ProninVV/task-2-oop/report/document.tex

@@ -0,0 +1,302 @@
+\input{preambule.tex}
+
+
+
+\begin{document}
+	
+	
+	
+	\thispagestyle{empty}
+	
+	\centerline{МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ}
+	\centerline{НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ НИЖЕГОРОДСКИЙ}
+	\centerline{ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ Н.  И. ЛОБАЧЕВСКОГО}
+	\centerline{Радиофизический факультет}
+	
+	\vfill
+	
+	\centerline{\Large{Отчет к лабораторной работе}}
+	\centerline{\large{по Методам программирования}}
+	\centerline{\Large{Поиск выхода из лабиринта }}
+	\centerline{\Large{(объектно-ориентированная реализация с паттернами)}}
+	\vfill
+	
+	Студент группы 427 \hfill Пронин Владислав Владимирович
+	
+	Преподаватель \hfill Морозов Н. С.
+	
+	\vfill
+	
+	\centerline{Н. Новгород, 2026}
+	\clearpage
+	
+	\newpage
+	
+	\tableofcontents
+	
+	\newpage
+	
+	\section{Цель работы}
+	
+	Разработать гибкую, расширяемую программу для загрузки лабиринта из файла, поиска пути от старта до выхода с возможностью выбора алгоритма, визуализации процесса и экспериментального сравнения алгоритмов. В ходе работы необходимо применить минимум 3 паттерна проектирования из списка GoF, обосновать их выбор и продемонстрировать преимущества такой архитектуры.
+	
+	
+	\section{Описание задачи и выбранных паттернов}
+	
+	
+	Используемые Паттерны:
+	\begin{itemize}
+		
+		\item Strategy (Стратегия)  \textemdash \ это поведенческий паттерн проектирования, который определяет семейство схожих алгоритмов и помещает каждый из них в собственный класс, после чего алгоритмы можно взаимозаменять прямо во время исполнения программы. Выбран, так как в данной лабораторной работе используются несколько алгоритмов, выполняющих одно и то же действие \ \textemdash \  обход графа.
+		
+		\item Builder (строитель) \textemdash \ абстрактный класс/интерфейс, который определяет все этапы, необходимые для производства сложного объекта-продукта. Позволяет отделить построение сложного объекта от его представления, создает сложные объекты, используя простые объекты и поэтапный подход. Выбран для изоляции сложного процесса парсинга текстовоо файла.
+		
+		\item Observer (Наблюдатель) \ \textemdash \ это поведенческий паттерн проектирования, который создаёт механизм подписки, позволяющий одним объектам следить и реагировать на события, происходящие в других объектах. Выбран для отделения логики приложения от вывода на экран (принцип MVC). Класс ConsoleView подписывается на события GameController и перерисовывает карту только тогда, когда игрок перемещается или путь найден.
+		
+	\end{itemize}
+	
+	
+	
+	\section{Диаграмма классов}
+	
+	\begin{figure}[H]
+		\centering
+		\includegraphics[scale=0.06]{plan.png}
+	\end{figure}
+	
+	
+	\section{Листиги Классов}
+	\subsection{Maze Solver}
+	
+	\begin{lstlisting}
+		import time
+		from Maze import Maze
+		from strategy import PathFindingStrategy
+		
+		class MazeSolver:
+		def __init__(self, maze: Maze, strategy: PathFindingStrategy):
+			self._maze = maze
+			self._strategy = strategy
+			self._observers = []
+		
+		def addObserver(self, observer):
+			"""Регистрация нового наблюдателя (например, ConsoleView)"""
+			self._observers.append(observer)
+			
+		def notify(self, event):
+			"""Уведомление всех подписчиков о событии"""
+			for observer in self._observers:
+			observer.update(event)
+		
+		def setStrategy(self, strategy):
+			self._strategy = strategy
+		
+		def solve(self):
+		
+			if not self._maze or not self._strategy:
+			raise ValueError("Не задан лабиринт или стратегия поиска!")
