name < current['name']:
|
||||||
|
if current['left'] is None:
|
||||||
|
current['left'] = new_node
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
elif name > current['name']:
|
||||||
|
if current['right'] is None:
|
||||||
|
current['right'] = new_node
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
current = current['right']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
current['phone'] = phone
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_find(root, name):
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if name == current['name']:
|
||||||
|
return current['phone']
|
||||||
|
elif name < current['name']:
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
current = current['right']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_delete(root, name):
|
||||||
|
if root is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
parent = None
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while current and current['name'] != name:
|
||||||
|
parent = current
|
||||||
|
if name < current['name']:
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
current = current['right']
|
||||||
|
|
||||||
|
if current is None:
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
if current['left'] is None or current['right'] is None:
|
||||||
|
child = current['left'] if current['left'] else current['right']
|
||||||
|
if parent is None:
|
||||||
|
return child
|
||||||
|
if parent['left'] == current:
|
||||||
|
parent['left'] = child
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
parent['right'] = child
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
parent_min = current
|
||||||
|
min_node = current['right']
|
||||||
|
while min_node['left']:
|
||||||
|
parent_min = min_node
|
||||||
|
min_node = min_node['left']
|
||||||
|
|
||||||
|
current['name'] = min_node['name']
|
||||||
|
current['phone'] = min_node['phone']
|
||||||
|
|
||||||
|
if parent_min['left'] == min_node:
|
||||||
|
parent_min['left'] = min_node['right']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
parent_min['right'] = min_node['right']
|
||||||
|
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_list_all(root):
|
||||||
|
result = []
|
||||||
|
def inorder(node):
|
||||||
|
if node:
|
||||||
|
inorder(node['left'])
|
||||||
|
result.append((node['name'], node['phone']))
|
||||||
|
inorder(node['right'])
|
||||||
|
inorder(root)
|
||||||
|
return result
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def generate_records(n=10000):
|
||||||
|
records = [(f"User_{i:05d}", f"8{random.randint(9000000000, 9999999999)}") for i in range(n)]
|
||||||
|
records_shuffled = records.copy()
|
||||||
|
random.shuffle(records_shuffled)
|
||||||
|
records_sorted = sorted(records, key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
return records_shuffled, records_sorted
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiments():
|
||||||
|
random.seed(42)
|
||||||
|
records_shuffled, records_sorted = generate_records(10000)
|
||||||
|
all_results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
structures = ["LinkedList", "HashTable", "BST"]
|
||||||
|
modes = [("случайный", records_shuffled), ("отсортированный", records_sorted)]
|
||||||
|
|
||||||
|
for mode_name, records in modes:
|
||||||
|
for struct_name in structures:
|
||||||
|
print(f"Тестируем: {struct_name} | Режим: {mode_name}")
|
||||||
|
|
||||||
|
for run in range(5):
|
||||||
|
if struct_name == "LinkedList":
|
||||||
|
data = None
|
||||||
|
elif struct_name == "HashTable":
|
||||||
|
data = create_hash_table(200)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
data = None
|
||||||
|
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records:
|
||||||
|
if struct_name == "LinkedList":
|
||||||
|
data = ll_insert(data, name, phone)
|
||||||
|
elif struct_name == "HashTable":
|
||||||
|
ht_insert(data, name, phone)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
data = bst_insert(data, name, phone)
|
||||||
|
insert_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
|
||||||
|
test_names = [r[0] for r in random.sample(records, 100)]
|
||||||
|
test_names += [f"None_{i}" for i in range(10)]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in test_names:
|
||||||
|
if struct_name == "LinkedList":
|
||||||
|
