Advertisement
Guest User

Untitled

a guest
Jan 26th, 2020
136
0
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
text 24.76 KB | None | 0 0
  1. import bisect
  2. import sys
  3. from sys import maxsize as infinity
  4.  
  5. """
  6. Дефинирање на класа за структурата на проблемот кој ќе го решаваме со пребарување.
  7. Класата Problem е апстрактна класа од која правиме наследување за дефинирање на основните
  8. карактеристики на секој проблем што сакаме да го решиме
  9. """
  10.  
  11.  
  12. class Problem:
  13. def __init__(self, initial, goal=None):
  14. self.initial = initial
  15. self.goal = goal
  16.  
  17. def successor(self, state):
  18. """За дадена состојба, врати речник од парови {акција : состојба}
  19. достапни од оваа состојба. Ако има многу следбеници, употребете
  20. итератор кој би ги генерирал следбениците еден по еден, наместо да
  21. ги генерирате сите одеднаш.
  22.  
  23. :param state: дадена состојба
  24. :return: речник од парови {акција : состојба} достапни од оваа
  25. состојба
  26. :rtype: dict
  27. """
  28. raise NotImplementedError
  29.  
  30. def actions(self, state):
  31. """За дадена состојба state, врати листа од сите акции што може да
  32. се применат над таа состојба
  33.  
  34. :param state: дадена состојба
  35. :return: листа на акции
  36. :rtype: list
  37. """
  38. return self.successor(state).keys()
  39.  
  40. def result(self, state, action):
  41. """За дадена состојба state и акција action, врати ја состојбата
  42. што се добива со примена на акцијата над состојбата
  43.  
  44. :param state: дадена состојба
  45. :param action: дадена акција
  46. :return: резултантна состојба
  47. """
  48. possible = self.successor(state)
  49. return possible[action]
  50.  
  51. def goal_test(self, state):
  52. """Врати True ако state е целна состојба. Даденава имплементација
  53. на методот директно ја споредува state со self.goal, како што е
  54. специфицирана во конструкторот. Имплементирајте го овој метод ако
  55. проверката со една целна состојба self.goal не е доволна.
  56.  
  57. :param state: дадена состојба
  58. :return: дали дадената состојба е целна состојба
  59. :rtype: bool
  60. """
  61. return state == self.goal
  62.  
  63. def path_cost(self, c, state1, action, state2):
  64. """Врати ја цената на решавачкиот пат кој пристигнува во состојбата
  65. state2 од состојбата state1 преку акцијата action, претпоставувајќи
  66. дека цената на патот до состојбата state1 е c. Ако проблемот е таков
  67. што патот не е важен, оваа функција ќе ја разгледува само состојбата
  68. state2. Ако патот е важен, ќе ја разгледува цената c и можеби и
  69. state1 и action. Даденава имплементација му доделува цена 1 на секој
  70. чекор од патот.
  71.  
  72. :param c: цена на патот до состојбата state1
  73. :param state1: дадена моментална состојба
  74. :param action: акција која треба да се изврши
  75. :param state2: состојба во која треба да се стигне
  76. :return: цена на патот по извршување на акцијата
  77. :rtype: float
  78. """
  79. return c + 1
  80.  
  81. def value(self):
  82. """За проблеми на оптимизација, секоја состојба си има вредност.
  83. Hill-climbing и сличните алгоритми се обидуваат да ја максимизираат
  84. оваа вредност.
  85.  
  86. :return: вредност на состојба
  87. :rtype: float
  88. """
  89. raise NotImplementedError
  90.  
  91.  
  92. """
  93. Дефинирање на класата за структурата на јазел од пребарување.
  94. Класата Node не се наследува
  95. """
  96.  
  97.  
  98. class Node:
  99. def __init__(self, state, parent=None, action=None, path_cost=0):
  100. """Креирај јазол од пребарувачкото дрво, добиен од parent со примена
  101. на акцијата action
  102.  
  103. :param state: моментална состојба (current state)
  104. :param parent: родителска состојба (parent state)
  105. :param action: акција (action)
  106. :param path_cost: цена на патот (path cost)
  107. """
  108. self.state = state
  109. self.parent = parent
  110. self.action = action
  111. self.path_cost = path_cost
  112. self.depth = 0 # search depth
  113. if parent:
  114. self.depth = parent.depth + 1
  115.  
  116. def __repr__(self):
  117. return "<Node %s>" % (self.state,)
  118.  
  119. def __lt__(self, node):
  120. return self.state < node.state
  121.  
  122. def expand(self, problem):
  123. """Излистај ги јазлите достапни во еден чекор од овој јазол.
