Е.И. Большакова - Практикум на языке программирования Пролог (1109888), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Лабиринт проходим, если внутри него между стенками существует путь, соединяющий вход и выход. Будем говорить в этом случае, что лабиринт имеет решение. Решение единственно, если среди всех таких путей есть минимальный по длине путь, являющийся частью всех остальных путей. Клетка лабиринта достижима, если существует путь, соединяющий ее с входом или выходом. Тот факт, что все клетки лабиринта достижимы, означает, что в лабиринте отсутствуют замкнутые (стенками) области из клеток.

Требуемая пролог-программа должна по заданным M и N строить прямоугольный лабиринт, который имеет единственное решение и состоит только из достижимых клеток. Программа должна визуализировать построенный лабиринт, отметить вход и выход и по указанию пользователя показать путь между ними.

При каждом обращении к программе, даже с одними и теми же значениями M и N, она должна порождать разные лабиринты. Для этого необходимо в некоторые моменты построения лабиринта производить «случайный» выбор варианта дальнейшего продолжения.

Желательно, чтобы построенный лабиринт был интересным, т.е. содержал извилистые стенки и почти замкнутые области, а решение-путь в нем был достаточно длинным и извилистым, т.е. включал достаточно большое число поворотов.

Заметим, что стратегии генерации лабиринта могут быть различны: возможно не только удаление внутренних стенок в прямоугольной сетке стенок, но и последовательная установка стенок в исходно пустой прямоугольной области. При любой стратегии единственность решения, как и достижимость клеток лабиринта, целесообразно проверять как можно раньше, либо же гарантировать выполнение этих требований самим методом построения лабиринта.

1. Игровая программа

Предлагается выбрать игру из класса игр двух лиц (игроков) с полной информацией [Братко, с.472-475], к которому относятся, например, шахматы и шашки. Игра должна быть достаточно сложной, чтобы практически исключалась возможность полного просмотра дерева игры и обнаружения выигрышной стратегии (если таковая существует), например, шашки без дамок, калах [Уэзерелл, с. 76-78], шахматный эндшпиль, реверси и крестики-нолики на неограниченной доске.

В таких играх для выбора компьютером очередного хода используется так называемая статическая оценочная функция, оценивающая позицию игры как таковую без учета ее продолжений, и альфа-бета процедура поиска наилучшего хода, исходя из заданной игровой позиции [Уэзерелл, с. 78-86; Братко, с. 479-484]. Альфа-бета процедура основана на частичном просмотре возможных продолжений игры на заданное количество D ходов игроков ( т.е. просмотре дерева игры от заданной игровой позиции на глубину D) и оценки возможных игровых позиций (вершин дерева) с помощью статической оценочной функции. В отличие от минимаксной процедуры, решающей ту же задачу, альфа-бета процедура выполняет просмотр дерева и оценку вершин более экономно.

Требуемая игровая программа должна использовать альфа-бета процедуру, оформленную в виде отдельного модуля. Она должна уметь играть как против человека (пользователя), так и против самой себя или другой игровой программы, и при этом визуализировать текущую позицию игры, а ввод ходов игроков осуществлять в наиболее удобной форме.

В программе следует предусмотреть возможность изменения (перед началом игры) глубины D просмотра дерева игры альфа-бета процедурой (2£D£6, шаг глубины соответствует ходу одного игрока), а также - чтобы с программой было интересно играть, случайный выбор хода из нескольких равноценных.

1. Программа генерации геометрических головоломок

В таких головоломках требуется найти закономерность в наборе из нескольких составных геометрических фигур. Составными элементами каждой фигуры могут быть: точка, квадрат, треугольник, прямоугольник, круг, различные отрезки линий и др. Такие элементы могут быть соединены в фигуре различным образом: они могут быть вложены друг в друга, могут пересекаться или соприкасаться [Стерлинг, с.182-184, 189]. Кроме того, контуры элементов могут быть разного цвета, а их внутренняя часть - заштрихованной или цветной. Примеры наборов таких составных фигур показаны на рисунках 6 и 7. Могут быть и более сложные фигуры - например, схематические изображения человечков или животных.

Поиск закономерности предполагает обнаружение недостающей фигуры (обозначенной на рисунках вопросительным знаком). В первом случае (рис. 6) необходимо обнаружить аналогию, т.е. найти фигуру D, относящуюся к С, как фигура В - к фигуре А. Во втором случае (рис. 7) требуется найти фигуру, завершающую закономерность.

В обоих рассмотренных видах задачи поиска закономерностей предлагается несколько вариантов ответа , среди которых надо выбрать правильный. Например, возможный для задачи с рисунка 7 набор вариантов ответа показан на рис. 8, правильный ответ этой задачи - фигура 6 на рис. 8. Правильный ответ задачи с рисунка 6 - фигура из треугольника, в который вписан круг.

Программа генерации геометрических головоломок должна сформировать задачу на поиск геометрической закономерности, то есть набор составных фигур без некоторой недостающей фигуры и набор различных составных фигур, включающих эту недостающую фигуру (набор ответов). Программа должна показать сгенерированнную задачу пользователю и предложить ему на выбор: либо самому решить задачу (в этом случае она проверяет правильность решения и сообщает о результате пользователю), либо показать ему правильное решение (если он затрудняется задачу решить).

Важно предусмотреть возможность решения пользователем за сеанс работы с программой нескольких задач - для этого программа при каждом обращении к ней должна порождать разные задачи, причем в разные сеансы последовательности генерируемых задач должны быть разными. Чтобы этого достичь, следует в некоторые моменты процесса генерации задачи производить случайный выбор составных элементов фигур и их конфигурации, используя датчик случайных величин и некоторое доступное программе значение, заранее неизвестное (дату и/или текущее время). Для представительности множества генерируемых задач необходимо, чтобы геометрические фигуры задачи включали не менее 5 различных элементов, включая цвет и штриховку.