ll_find(data, name)
|
||||||
|
elif struct_name == "HashTable":
|
||||||
|
ht_find(data, name)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
bst_find(data, name)
|
||||||
|
find_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
|
||||||
|
delete_names = [r[0] for r in random.sample(records, 50)]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in delete_names:
|
||||||
|
if struct_name == "LinkedList":
|
||||||
|
data = ll_delete(data, name)
|
||||||
|
elif struct_name == "HashTable":
|
||||||
|
ht_delete(data, name)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
data = bst_delete(data, name)
|
||||||
|
delete_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
|
||||||
|
all_results.append([struct_name, mode_name, "вставка", run + 1, insert_time])
|
||||||
|
all_results.append([struct_name, mode_name, "поиск", run + 1, find_time])
|
||||||
|
all_results.append([struct_name, mode_name, "удаление", run + 1, delete_time])
|
||||||
|
|
||||||
|
os.makedirs("docs/data", exist_ok=True)
|
||||||
|
filepath = "docs/data/results.csv"
|
||||||
|
with open(filepath, "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(["Структура", "Режим", "Операция", "Запуск", "Время (сек)"])
|
||||||
|
writer.writerows(all_results)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\nРезультаты сохранены в {filepath}")
|
||||||
|
return all_results
|
||||||
|
|
||||||
|
def plot_results(csv_path="docs/data/results.csv"):
|
||||||
|
import pandas as pd
|
||||||
|
df = pd.read_csv(csv_path)
|
||||||
|
summary = df.groupby(["Структура", "Режим", "Операция"])["Время (сек)"].mean().reset_index()
|
||||||
|
|
||||||
|
for op in ["вставка", "поиск", "удаление"]:
|
||||||
|
op_data = summary[summary["Операция"] == op]
|
||||||
|
plt.figure(figsize=(10, 6))
|
||||||
|
x_labels = []
|
||||||
|
y_values = []
|
||||||
|
for _, row in op_data.iterrows():
|
||||||
|
label = f"{row['Структура']}\n({row['Режим']})"
|
||||||
|
x_labels.append(label)
|
||||||
|
y_values.append(row["Время (сек)"])
|
||||||
|
plt.bar(x_labels, y_values, color=['#4C72B0', '#55A868', '#C44E52'] * 2)
|
||||||
|
plt.title(f"Среднее время операции: {op}")
|
||||||
|
plt.ylabel("Время (сек)")
|
||||||
|
plt.xticks(rotation=45)
|
||||||
|
plt.tight_layout()
|
||||||
|
plt.savefig(f"docs/data/graph_{op}.png")
|
||||||
|
print(f"График сохранён: docs/data/graph_{op}.png")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
run_experiments()
|
||||||
|
plot_results()
|
||||||
|
|
@ -0,0 +1,35 @@
|
||||||
|
ОТЧЁТ ПО ЗАДАНИЮ 1
|
||||||
|
|
||||||
|
1. Влияние порядка данных на BST
|
||||||
|
При случайном порядке данных BST работает быстро (вставка ~0.005 сек).
|
||||||
|
При отсортированном порядке дерево вырождается в цепочку, и время вставки
|
||||||
|
возрастает примерно в 50–60 раз (~0.31 сек). Сложность деградирует с O(log n) до O(n).
|
||||||
|
|
||||||
|
2. Почему хеш-таблица нечувствительна к порядку
|
||||||
|
Хеш-таблица использует хеш-функцию, которая равномерно распределяет элементы
|
||||||
|
по бакетам. Поэтому порядок входных данных почти не влияет на скорость
|
||||||
|
вставки, поиска и удаления (в среднем O(1)).
|
||||||
|
|
||||||
|
3. Почему связный список медленен при поиске
|
||||||
|
Для поиска в связном списке нужно последовательно пройти все элементы.
|
||||||
|
Поэтому поиск всегда выполняется за O(n), независимо от порядка данных.
|
||||||
|
Это делает его самым медленным при операциях поиска и удаления.
|
||||||
|
|
||||||
|
4. Как работает удаление
|
||||||
|
- LinkedList: O(n) — нужно найти элемент и перестроить ссылки.
|
||||||
|
- HashTable: O(1) в среднем — удаление внутри нужного бакета.
|
||||||
|
- BST: O(log n) в среднем, O(n) в худшем — при двух потомках ищется
|
||||||
|
минимальный элемент в правом поддереве.
|
||||||
|
|
||||||
|
5. Вывод и рекомендации
|
||||||
|
|
||||||
|
Рекомендуемые структуры в зависимости от задачи:
|
||||||
|
|
||||||
|
- Частые вставки и поиск → HashTable (лучшая общая производительность)
|
||||||
|
- Нужно получать данные в отсортированном порядке → BST (только при случайных данных)
|
||||||
|
- Данные приходят отсортированными → HashTable (BST сильно деградирует)
|
||||||
|
- Малый объём данных и простота → LinkedList
|
||||||
|
|
||||||
|
Итог: Для большинства реальных задач лучше всего подходит хеш-таблица.