+			
+			start_time = time.perf_counter()
+			
+			path, visited_count = self._strategy.findPath(
+			self._maze, self._maze.start, self._maze.exit)
+			
+			end_time = time.perf_counter()
+			
+			execution_time_ms = (end_time - start_time) * 1000
+			
+			path_length = len(path)
+			
+			from ConsoleView import Event
+			self.notify(Event("path_found", {"maze": self._maze, "path": path}))
+			
+			return SearchStats(execution_time_ms, visited_count, path_length, path)
+	\end{lstlisting}
+	
+	\subsection{Maze Builder}
+	
+	\begin{lstlisting}
+		
+		from abc import ABC, abstractmethod
+		from Maze import Maze, Cell
+		
+		class MazeBuilder(ABC):
+			@abstractmethod
+			def buildFromFile(self, filename):
+				pass
+		
+		
+		class TextFileMazeBuilder(MazeBuilder):
+			def __init__(self):
+				self._maze = None
+			
+			@property
+			def maze(self):
+				return self._maze
+			
+			def buildFromFile(self, filename: str):
+			
+				with open(filename, mode='r', encoding='utf-8') as file:
+					lines = file.read().splitlines()
+					
+				height = len(lines)
+				width = len(lines[0])
+				self._maze = Maze(height, width)
+				
+				for y, line in enumerate(lines):
+					for x, char in enumerate(line):
+						cell = self._maze.getCell(x, y)
+					
+						if char == '#':
+							cell.isWall = True
+						elif char == 'S':
+							cell.isStart = True
+							self._maze.start = cell
+						elif char == 'E':
+							cell.isExit = True
+							self._maze.exit = cell
+							self._validate()
+							return self._maze
+				
+			def _validate(self):
+				if self._maze.start is None:
+					raise "в лабиринте нет старта"
+				if self._maze.exit is None:
+					raise "в лабиринте нет начала"
+		
+		
+	\end{lstlisting}
+	
+	\subsection{OBserver}
+	
+	\begin{lstlisting}
+		
+		
+		from Observer import Observer, Event
+		
+		
+		class ConsoleView(Observer):
+			def update(self, event: Event) -> None:
+				if event.type == "maze_loaded":
+					print("\n[Система] Лабиринт успешно загружен!")
+					self.render(event.data.get("maze"))
+				
+				elif event.type == "path_found":
+					print("\n[Система] Алгоритм нашёл решение!")
+					self.render(event.data.get("maze"), path=event.data.get("path"))
+				
+				elif event.type == "move":
+					print(
+					f"\n[Игрок] Переместился в точку: ({event.data.get('player_pos').x}, {event.data.get('player_pos').y})")
+					self.render(event.data.get("maze"),
+					player_position=event.data.get("player_pos"))
+			
+			def render(self, maze, player_position=None, path=None) -> None:
+				path_set = set(path) if path else set()
+				
+				for y in range(maze.height):
+					row_chars = []
+					for x in range(maze.width):
+						cell = maze.getCell(x, y)
+						
+						if player_position and cell == player_position:
+							row_chars.append("P")
+						elif cell.isStart:
+							row_chars.append("S")
+						elif cell.isExit:
+							row_chars.append("E")
+						elif cell in path_set:
+							row_chars.append(".")
+						elif cell.isWall:
+							row_chars.append("#")
+						else:
+							row_chars.append(" ")
+						print("".join(row_chars))
+		
+	\end{lstlisting}
+	
+	\section{Результаты}
+	
+	Таблицы замеров времени и посещенных клеток:
+	
+	\begin{table}[H]
+		\centering
+		\caption{Результаты экспериментального сравнения алгоритмов поиска пути}
+		\label{tab:maze_benchmark}
+		\begin{tabular}{llccc}
+			\toprule
+			\textbf{Лабиринт} & \textbf{Стратегия} & \textbf{Время (мс)} & \textbf{Посещено клеток} & \textbf{Длина пути} \\
+			\midrule
+			\multirow{4}{*}{Маленький (10×10)} 
+			& BFS & 0.0516 & 28 & 15 \\
+			& DFS & 0.0275 & 15 & 15 \\
+			& A* & 0.0360 & 16 & 15 \\
+			& Дейкстра & 0.0722 & 28 & 15 \\
+			\midrule
+			\multirow{4}{*}{Пустой (30×30)} 
+			& BFS & 1.1863 & 870 & 58 \\
+			& DFS & 1.5568 & 842 & 842 \\
+			& A* & 0.4405 & 113 & 58 \\
+			& Дейкстра & 2.8607 & 870 & 58 \\
+			\midrule
+			\multirow{4}{*}{Без выхода (15×15)} 
+			& BFS & 0.2230 & 160 & 0 \\
+			& DFS & 0.2959 & 160 & 0 \\
+			& A* & 0.9378 & 160 & 0 \\
+			& Дейкстра & 0.4148 & 160 & 0 \\
+			\midrule
+			\multirow{4}{*}{Средний (50×50)} 
+			& BFS & 3.2247 & 1779 & 95 \\
+			& DFS & 1.6985 & 873 & 873 \\
+			& A* & 0.7348 & 158 & 95 \\
+			& Дейкстра & 6.1264 & 1779 & 95 \\
+			\midrule
+			\multirow{4}{*}{Большой (100×100)} 
+			& BFS & 10.1308 & 7320 & 195 \\
+			& DFS & 6.1878 & 3549 & 3549 \\
+			& A* & 2.8441 & 328 & 195 \\
+			& Дейкстра & 35.2250 & 7320 & 195 \\
+			\bottomrule
+		\end{tabular}
+	\end{table}
+	
+	
+	Графики:
+	
+	\begin{figure}[H]
+		\includegraphics[scale=0.6]{time.eps}
+	\end{figure}
+	
+	
+	\begin{figure}[H]
+		\includegraphics[scale=0.6]{cells.eps}
+	\end{figure}
+	
+	\section{Анализ эффективности}
+	
+	Так как в нашем лабиринте вес всех ребер равны 1, то Дейкстра выродился в Поиск в ширину. Также Дейкстра несколько медленнее из за дополнительных расчетов на сортировку стоимостей. 