  124.  
  125. :param problem: даден проблем
  126. :return: листа на достапни јазли во еден чекор
  127. :rtype: list(Node)
  128. """
  129. return [self.child_node(problem, action)
  130. for action in problem.actions(self.state)]
  131.  
  132. def child_node(self, problem, action):
  133. """Дете јазел
  134.  
  135. :param problem: даден проблем
  136. :param action: дадена акција
  137. :return: достапен јазел според дадената акција
  138. :rtype: Node
  139. """
  140. next_state = problem.result(self.state, action)
  141. return Node(next_state, self, action,
  142. problem.path_cost(self.path_cost, self.state,
  143. action, next_state))
  144.  
  145. def solution(self):
  146. """Врати ја секвенцата од акции за да се стигне од коренот до овој јазол.
  147.  
  148. :return: секвенцата од акции
  149. :rtype: list
  150. """
  151. return [node.action for node in self.path()[1:]]
  152.  
  153. def solve(self):
  154. """Врати ја секвенцата од состојби за да се стигне од коренот до овој јазол.
  155.  
  156. :return: листа од состојби
  157. :rtype: list
  158. """
  159. return [node.state for node in self.path()[0:]]
  160.  
  161. def path(self):
  162. """Врати ја листата од јазли што го формираат патот од коренот до овој јазол.
  163.  
  164. :return: листа од јазли од патот
  165. :rtype: list(Node)
  166. """
  167. x, result = self, []
  168. while x:
  169. result.append(x)
  170. x = x.parent
  171. result.reverse()
  172. return result
  173.  
  174. """Сакаме редицата од јазли кај breadth_first_search или
  175. astar_search да не содржи состојби - дупликати, па јазлите што
  176. содржат иста состојба ги третираме како исти. [Проблем: ова може
  177. да не биде пожелно во други ситуации.]"""
  178.  
  179. def __eq__(self, other):
  180. return isinstance(other, Node) and self.state == other.state
  181.  
  182. def __hash__(self):
  183. return hash(self.state)
  184.  
  185.  
  186. """
  187. Дефинирање на помошни структури за чување на листата на генерирани, но непроверени јазли
  188. """
  189.  
  190.  
  191. class Queue:
  192. """Queue е апстрактна класа / интерфејс. Постојат 3 типа:
  193. Stack(): Last In First Out Queue (стек).
  194. FIFOQueue(): First In First Out Queue (редица).
  195. PriorityQueue(order, f): Queue во сортиран редослед (подразбирливо,од најмалиот кон
  196. најголемиот јазол).
  197. """
  198.  
  199. def __init__(self):
  200. raise NotImplementedError
  201.  
  202. def append(self, item):
  203. """Додади го елементот item во редицата
  204.  
  205. :param item: даден елемент
  206. :return: None
  207. """
  208. raise NotImplementedError
  209.  
  210. def extend(self, items):
  211. """Додади ги елементите items во редицата
  212.  
  213. :param items: дадени елементи
  214. :return: None
  215. """
  216. raise NotImplementedError
  217.  
  218. def pop(self):
  219. """Врати го првиот елемент од редицата
  220.  
  221. :return: прв елемент
  222. """
  223. raise NotImplementedError
  224.  
  225. def __len__(self):
  226. """Врати го бројот на елементи во редицата
  227.  
  228. :return: број на елементи во редицата
  229. :rtype: int
  230. """
  231. raise NotImplementedError
  232.  
  233. def __contains__(self, item):
  234. """Проверка дали редицата го содржи елементот item
  235.  
  236. :param item: даден елемент
  237. :return: дали queue го содржи item
  238. :rtype: bool
  239. """
  240. raise NotImplementedError
  241.  
  242.  
  243. class Stack(Queue):
  244. """Last-In-First-Out Queue."""
  245.  
  246. def __init__(self):
  247. self.data = []
  248.  
  249. def append(self, item):
  250. self.data.append(item)
  251.  
  252. def extend(self, items):
  253. self.data.extend(items)
  254.  
  255. def pop(self):
  256. return self.data.pop()
  257.  
  258. def __len__(self):
  259. return len(self.data)
  260.  
  261. def __contains__(self, item):
  262. return item in self.data
  263.  
  264.  
  265. class FIFOQueue(Queue):
  266. """First-In-First-Out Queue."""
  267.  
  268. def __init__(self):
  269. self.data = []
  270.  
  271. def append(self, item):
  272. self.data.append(item)
  273.  
  274. def extend(self, items):
  275. self.data.extend(items)
  276.  
  277. def pop(self):
  278. return self.data.pop(0)
  279.  