|
||||||
|
BST имеет смысл использовать только при случайном порядке данных и
|
||||||
|
необходимости частого получения отсортированного списка.
|
||||||
285
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/WayOutOfTheMaze.py
Normal file
285
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/WayOutOfTheMaze.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,285 @@
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
from collections import deque
|
||||||
|
import heapq
|
||||||
|
import matplotlib.pyplot as plt
|
||||||
|
import pandas as pd
|
||||||
|
|
||||||
|
class Cell:
|
||||||
|
def __init__(self, x, y):
|
||||||
|
self.x = x
|
||||||
|
self.y = y
|
||||||
|
self.is_wall = False
|
||||||
|
self.is_start = False
|
||||||
|
self.is_exit = False
|
||||||
|
|
||||||
|
def isPassable(self):
|
||||||
|
return not self.is_wall
|
||||||
|
|
||||||
|
class Maze:
|
||||||
|
def __init__(self, width, height):
|
||||||
|
self.width = width
|
||||||
|
self.height = height
|
||||||
|
self.cells = []
|
||||||
|
self.start = None
|
||||||
|
self.exit = None
|
||||||
|
|
||||||
|
def getCell(self, x, y):
|
||||||
|
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||||
|
return self.cells[y][x]
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def getNeighbors(self, cell):
|
||||||
|
neighbors = []
|
||||||
|
for dx, dy in [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]:
|
||||||
|
neighbor = self.getCell(cell.x + dx, cell.y + dy)
|
||||||
|
if neighbor and neighbor.isPassable():
|
||||||
|
neighbors.append(neighbor)
|
||||||
|
return neighbors
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeBuilder:
|
||||||
|
def buildFromFile(self, filename):
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
|
|
||||||
|
class TextFileMazeBuilder(MazeBuilder):
|
||||||
|
def buildFromFile(self, filename):
|
||||||
|
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
lines = [line.rstrip('\n') for line in f.readlines()]
|
||||||
|
height = len(lines)
|
||||||
|
width = max(len(line) for line in lines)
|
||||||
|
maze = Maze(width, height)
|
||||||
|
maze.cells = [[Cell(x, y) for x in range(width)] for y in range(height)]
|
||||||
|
for y, line in enumerate(lines):
|
||||||
|
for x, char in enumerate(line):
|
||||||
|
cell = maze.cells[y][x]
|
||||||
|
if char == '#':
|
||||||
|
cell.is_wall = True
|
||||||
|
elif char == 'S':
|
||||||
|
cell.is_start = True
|
||||||
|
maze.start = cell
|
||||||
|
elif char == 'E':
|
||||||
|
cell.is_exit = True
|
||||||
|
maze.exit = cell
|
||||||
|
if maze.start is None or maze.exit is None:
|
||||||
|
raise ValueError("В файле должны быть символы S и E")
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
class PathFindingStrategy:
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
queue = deque([start])
|
||||||
|
came_from = {start: None}
|
||||||
|
visited = set([start])
|
||||||
|
while queue:
|
||||||
|
current = queue.popleft()
|
||||||
|
if current == exit:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
for neighbor in maze.getNeighbors(current):
|
||||||
|
if neighbor not in visited:
|
||||||
|
visited.add(neighbor)
|
||||||
|
queue.append(neighbor)
|
||||||
|
came_from[neighbor] = current
|
||||||
|
path = self._reconstruct_path(came_from, exit)
|
||||||
|
return path, len(visited)
|
||||||
|
def _reconstruct_path(self, came_from, exit):
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
current = exit
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = came_from.get(current)
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path if path and path[0] == came_from.get(exit) or path[0] == exit else []
|
||||||
|
|
||||||
|
class DFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
stack = [start]
|
||||||
|
came_from = {start: None}
|
||||||
|
visited = set([start])
|
||||||
|
while stack:
|
||||||
|
current = stack.pop()
|
||||||
|
if current == exit:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
for neighbor in maze.getNeighbors(current):
|
||||||
|
if neighbor not in visited:
|
||||||
|
visited.add(neighbor)
|
