238 lines
11 KiB
Plaintext
238 lines
11 KiB
Plaintext
{
|
||
"cells": [
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "bdef001e",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"# Отчёт \n",
|
||
"## Поиск выхода из лабиринта: применение паттернов проектирования\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Студент:** Коннова Е.А.\n",
|
||
"**Группа:** 429\n",
|
||
"**Дата:** 22.05.2026"
|
||
]
|
||
},
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "21f948a4",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"## Введение\n",
|
||
"\n",
|
||
"### О чём это работа\n",
|
||
"В данной работе реализуется программа для поиска выхода из лабиринта с применением паттернов проектирования. Поддерживаются три алгоритма поиска пути: BFS, DFS и A*.\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Цель работы\n",
|
||
"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. Применить минимум 3 паттерна проектирования.\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Задачи\n",
|
||
"1. Реализовать модель лабиринта (классы Cell, Maze)\n",
|
||
"2. Реализовать загрузку лабиринта из файла (паттерн Builder)\n",
|
||
"3. Реализовать алгоритмы поиска пути (паттерн Strategy): BFS, DFS, A*\n",
|
||
"4. Реализовать класс-оркестратор MazeSolver со сбором статистики\n",
|
||
"5. Реализовать визуализацию (паттерн Observer) и пошаговое управление (паттерн Command)\n",
|
||
"6. Провести эксперименты на лабиринтах разной сложности\n",
|
||
"7. Сравнить результаты и сделать выводы\n"
|
||
]
|
||
},
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "cf1dc2ba",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"## Часть 1. Паттерны проектирования\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Использованные паттерны\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Паттерн | Назначение | Реализация |\n",
|
||
"|---------|------------|------------|\n",
|
||
"| Builder | Создание лабиринта из файла | TextFileMazeBuilder |\n",
|
||
"| Strategy | Семейство алгоритмов поиска | BFSStrategy, DFSStrategy, AStarStrategy |\n",
|
||
"| Observer | Уведомление о событиях | ConsoleView |\n",
|
||
"| Command | Отмена ходов | MoveCommand |\n"
|
||
]
|
||
},
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "55cef4b9",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"## Часть 2. Реализация\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 2.1 Модель лабиринта\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Класс Cell** - клетка лабиринта\n",
|
||
"- Поля: x, y, is_wall, is_start, is_exit\n",
|
||
"- Метод: is_passable() - возвращает True, если не стена\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Класс Maze** - лабиринт\n",
|
||
"- Поля: width, height, cells[][], start, exit\n",
|
||
"- Методы: get_cell(x, y), get_neighbors(cell)\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 2.2 Загрузка лабиринта (Builder)\n",
|
||
"\n",
|
||
"**TextFileMazeBuilder**\n",
|
||
"- Читает файл с символами (# - стена, пробел - проход, S - старт, E - выход)\n",
|
||
"- Создаёт клетки с нужными флагами\n",
|
||
"- Возвращает готовый Maze\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 2.3 Алгоритмы поиска (Strategy)\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Интерфейс PathFindingStrategy**\n",
|
||
"- Метод: find_path(maze, start, exit) возвращает (путь, количество_посещённых)\n",
|
||
"\n",
|
||
"**BFSStrategy** - поиск в ширину (очередь)\n",
|
||
"- Гарантирует кратчайший путь\n",
|
||
"\n",
|
||
"**DFSStrategy** - поиск в глубину (стек)\n",
|
||
"- Быстрый, но не гарантирует кратчайший путь\n",
|
||
"\n",
|
||
"**AStarStrategy** - A* (приоритетная очередь)\n",
|
||
"- Использует эвристику (манхэттенское расстояние)\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 2.4 Оркестратор\n",
|
||
"\n",
|
||
"**MazeSolver**\n",
|
||
"- Поля: maze, strategy\n",
|
||
"- Методы: set_strategy(), solve() → SearchStats\n",
|
||
"\n",
|
||
"**SearchStats**\n",
|
||
"- Поля: path, time_ms, visited_count, path_length"
|
||
]
|
||
},
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "5c9bd0d2",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"## Часть 3. Эксперименты\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.1 Условия\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Параметр | Значение |\n",
|
||
"|----------|----------|\n",
|
||
"| Повторений | 5 |\n",
|
||
"| Алгоритмы | BFS, DFS, A* |\n",
|
||