+	
+	Самым лучшим по скорости стал алгоритм А*. Он в среднем 3-4 раза быстрее поиска в ширину, так как на каждом шаге он выбирает самого оптимального соседа для каждого узла, а поиск в ширину проверяет всех соседей. 
+	
+	В разработанной рекурсивной стратегии DFS метрика посещенных клеток совпадает с длиной пути, так как алгоритм фиксирует состояние успешно развернутого стека вызовов в момент достижения целевой точки. Все тупиковые ветви, из которых рекурсия вышла до момента нахождения exit, отсекаются архитектурой возврата флага True, что демонстрирует специфику работы рекурсивного бэктрекинга в Python
+	
+	
+	\section{Выводы по ООП}
+	
+	В ходе выполнения лабораторной работы была спроектирована и реализована объектно-ориентированная система поиска пути в лабиринтах. Применение принципов ООП и паттернов проектирования GoF позволило полностью разделить зоны ответственности классов (принцип Single Responsibility) и обеспечить высокий уровень гибкости и расширяемости приложения.
+	
+	1. Как паттерны помогли сделать код гибким и расширяемым
+	\begin{itemize}
+		\item Разделение логики построения и представления (Паттерн Builder):
+		Процесс создания лабиринта инкапсулирован внутри класса TextFileMazeBuilder. Сам лабиринт (Maze) и алгоритмы поиска никак не завязаны на формат хранения данных. Если в будущем потребуется сменить текстовый формат .txt на структуру .json достаточно будет создать нового строителя, реализующего интерфейс MazeBuilder.
+		
+		\item Изоляция и динамическая смена алгоритмов (Паттерн Strategy):
+		Каждый алгоритм обхода графа  вынесен в отдельный класс-стратегию с единым интерфейсом PathfindingStrategy. Класс-оркестратор MazeSolver работает исключительно с абстракцией. 
+		
+		\item Использование Observer позволило отделить вычислительную составляющую от графической. Maze SOlver никак не учитывает где и как будут отображаться данные, он только отдает сигнал о событиях. Это позволяет если нужно изменить графический инт6ерфейс.
+	\end{itemize}
+	
+	
+	
+	
+\end{document}

ProninVV/task-2-oop/report/preambule.tex

@@ -0,0 +1,83 @@
+%\documentclass[a4paper, 12pt]{article}
+\documentclass[a4paper, 14pt]{extarticle}
+
+\usepackage[english, russian]{babel}
+\usepackage[T2A]{fontenc}
+\usepackage[utf8]{inputenc}
+\usepackage{comment}
+
+
+\usepackage{fontspec}
+\setmainfont{Times New Roman}
+
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{amssymb}
+
+\usepackage{geometry}
+\usepackage{titleps}
+\usepackage{graphicx}
+\DeclareGraphicsExtensions{.pdf, .jpg}
+\usepackage{wrapfig}
+
+
+\usepackage{indentfirst}
+
+
+\geometry{top=20mm}
+\geometry{bottom=25mm}
+\geometry{left=30mm}
+\geometry{right=10mm}
+
+\usepackage{float}
+\usepackage{wrapfig}
+
+\newpagestyle{main}{
+	\setheadrule{0.4pt}
+	\sethead{ННГУ им Н.И. Лобачесвкого}{}{В. В. Пронин}
+	
+	\setfoot{}{\thepage}{}
+}
+\pagestyle{main}
+%\setcounter{page}{2}
+
+\linespread{1.5}
+\setlength{\parindent}{10mm}
+\setlength{\parskip}{1ex}
+
+
+\usepackage{listings}
+\usepackage{xcolor}
+
+% Настройка цветов для аккуратного кода
+\definecolor{codegreen}{rgb}{0,0.5,0}
+\definecolor{codegray}{rgb}{0.5,0.5,0.5}
+\definecolor{codepurple}{rgb}{0.58,0,0.82}
+\definecolor{backcolour}{rgb}{0.97,0.97,0.96}
+
+\lstset{
+	backgroundcolor=\color{backcolour},   
+	commentstyle=\color{codegreen},
+	keywordstyle=\color{blue}\bfseries,
+	numberstyle=\tiny\color{codegray},
+	stringstyle=\color{codepurple},
+	basicstyle=\ttfamily\small,       % Моноширинный аккуратный шрифт
+	breakatwhitespace=false,         
+	breaklines=true,                  % Автоперенос длинных строк
+	captionpos=b,                     % Подпись снизу
+	keepspaces=true,                 
+	numbers=left,                     % Нумерация строк слева
+	numbersep=8pt,                  
+	showspaces=false,                
+	showstringspaces=false,
+	showtabs=false,                  
+	tabsize=4,
+	language=Python,
+	frame=single,                     % Тонкая рамка вокруг кода
+	rulecolor=\color{lightgray}
+}
+
+
+\usepackage{booktabs} % Для красивых горизонтальных линий
+\usepackage{multirow} % Для объединения строк по вертикали
+\usepackage{float}    % Для точного позиционирования таблицы [H]
+