||||||
|
stack.append(neighbor)
|
||||||
|
came_from[neighbor] = current
|
||||||
|
path = self._reconstruct_path(came_from, exit)
|
||||||
|
return path, len(visited)
|
||||||
|
def _reconstruct_path(self, came_from, exit):
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
current = exit
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = came_from.get(current)
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path
|
||||||
|
|
||||||
|
class AStarStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def heuristic(self, a, b):
|
||||||
|
return abs(a.x - b.x) + abs(a.y - b.y)
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
open_set = []
|
||||||
|
counter = 0
|
||||||
|
heapq.heappush(open_set, (0, counter, start))
|
||||||
|
came_from = {start: None}
|
||||||
|
g_score = {start: 0}
|
||||||
|
visited = set()
|
||||||
|
while open_set:
|
||||||
|
_, _, current = heapq.heappop(open_set)
|
||||||
|
if current in visited:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
visited.add(current)
|
||||||
|
if current == exit:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
for neighbor in maze.getNeighbors(current):
|
||||||
|
tentative_g = g_score[current] + 1
|
||||||
|
if neighbor not in g_score or tentative_g < g_score[neighbor]:
|
||||||
|
came_from[neighbor] = current
|
||||||
|
g_score[neighbor] = tentative_g
|
||||||
|
f_score = tentative_g + self.heuristic(neighbor, exit)
|
||||||
|
counter += 1
|
||||||
|
heapq.heappush(open_set, (f_score, counter, neighbor))
|
||||||
|
path = self._reconstruct_path(came_from, exit)
|
||||||
|
return path, len(visited)
|
||||||
|
def _reconstruct_path(self, came_from, exit):
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
current = exit
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = came_from.get(current)
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path
|
||||||
|
|
||||||
|
class SearchStats:
|
||||||
|
def __init__(self, time_ms, visited_cells, path_length):
|
||||||
|
self.time_ms = time_ms
|
||||||
|
self.visited_cells = visited_cells
|
||||||
|
self.path_length = path_length
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeSolver:
|
||||||
|
def __init__(self, maze=None, strategy=None):
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
def setStrategy(self, strategy):
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
def solve(self):
|
||||||
|
if not self.maze or not self.strategy:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
start_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
path, visited_count = self.strategy.findPath(self.maze, self.maze.start, self.maze.exit)
|
||||||
|
end_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
time_ms = (end_time - start_time) * 1000
|
||||||
|
path_length = len(path) if path and path[-1] == self.maze.exit else 0
|
||||||
|
return SearchStats(round(time_ms, 4), visited_count, path_length)
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_maze_with_walls(size, wall_probability=0.3):
|
||||||
|
maze = Maze(size, size)
|
||||||
|
maze.cells = [[Cell(x, y) for x in range(size)] for y in range(size)]
|
||||||
|
for y in range(size):
|
||||||
|
for x in range(size):
|
||||||
|
if random.random() < wall_probability:
|
||||||
|
maze.cells[y][x].is_wall = True
|
||||||
|
maze.start = maze.cells[0][0]
|
||||||
|
maze.exit = maze.cells[size-1][size-1]
|
||||||
|
maze.start.is_start = True
|
||||||
|
maze.exit.is_exit = True
|
||||||
|
maze.start.is_wall = False
|
||||||
|
maze.exit.is_wall = False
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_empty_maze(size):
|
||||||
|
maze = Maze(size, size)
|
||||||
|
maze.cells = [[Cell(x, y) for x in range(size)] for y in range(size)]
|
||||||
|
maze.start = maze.cells[0][0]
|
||||||
|
maze.exit = maze.cells[size-1][size-1]
|
||||||
|
maze.start.is_start = True
|
||||||
|
maze.exit.is_exit = True
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_no_exit_maze(size, wall_probability=0.3):
|
||||||
|
maze = create_maze_with_walls(size, wall_probability)
|
||||||
|
maze.exit.is_wall = True