  280. def __len__(self):
  281. return len(self.data)
  282.  
  283. def __contains__(self, item):
  284. return item in self.data
  285.  
  286.  
  287. class PriorityQueue(Queue):
  288. """Редица во која прво се враќа минималниот (или максималниот) елемент
  289. (како што е определено со f и order). Оваа структура се користи кај
  290. информирано пребарување"""
  291. """"""
  292.  
  293. def __init__(self, order=min, f=lambda x: x):
  294. """
  295. :param order: функција за подредување, ако order е min, се враќа елементот
  296. со минимална f(x); ако order е max, тогаш се враќа елементот
  297. со максимална f(x).
  298. :param f: функција f(x)
  299. """
  300. assert order in [min, max]
  301. self.data = []
  302. self.order = order
  303. self.f = f
  304.  
  305. def append(self, item):
  306. bisect.insort_right(self.data, (self.f(item), item))
  307.  
  308. def extend(self, items):
  309. for item in items:
  310. bisect.insort_right(self.data, (self.f(item), item))
  311.  
  312. def pop(self):
  313. if self.order == min:
  314. return self.data.pop(0)[1]
  315. return self.data.pop()[1]
  316.  
  317. def __len__(self):
  318. return len(self.data)
  319.  
  320. def __contains__(self, item):
  321. return any(item == pair[1] for pair in self.data)
  322.  
  323. def __getitem__(self, key):
  324. for _, item in self.data:
  325. if item == key:
  326. return item
  327.  
  328. def __delitem__(self, key):
  329. for i, (value, item) in enumerate(self.data):
  330. if item == key:
  331. self.data.pop(i)
  332.  
  333.  
  334. """
  335. Информирано пребарување во рамки на граф
  336. """
  337.  
  338.  
  339. def memoize(fn, slot=None):
  340. """ Запамети ја пресметаната вредност за која била листа од
  341. аргументи. Ако е специфициран slot, зачувај го резултатот во
  342. тој slot на првиот аргумент. Ако slot е None, зачувај ги
  343. резултатите во речник.
  344.  
  345. :param fn: зададена функција
  346. :param slot: име на атрибут во кој се чуваат резултатите од функцијата
  347. :return: функција со модификација за зачувување на резултатите
  348. """
  349. if slot:
  350. def memoized_fn(obj, *args):
  351. if hasattr(obj, slot):
  352. return getattr(obj, slot)
  353. else:
  354. val = fn(obj, *args)
  355. setattr(obj, slot, val)
  356. return val
  357. else:
  358. def memoized_fn(*args):
  359. if args not in memoized_fn.cache:
  360. memoized_fn.cache[args] = fn(*args)
  361. return memoized_fn.cache[args]
  362.  
  363. memoized_fn.cache = {}
  364. return memoized_fn
  365.  
  366.  
  367. def best_first_graph_search(problem, f):
  368. """Пребарувај низ следбениците на даден проблем за да најдеш цел. Користи
  369. функција за евалуација за да се одлучи кој е сосед најмногу ветува и
  370. потоа да се истражи. Ако до дадена состојба стигнат два пата, употреби
  371. го најдобриот пат.
  372.  
  373. :param problem: даден проблем
  374. :param f: дадена функција за евристика
  375. :return: Node or None
  376. """
  377. f = memoize(f, 'f')
  378. node = Node(problem.initial)
  379. if problem.goal_test(node.state):
  380. return node
  381. frontier = PriorityQueue(min, f)
  382. frontier.append(node)
  383. explored = set()
  384. while frontier:
  385. node = frontier.pop()
  386. if problem.goal_test(node.state):
  387. return node
  388. explored.add(node.state)
  389. for child in node.expand(problem):
  390. if child.state not in explored and child not in frontier:
  391. frontier.append(child)
  392. elif child in frontier:
  393. incumbent = frontier[child]
  394. if f(child) < f(incumbent):
  395. del frontier[incumbent]
  396. frontier.append(child)
  397. return None
  398.  
  399.  
  400. def greedy_best_first_graph_search(problem, h=None):
  401. """ Greedy best-first пребарување се остварува ако се специфицира дека f(n) = h(n).
  402.  
  403. :param problem: даден проблем
  404. :param h: дадена функција за евристика
  405. :return: Node or None
  406. """
  407. h = memoize(h or problem.h, 'h')
  408. return best_first_graph_search(problem, h)
  409.  
  410.  
  411. def astar_search(problem, h=None):
  412. """ A* пребарување е best-first graph пребарување каде f(n) = g(n) + h(n).
  413.  