"| Лабиринты | Простой (10x10), С тупиками (50x50), Пустой (100x100), Без выхода |\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.2 Тестовые лабиринты\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Лабиринт | Размер | Характеристика |\n",
|
||
"|----------|--------|----------------|\n",
|
||
"| Простой | 10x10 | Прямой путь от старта к выходу |\n",
|
||
"| С тупиками | 20x20 | Много тупиков, запутанный |\n",
|
||
"| Пустой | 50x50 | Без стен (максимальная производительность) |\n",
|
||
"| Без выхода | 10x10 | Выход отгорожен стенами |\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.3 Результаты экспериментов\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Лабиринт | Стратегия | Время (мс) | Посещено клеток | Длина пути |\n",
|
||
"|----------|-----------|------------|-----------------|------------|\n",
|
||
"| Простой (10x10) | BFS | 0.020 | 11 | 6 |\n",
|
||
"| Простой (10x10) | DFS | 0.012 | 9 | 8 |\n",
|
||
"| Простой (10x10) | A* | 0.020 | 9 | 6 |\n",
|
||
"| С тупиками (20x20) | BFS | 0.492 | 306 | 35 |\n",
|
||
"| С тупиками (20x20) | DFS | 0.234 | 198 | 81 |\n",
|
||
"| С тупиками (20x20) | A* | 0.456 | 225 | 35 |\n",
|
||
"| Пустой (50x50) | BFS | 3.486 | 2304 | 95 |\n",
|
||
"| Пустой (50x50) | DFS | 10.452 | 2304 | 1129 |\n",
|
||
"| Пустой (50x50) | A* | 5.743 | 2304 | 95 |\n",
|
||
"| Без выхода | BFS | 0.010 | 1 | нет пути |\n",
|
||
"| Без выхода | DFS | 0.003 | 1 | нет пути |\n",
|
||
"| Без выхода | A* | 0.004 | 1 | нет пути |\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.4 Графики\n",
|
||
"\n",
|
||
"#### Простой лабиринт (10x10)\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"#### Лабиринт с тупиками (20x20)\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"#### Пустой лабиринт (50x50)\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"#### Лабиринт без выхода\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.5 Общая таблица результатов\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.6 Анализ результатов\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Простой лабиринт (10x10):**\n",
|
||
"- BFS и A* нашли кратчайший путь (6 шагов)\n",
|
||
"- DFS нашёл более длинный путь (8 шагов), но был быстрее всех\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Лабиринт с тупиками (20x20):**\n",
|
||
"- BFS и A* нашли кратчайший путь (35 шагов)\n",
|
||
"- DFS нашёл очень длинный путь (81 шаг), так как ушёл в глубину по тупикам\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Пустой лабиринт (50x50):**\n",
|
||
"- BFS и A* нашли кратчайший путь (95 шагов)\n",
|
||
"- DFS нашёл очень длинный путь (1129 шагов)\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Лабиринт без выхода:**\n",
|
||
"- Все алгоритмы посетили только стартовую клетку (1) и вернули \"нет пути\"\n",
|
||
"\n",
|
||
"### 3.7 Сравнение алгоритмов\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Алгоритм | Кратчайший путь | Скорость | Память | Когда использовать |\n",
|
||
"|----------|-----------------|----------|--------|-------------------|\n",
|
||
"| BFS | Да | Средняя | Много | Нужен гарантированно кратчайший путь |\n",
|
||
"| DFS | Нет | Быстрая | Мало | Важна скорость, не важна длина пути |\n",
|
||
"| A* | Да | Быстрая | Средне | Большие лабиринты, есть эвристика |\n",
|
||
"\n",
|
||
"\n"
|
||
]
|
||
},
|
||
{
|
||
"cell_type": "markdown",
|
||
"id": "e687a8ee",
|
||
"metadata": {},
|
||
"source": [
|
||
"## Заключение\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Выводы\n",
|
||
"\n",
|
||
"1. **BFS** гарантирует кратчайший путь, но медленнее на больших лабиринтах\n",
|
||
"2. **DFS** самый быстрый, но путь может быть очень длинным\n",
|
||
"3. **A*** - лучший компромисс: находит кратчайший путь и работает быстро\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Рекомендация\n",
|
||
"\n",
|
||
"Для поиска выхода из лабиринта рекомендуется использовать **A*** - он сочетает скорость и оптимальность.\n",
|
||
"\n",
|
||
"### Как паттерны помогли\n",
|
||
"\n",
|
||
"| Изменение | Без паттернов | С паттернами |\n",
|
||
"|-----------|---------------|--------------|\n",
|
||
"| Добавить новый алгоритм | Изменить MazeSolver | Создать новую стратегию |\n",
|
||
"| Сменить визуализацию | Переписать MazeSolver | Добавить новый Observer |\n",
|
||
"\n",
|
||
"**Итог:** Паттерны сделали код гибким и расширяемым."
|
||
]
|
||
}
|
||
],
|
||
"metadata": {
|
||
"language_info": {
|
||
"name": "python"
|
||
}
|
||
},
|
||
"nbformat": 4,
|
||
"nbformat_minor": 5
|
||
}
|