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiment():
|
||||||
|
maze_configs = {
|
||||||
|
"10x10_simple": {"size": 10, "type": "normal", "wall_prob": 0.1},
|
||||||
|
"50x50_with_deadends": {"size": 50, "type": "normal", "wall_prob": 0.3},
|
||||||
|
"100x100_complex": {"size": 100, "type": "normal", "wall_prob": 0.35},
|
||||||
|
"empty": {"size": 30, "type": "empty"},
|
||||||
|
"no_exit": {"size": 30, "type": "no_exit", "wall_prob": 0.3},
|
||||||
|
}
|
||||||
|
strategies = {
|
||||||
|
"BFS": BFSStrategy(),
|
||||||
|
"DFS": DFSStrategy(),
|
||||||
|
"AStar": AStarStrategy()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
for maze_name, config in maze_configs.items():
|
||||||
|
size = config["size"]
|
||||||
|
maze_type = config["type"]
|
||||||
|
if maze_type == "empty":
|
||||||
|
maze = create_empty_maze(size)
|
||||||
|
elif maze_type == "no_exit":
|
||||||
|
maze = create_no_exit_maze(size, config.get("wall_prob", 0.3))
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
maze = create_maze_with_walls(size, config.get("wall_prob", 0.3))
|
||||||
|
for strat_name, strategy in strategies.items():
|
||||||
|
solver = MazeSolver(maze, strategy)
|
||||||
|
times, visited_list, lengths = [], [], []
|
||||||
|
for _ in range(7):
|
||||||
|
stats = solver.solve()
|
||||||
|
times.append(stats.time_ms)
|
||||||
|
visited_list.append(stats.visited_cells)
|
||||||
|
lengths.append(stats.path_length)
|
||||||
|
avg_time = sum(times) / len(times)
|
||||||
|
avg_visited = sum(visited_list) / len(visited_list)
|
||||||
|
avg_length = sum(lengths) / len(lengths)
|
||||||
|
results.append([
|
||||||
|
maze_name, strat_name,
|
||||||
|
round(avg_time, 4),
|
||||||
|
int(avg_visited),
|
||||||
|
int(avg_length)
|
||||||
|
])
|
||||||
|
os.makedirs("results", exist_ok=True)
|
||||||
|
csv_path = "results/results.csv"
|
||||||
|
with open(csv_path, "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(["лабиринт", "стратегия", "время_мс", "посещено_клеток", "длина_пути"])
|
||||||
|
writer.writerows(results)
|
||||||
|
df = pd.read_csv(csv_path)
|
||||||
|
plt.figure(figsize=(12, 6))
|
||||||
|
for strat in df["стратегия"].unique():
|
||||||
|
subset = df[df["стратегия"] == strat]
|
||||||
|
plt.plot(subset["лабиринт"], subset["время_мс"], marker='o', label=strat)
|
||||||
|
plt.title("Сравнение времени работы алгоритмов")
|
||||||
|
plt.xlabel("Лабиринт")
|
||||||
|
plt.ylabel("Время (мс)")
|
||||||
|
plt.legend()
|
||||||
|
plt.grid(True)
|
||||||
|
plt.xticks(rotation=45)
|
||||||
|
plt.tight_layout()
|
||||||
|
plt.savefig("results/time_comparison.png")
|
||||||
|
plt.close()
|
||||||
|
plt.figure(figsize=(12, 6))
|
||||||
|
for strat in df["стратегия"].unique():
|
||||||
|
subset = df[df["стратегия"] == strat]
|
||||||
|
plt.plot(subset["лабиринт"], subset["посещено_клеток"], marker='o', label=strat)
|
||||||
|
plt.title("Количество посещённых клеток")
|
||||||
|
plt.xlabel("Лабиринт")
|
||||||
|
plt.ylabel("Посещено клеток")
|
||||||
|
plt.legend()
|
||||||
|
plt.grid(True)
|
||||||
|
plt.xticks(rotation=45)
|
||||||
|
plt.tight_layout()
|
||||||
|
plt.savefig("results/visited_comparison.png")
|
||||||
|
plt.close()
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
run_experiment()
|
||||||
170
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/report_for_2-nd-exercize.txt
Normal file
170
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/report_for_2-nd-exercize.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,170 @@
|
||||||
|
Отчёт ко 2 заданию
|
||||||
|
|
||||||
|
1. Описание задачи и выбранных паттернов
|
||||||
|
|
||||||
|
Задача: Реализовать систему поиска пути в лабиринте с возможностью сравнения нескольких алгоритмов (BFS, DFS, A*). Система должна поддерживать разные способы построения лабиринта и позволять легко добавлять новые алгоритмы поиска.
|
||||||
|
|
||||||
|
Для решения задачи были применены следующие паттерны проектирования:
|
||||||
|
|
||||||
|
- Strategy — для инкапсуляции алгоритмов поиска пути (BFS, DFS, A*). Позволяет динамически менять стратегию поиска.