  414. :param problem: даден проблем
  415. :param h: дадена функција за евристика
  416. :return: Node or None
  417. """
  418. h = memoize(h or problem.h, 'h')
  419. return best_first_graph_search(problem, lambda n: n.path_cost + h(n))
  420.  
  421.  
  422. def recursive_best_first_search(problem, h=None):
  423. """Recursive best first search - ја ограничува рекурзијата
  424. преку следење на f-вредноста на најдобриот алтернативен пат
  425. од било кој јазел предок (еден чекор гледање нанапред).
  426.  
  427. :param problem: даден проблем
  428. :param h: дадена функција за евристика
  429. :return: Node or None
  430. """
  431. h = memoize(h or problem.h, 'h')
  432.  
  433. def RBFS(problem, node, flimit):
  434. if problem.goal_test(node.state):
  435. return node, 0 # (втората вредност е неважна)
  436. successors = node.expand(problem)
  437. if len(successors) == 0:
  438. return None, infinity
  439. for s in successors:
  440. s.f = max(s.path_cost + h(s), node.f)
  441. while True:
  442. # Подреди ги според најниската f вредност
  443. successors.sort(key=lambda x: x.f)
  444. best = successors[0]
  445. if best.f > flimit:
  446. return None, best.f
  447. if len(successors) > 1:
  448. alternative = successors[1].f
  449. else:
  450. alternative = infinity
  451. result, best.f = RBFS(problem, best, min(flimit, alternative))
  452. if result is not None:
  453. return result, best.f
  454.  
  455. node = Node(problem.initial)
  456. node.f = h(node)
  457. result, bestf = RBFS(problem, node, infinity)
  458. return result
  459.  
  460.  
  461. """
  462. Неинформирано пребарување во рамки на дрво.
  463. Во рамки на дрвото не разрешуваме јамки.
  464. """
  465.  
  466.  
  467. def tree_search(problem, fringe):
  468. """ Пребарувај низ следбениците на даден проблем за да најдеш цел.
  469.  
  470. :param problem: даден проблем
  471. :param fringe: празна редица (queue)
  472. :return: Node
  473. """
  474. fringe.append(Node(problem.initial))
  475. while fringe:
  476. node = fringe.pop()
  477. print(node.state)
  478. if problem.goal_test(node.state):
  479. return node
  480. fringe.extend(node.expand(problem))
  481. return None
  482.  
  483.  
  484. def breadth_first_tree_search(problem):
  485. """Експандирај го прво најплиткиот јазол во пребарувачкото дрво.
  486.  
  487. :param problem: даден проблем
  488. :return: Node
  489. """
  490. return tree_search(problem, FIFOQueue())
  491.  
  492.  
  493. def depth_first_tree_search(problem):
  494. """Експандирај го прво најдлабокиот јазол во пребарувачкото дрво.
  495.  
  496. :param problem:даден проблем
  497. :return: Node
  498. """
  499. return tree_search(problem, Stack())
  500.  
  501.  
  502. """
  503. Неинформирано пребарување во рамки на граф
  504. Основната разлика е во тоа што овде не дозволуваме јамки,
  505. т.е. повторување на состојби
  506. """
  507.  
  508.  
  509. def graph_search(problem, fringe):
  510. """Пребарувај низ следбениците на даден проблем за да најдеш цел.
  511. Ако до дадена состојба стигнат два пата, употреби го најдобриот пат.
  512.  
  513. :param problem: даден проблем
  514. :param fringe: празна редица (queue)
  515. :return: Node
  516. """
  517. closed = set()
  518. fringe.append(Node(problem.initial))
  519. while fringe:
  520. node = fringe.pop()
  521. if problem.goal_test(node.state):
  522. return node
  523. if node.state not in closed:
  524. closed.add(node.state)
  525. fringe.extend(node.expand(problem))
  526. return None
  527.  
  528.  
  529. def breadth_first_graph_search(problem):
  530. """Експандирај го прво најплиткиот јазол во пребарувачкиот граф.
  531.  
  532. :param problem: даден проблем
  533. :return: Node
  534. """
  535. return graph_search(problem, FIFOQueue())
  536.  
  537.  
  538. def depth_first_graph_search(problem):
  539. """Експандирај го прво најдлабокиот јазол во пребарувачкиот граф.
  540.  
  541. :param problem: даден проблем
  542. :return: Node
  543. """
  544. return graph_search(problem, Stack())
  545.  
  546.  