Программа построения геометрических головоломок должна быть организована таким образом, чтобы допускать быструю перенастройку системы для генерации задач, в которые входят фигуры с другими составными элементами. Такая перенастройка должна осуществляться без переработки пролог-процедуры генерации головоломки - допустимо лишь добавление процедур отрисовки новых элементов фигур.

1. Программа разработки маршрутов транспортных перевозок

Рассматривается сеть одноколейных железнодорожных путей, соединяющих N (5£N£10) городов; известны длины всех путей (дорог) в километрах. Задан некоторый набор из M (3£M£9) заявок на грузоперевозки по этой железной дороге в течение текущих суток. Каждая заявка включает в общем случае следующую информацию:

• пункт (город) отправления грузового состава;

• пункт (город) назначения грузового состава;

• максимальную скорость движения состава по путям (не более 100 км в час);

• час суток, не позднее которого груз должен прибыть в пункт назначения.

Требуемая программа должна составить - исходя из заданного набора заявок - расписание движения грузовых составов, состоящее из М маршрутов. Каждый маршрут соответствует заявке и фиксирует кроме пунктов (городов) отправления и назначения следующее:

• время (в часах) отправления из исходного пункта;

• время (в часах) прибытия в конечный пункт;

• промежуточные пункты, через которые проходит маршрут, и время остановки в них;

• скорость движения на каждом участке пути между промежуточными пунктами маршрута.

Считается, что скорость движения каждого состава на любом участке пути постоянна. Она может быть разной для разных составов и разных участков пути, но не выше указанной в заявке и не ниже 20 км/час. Каждый грузовой состав может делать остановки на промежуточных пунктах маршрута, но они не должны по длительности превышать 3 часа. Через любой город в одно и то же время может проезжать только один состав.

Основное требование, предъявляемое к составлению маршрутов перевозок - протяженность каждого маршрута между заданными городами отправления и назначения не должна превышать минимальное расстояние между ними по этой железной дороге более чем в 1,5 раза.

Программа должна визуализировать карту дорог, на которой затем должны быть высвечены найденные маршруты. Желательно также в динамике показать прохождение грузовых составов по этим маршрутам в течение суток (шаг пересчета местонахождения составов - 0,5 часа).

1. Программа составления учебного расписания

Назначение программы - составление недельного расписания занятий для курса, включающего K (7£ K £12) студенческих групп. Исходной информацией для составления расписания являются:

• учебный план курса, определяющий названия изучаемых предметов (не более 7 разных), и количество учебных занятий в неделю для изучения каждого предмета (не более 5 занятий в неделю);

• список-распределение преподавателей по группам, в котором для каждой учебной группы и каждого изучаемого предмета указывается фамилия преподавателя, который будет вести этот предмет в этой группе.

Известно, что суммарное количество учебных занятий по учебному плану не превышает 19 занятий в неделю, а недельная нагрузка каждого преподавателя не превышает 7 занятий.

При генерации расписания для студенческих групп желательно более или менее равномерное распределение занятий по дням недели (от понедельника до субботы включительно). Оптимальным следует считать 2-3 занятия в день. В составленном расписании должны быть выполнены следующие требования:

1. В каждый день недели у любой учебной группы не может быть больше четырех занятий, а у любого преподавателя - больше трех занятий;

2. В каждый день недели у любой группы по расписанию не может быть больше одного «окна» (перерыва) между занятиями, причем протяженность «окна» - не более чем одно занятие;

3. Для каждого преподавателя определяемое расписанием распределение его учебной нагрузки по дням недели должно быть достаточно «плотным», т.е. в нем не должно быть более одного дня всего лишь с одним занятием, а «окна» между занятиями в каждый учебный день в сумме не должны быть больше двух занятий.

Основным результатом работы программы является построенное учебное расписание занятий для всех групп, определяющее для каждой группы и каждого учебного дня все занятия этого дня. Для каждого занятия в расписании должны быть заданы: номер и время начала занятия, предмет, фамилия преподавателя. Возможные номера занятий - от 1 до 6, они обозначают порядок следования по времени в течение дня указанных занятий: например, за номером 1 может быть закреплено время 9.00, за номером 2 - 11.00 и т.д.

Составленное учебное расписание группы должно быть в понятном и обозримом виде выведено на экран компьютера. Необходимо также предусмотреть возможность вывода (показа) определяемого этим расписанием индивидуального расписания каждого преподавателя, т.е. распределения по дням его учебной нагрузки. Это расписание для каждого учебного дня указывает, есть ли занятия в этот день, и если есть, то для каждого занятия - их номер и время, предмет, номер группы.

Методические указания

Так как большинство описанных вариантов заданий предполагает проведение в программе большого перебора при поиске решения, то может возникнуть переполнение памяти, отведенной под стек или кучу. Часто конечной причиной переполнения является неэффективность организации перебора в программе, что требует ее соответствующей перестройки.

Используемый пролог-интерпретатором стек сохраняет, во-первых, всю информацию, необходимую для запоминания точек бектрекинга, а, во-вторых, информацию, необходимую для выполнения функциональных вызовов и рекурсии (размер стека линейно растет с ростом количества точек бектрекинга и рекурсивных обращений). Соответственно возможны две основные причины переполнения стека.

В первом случае переполнение стека происходит из-за возникновения неоправданно большого количества точек бектрекинга. Часто, используя отсечение для сокращения ненужных точек бектрекинга, можно избежать такого переполнения стека.

Характеристики

Список файлов книги