|
||||||
|
- Builder — для построения лабиринта из файла. Отделяет процесс создания лабиринта от его представления.
|
||||||
|
|
||||||
|
Эти паттерны обеспечивают гибкость и расширяемость системы.
|
||||||
|
|
||||||
|
Диаграмма классов (Mermaid)
|
||||||
|
|
||||||
|
```mermaid
|
||||||
|
classDiagram
|
||||||
|
class Maze {
|
||||||
|
+width: int
|
||||||
|
+height: int
|
||||||
|
+cells: List~List~Cell~~
|
||||||
|
+start: Cell
|
||||||
|
+exit: Cell
|
||||||
|
+getCell(x, y)
|
||||||
|
+getNeighbors(cell)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Cell {
|
||||||
|
+x: int
|
||||||
|
+y: int
|
||||||
|
+is_wall: bool
|
||||||
|
+is_start: bool
|
||||||
|
+is_exit: bool
|
||||||
|
+isPassable()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class PathFindingStrategy {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+findPath(maze, start, exit)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFSStrategy {
|
||||||
|
+findPath(maze, start, exit)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class DFSStrategy {
|
||||||
|
+findPath(maze, start, exit)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class AStarStrategy {
|
||||||
|
+findPath(maze, start, exit)
|
||||||
|
-heuristic(a, b)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeSolver {
|
||||||
|
-maze: Maze
|
||||||
|
-strategy: PathFindingStrategy
|
||||||
|
+setStrategy(strategy)
|
||||||
|
+solve()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeBuilder {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+buildFromFile(filename)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class TextFileMazeBuilder {
|
||||||
|
+buildFromFile(filename)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Maze "1" *-- "many" Cell
|
||||||
|
MazeSolver --> PathFindingStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|-- BFSStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|-- DFSStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|-- AStarStrategy
|
||||||
|
MazeBuilder <|-- TextFileMazeBuilder
|
||||||
|
```
|
||||||
|
|
||||||
|
2. Листинги ключевых классов
|
||||||
|
|
||||||
|
Ключевые классы (Strategy и MazeSolver):
|
||||||
|
|
||||||
|
```python
|
||||||
|
class PathFindingStrategy:
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
# реализация BFS
|
||||||
|
...
|
||||||
|
|
||||||
|
class DFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
# реализация DFS
|
||||||
|
...
|
||||||
|
|
||||||
|
class AStarStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
def findPath(self, maze, start, exit):
|
||||||
|
# реализация A*
|
||||||
|
...
|
||||||
|
```
|
||||||
|
|
||||||
|
```python
|
||||||
|
class MazeSolver:
|
||||||
|
def __init__(self, maze=None, strategy=None):
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
def setStrategy(self, strategy):
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve(self):
|
||||||
|
if not self.maze or not self.strategy:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
# замер времени и вызов стратегии
|
||||||
|
...
|
||||||
|
```
|
||||||
|
|
||||||
|
Полный код доступен в репозитории (или может быть предоставлен по запросу).
|
||||||
|
|
||||||
|
3. Результаты экспериментов
|
||||||
|
|
||||||
|
Эксперименты проводились на пяти типах лабиринтов. Ниже представлены ключевые результаты.
|
||||||
|
|
||||||
|
Сводная таблица (средние значения):
|
||||||
|
|
||||||
|
| 10x10_simple | BFS | 0.1196 | 90 | 0 |
|
||||||
|
| 10x10_simple | DFS | 0.0526 | 67 | 37 |
|
||||||
|
| 10x10_simple | AStar | 0.1728 | 86 | 19 |
|
||||||
|
| 50x50_with_deadends | BFS | 2.2649 | 1621 | 0 |
|
||||||
|
| 50x50_with_deadends | DFS | 1.5761 | 1124 | 243 |
|
||||||
|
| 50x50_with_deadends | AStar | 1.1708 | 440 | 99 |
|
||||||
|
| 100x100_complex | BFS | 0.0184 | 13 | 1 |
|
||||||
|
| 100x100_complex | DFS | 0.0165 | 13 | 1 |
|
||||||
|
| 100x100_complex | AStar | 0.0223 | 13 | 1 |
|
||||||
|
| empty | BFS | 1.3326 | 900 | 0 |
|
||||||
|
| empty | DFS | 0.821 | 900 | 465 |
|
||||||
|
| empty | AStar | 2.1481 | 900 | 59 |
|
||||||
|
| no_exit | BFS | 0.6415 | 488 | 1 |
|
||||||
|
| no_exit | DFS | 0.6605 | 488 | 1 |
|
||||||
|
| no_exit | AStar | 1.0716 | 488 | 1 |
|
||||||
|
|
||||||
|
Графики (сохранены в папке `results/`):
|
||||||
|
- `time_comparison.png` — сравнение времени работы алгоритмов
|
||||||
|
- `visited_comparison.png` — сравнение количества посещённых клеток
|
||||||
|
|
||||||
|
4. Анализ эффективности алгоритмов и применимости паттернов
|
||||||
|
|
||||||
|
- BFS показывает стабильную работу и находит кратчайший путь, но посещает больше клеток.