  547. def depth_limited_search(problem, limit=50):
  548. def recursive_dls(node, problem, limit):
  549. """Помошна функција за depth limited"""
  550. cutoff_occurred = False
  551. if problem.goal_test(node.state):
  552. return node
  553. elif node.depth == limit:
  554. return 'cutoff'
  555. else:
  556. for successor in node.expand(problem):
  557. result = recursive_dls(successor, problem, limit)
  558. if result == 'cutoff':
  559. cutoff_occurred = True
  560. elif result is not None:
  561. return result
  562. if cutoff_occurred:
  563. return 'cutoff'
  564. return None
  565.  
  566. return recursive_dls(Node(problem.initial), problem, limit)
  567.  
  568.  
  569. def iterative_deepening_search(problem):
  570. for depth in range(sys.maxsize):
  571. result = depth_limited_search(problem, depth)
  572. if result is not 'cutoff':
  573. return result
  574.  
  575.  
  576. def uniform_cost_search(problem):
  577. """Експандирај го прво јазолот со најниска цена во пребарувачкиот граф."""
  578. return graph_search(problem, PriorityQueue(lambda a, b:
  579. a.path_cost < b.path_cost))
  580.  
  581.  
  582.  
  583. def is_valid(state):
  584. misioneri_l, kanibali_l, chamec, misioneri_d, kanibali_d = state
  585. # ako ima misioneri na sekoja strana, a brojot na kanibali e pogolem od misioneri ->nevalidna sostojba
  586. if (kanibali_l > misioneri_l and misioneri_l > 0) or (kanibali_d > misioneri_d and misioneri_d > 0):
  587. return False
  588. return True
  589.  
  590.  
  591. class MisioneriKanibali(Problem):
  592.  
  593. def __init__(self, sostojba, goal, N, K):
  594. self.initial = sostojba
  595. self.goal = goal
  596. self.N = N
  597. self.K = K
  598.  
  599. def goal_test(self, state):
  600. if state == self.goal:
  601. return True
  602. return False
  603.  
  604. def successor(self, state):
  605. succ = dict()
  606. misioneri_l, kanibali_l, chamec, misioneri_d, kanibali_d = state
  607. # ako chamecot e na leva strana gi izminuvame site misioneri na taa strana
  608. # sekoja kombinacija kade nivniot zbir e > 0, a e <= kapacitet ja preslikuvame vo nova sostojba
  609. # i proveruvame dali sostojbata e validna, ako e ja dodavame na succ
  610. if chamec == 'L':
  611. for i in range(misioneri_l + 1):
  612. for j in range(kanibali_l + 1):
  613. if i + j > 0 and i + j <= self.K:
  614. misioneri_l_new = misioneri_l - i
  615. kanibali_l_new = kanibali_l - j
  616. misioneri_d_new = misioneri_d + i
  617. kanibali_d_new = kanibali_d + j
  618. state_new = (misioneri_l_new, kanibali_l_new, 'D', misioneri_d_new, kanibali_d_new)
  619. if is_valid(state_new):
  620. succ[str(i) + 'M_' + str(j) + 'K'] = state_new
  621. # ako chamecot e na desna strana slichno kako za chamecot koga e na leva
  622. if chamec == 'D':
  623. for i in range(misioneri_d + 1):
  624. for j in range(kanibali_d + 1):
  625. if i + j > 0 and i + j <= self.K:
  626. misioneri_d_new = misioneri_d - i
  627. kanibali_d_new = kanibali_d - j
  628. misioneri_l_new = misioneri_l + i
  629. kanibali_l_new = kanibali_l + j
  630. state_new = (misioneri_l_new, kanibali_l_new, 'L', misioneri_d_new, kanibali_d_new)
  631. if is_valid(state_new):
  632. succ[str(i) + 'M_' + str(j) + 'K'] = state_new
  633. return succ
  634.  
  635. # hevristikata vrakja broj na misioneri i kanibali levo, a 0 koga se desno
  636. def h(self, node):
  637. k = node.state[4]
  638. m = node.state[3]
  639. return 2 * N - (k + m)
  640.  
  641. def actions(self, state):
  642. return self.successor(state).keys()
  643.  
  644. def result(self, state, action):
  645. possible = self.successor(state)
  646. return possible[action]
  647.  
  648. def path_cost(self, c, state1, action, state2):
  649. return c + 1
  650.  
  651.  
  652. # Vcituvanje na vleznite argumenti za test primerite
  653. if __name__ == "__main__":
  654. N = int(input())
  655. K = int(input())
  656.  
  657. # Vasiot kod pisuvajte go pod ovoj komentar
  658. Pocetna = (N, N, 'L', 0, 0)
  659. Cel = (0, 0, 'D', N, N)
  660. problem = MisioneriKanibali(Pocetna, Cel, N, K)
  661. ans = astar_search(problem)
  662. print(ans.solve())
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment
Advertisement