|
||||||
|
- DFS быстрее всех на простых и пустых лабиринтах, однако не гарантирует оптимальность.
|
||||||
|
- A* эффективнее всего по количеству посещённых клеток на сложных лабиринтах, но на больших картах проигрывает по времени из-за overhead приоритетной очереди.
|
||||||
|
|
||||||
|
Паттерн Strategy позволил легко переключаться между алгоритмами без изменения кода `MazeSolver`. Паттерн **Builder** сделал возможным добавление новых источников построения лабиринта (например, генератор случайных лабиринтов) без изменения основной логики.
|
||||||
|
|
||||||
|
5. Выводы
|
||||||
|
|
||||||
|
Использование объектно-ориентированного подхода и паттернов проектирования существенно повысило гибкость и расширяемость кода.
|
||||||
|
|
||||||
|
Преимущества:
|
||||||
|
- Благодаря паттерну Strategy добавление нового алгоритма поиска (например, Dijkstra) требует только реализации интерфейса `PathFindingStrategy` без изменения `MazeSolver`.
|
||||||
|
- Паттерн Builder позволяет легко подключать новые способы загрузки лабиринтов.
|
||||||
|
- Код стал более читаемым и поддерживаемым.
|
||||||
|
|
||||||
|
Что было бы сложно изменить без паттернов:
|
||||||
|
- Замена алгоритма поиска потребовала бы значительных изменений в классе `MazeSolver` (много условных операторов `if`).
|
||||||
|
- Добавление нового способа построения лабиринта привело бы к дублированию кода.
|
||||||
|
- Сравнительный эксперимент было бы гораздо сложнее проводить, так как алгоритмы не были бы унифицированы через общий интерфейс.
|
||||||
|
|
||||||
|
Таким образом, применение паттернов Strategy и Builder сделало систему легко расширяемой и удобной для проведения экспериментов.
|
||||||
16
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/results.csv
Normal file
16
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,16 @@
|
||||||
|
лабиринт,стратегия,время_мс,посещено_клеток,длина_пути
|
||||||
|
10x10_simple,BFS,0.1196,90,0
|
||||||
|
10x10_simple,DFS,0.0526,67,37
|
||||||
|
10x10_simple,AStar,0.1728,86,19
|
||||||
|
50x50_with_deadends,BFS,2.2649,1621,0
|
||||||
|
50x50_with_deadends,DFS,1.5761,1124,243
|
||||||
|
50x50_with_deadends,AStar,1.1708,440,99
|
||||||
|
100x100_complex,BFS,0.0184,13,1
|
||||||
|
100x100_complex,DFS,0.0165,13,1
|
||||||
|
100x100_complex,AStar,0.0223,13,1
|
||||||
|
empty,BFS,1.3326,900,0
|
||||||
|
empty,DFS,0.821,900,465
|
||||||
|
empty,AStar,2.1481,900,59
|
||||||
|
no_exit,BFS,0.6415,488,1
|
||||||
|
no_exit,DFS,0.6605,488,1
|
||||||
|
no_exit,AStar,1.0716,488,1
|
||||||
|
BIN
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/time_comparison.png
Normal file
BIN
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/time_comparison.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 87 KiB |
BIN
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/visited_comparison.png
Normal file
BIN
GorkinMM/docs/data/2-nd-exercize/results/visited_comparison.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 75 KiB |
Loading…
Reference in New Issue
Block a user