import math from maze import * import math import copy from collections import deque class Greedy3x3ResourceCollector: """ 基于3x3视野的贪心资源收集器 每次移动时选择3x3视野范围内最高价值的资源 只能进行上下左右移动 """ def __init__(self, map_data, start=None, end=None): """ 初始化3x3视野贪心资源收集器 Args: map_data: 迷宫地图，2D列表 (注意：这里是[y][x]格式) start: 起始位置 (x, y)，如果为None则自动寻找 end: 目标位置 (x, y)，如果为None则自动寻找 """ self.original_map = copy.deepcopy(map_data) self.map_data = copy.deepcopy(map_data) self.rows = len(map_data) self.cols = len(map_data[0]) if self.rows > 0 else 0 # 寻找起始位置和目标位置 self.start = start or self._find_position('s') self.end = end or self._find_position('e') if not self.start: raise ValueError("无法找到起始位置 's'") if not self.end: raise ValueError("无法找到目标位置 'e'") self.current_pos = self.start self.path = [self.start] self.collected_resources = [] self.total_value = 0 self.visited_resources = set() self.explored_positions = set([self.start]) # 增加历史移动记录和死胡同检测相关变量 self.position_visit_count = {self.start: 1} # 记录每个位置的访问次数 self.deadend_positions = set() # 记录已知的死胡同位置 self.backtrack_points = [] # 记录可能的回溯点 self.oscillation_detection = [] # 用于检测来回走动的历史 self.max_oscillation_length = 6 # 检测来回走动的最大长度 print(f"3x3视野贪心算法初始化") print(f"起始位置: {self.start}") print(f"目标位置: {self.end}") def _find_position(self, target): """寻找地图中指定字符的位置，返回(x, y)格式""" for y in range(self.rows): for x in range(self.cols): if self.map_data[y][x].lower() == target.lower(): return (x, y) return None def get_3x3_vision(self, pos): """ 获取以pos为中心的3x3视野范围内的所有单元格 Args: pos: 当前位置 (x, y) Returns: dict: {(x, y): cell_value} 形式的字典 """ x, y = pos vision = {} # 遍历3x3范围 for dx in range(-1, 2): for dy in range(-1, 2): new_x, new_y = x + dx, y + dy # 检查边界 if 0 <= new_x < self.cols and 0 <= new_y < self.rows: vision[(new_x, new_y)] = self.map_data[new_y][new_x] return vision def get_adjacent_cells(self, pos): """ 获取当前位置的上下左右四个相邻位置 Args: pos: 当前位置 (x, y) Returns: list: 可移动的相邻位置列表 """ x, y = pos adjacent = [] # 上下左右四个方向 directions = [(0, -1), (0, 1), (-1, 0), (1, 0)] # 上、下、左、右 for dx, dy in directions: new_x, new_y = x + dx, y + dy # 检查边界和可移动性 if (0 <= new_x < self.cols and 0 <= new_y < self.rows and self.can_move_to((new_x, new_y))): adjacent.append((new_x, new_y)) return adjacent def can_move_to(self, pos): """ 检查是否可以移动到指定位置 Args: pos: 目标位置 (x, y) Returns: bool: 是否可以移动 """ x, y = pos cell = self.map_data[y][x] # 不能移动到墙壁 if cell == '1': return False return True def evaluate_resource_value(self, cell): """ 评估资源的价值 Args: cell: 单元格内容 Returns: int: 资源价值，正数表示收益，负数表示损失 """ if cell.startswith('g'): # 金币资源，提取数值 try: return int(cell[1:]) except ValueError: return 0 elif cell.startswith('t'): # 陷阱资源，提取数值并取负 try: return -int(cell[1:]) except ValueError: return 0 else: # 其他类型单元格没有资源价值 return 0 def find_best_resource_in_3x3_vision(self): """ 在3x3视野内寻找最佳资源 优先级：金币 > 未走过 > 走过的路(优先很久之前走过的路) > 墙/陷阱 加入死胡同检测和回溯机制 """ x, y = self.current_pos best_pos = None best_value = float('-inf') best_visited_time = float('inf') # 更新当前位置的访问次数 self.position_visit_count[self.current_pos] = self.position_visit_count.get(self.current_pos, 0) + 1 # 检查是否处于死胡同中 if self.is_deadend(self.current_pos): self.deadend_positions.add(self.current_pos) # 寻找回溯点 backtrack_point = self.find_backtrack_point() if backtrack_point != self.current_pos: # 将当前位置到回溯点的路径添加到路径计划中 self.backtrack_points.append(backtrack_point) print(f"检测到死胡同，计划回溯到: {backtrack_point}") # 如果回溯点是相邻的，直接返回 if abs(backtrack_point[0] - x) + abs(backtrack_point[1] - y) == 1: return backtrack_point, 0 # 回溯点，价值为0 # 如果有待回溯的点，优先选择那个方向 if self.backtrack_points: target = self.backtrack_points[-1] # 计算到回溯点的方向 for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (nx, ny) == target: return (nx, ny), 0 # 回溯点，价值为0 # 如果相邻点在路径上且朝向回溯点方向，也可以选择 if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows and self.map_data[ny][nx] != '1'): # 使用'1'表示墙壁 if ((nx > x and target[0] > x) or (nx < x and target[0] < x) or (ny > y and target[1] > y) or (ny < y and target[1] < y)): return (nx, ny), 0 # 朝向回溯点的方向，价值为0 # 如果已经到达回溯点或无法向回溯点移动，弹出这个回溯点 if self.current_pos == self.backtrack_points[-1]: self.backtrack_points.pop() # 检测是否陷入来回走动的循环 if len(self.path) >= 2: self.oscillation_detection.append(self.current_pos) if len(self.oscillation_detection) > self.max_oscillation_length: self.oscillation_detection.pop(0) if self.detect_oscillation(): print("检测到来回走动，尝试打破循环") # 清空回溯点列表，寻找新的探索方向 self.backtrack_points = [] # 尝试找到访问次数最少的相邻位置 min_visits = float('inf') least_visited = None for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows and self.map_data[ny][nx] != '1'): # 使用'1'表示墙壁 visits = self.position_visit_count.get((nx, ny), 0) if visits < min_visits: min_visits = visits least_visited = (nx, ny) if least_visited: return least_visited, 0 # 访问次数最少的位置，价值为0 # 在3x3视野内寻找最佳位置 for i in range(-1, 2): for j in range(-1, 2): # 跳过自身和对角线位置 if (i == 0 and j == 0) or (i != 0 and j != 0): continue nx, ny = x + i, y + j # 检查位置是否在地图范围内 if 0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows: cell = self.map_data[ny][nx] pos = (nx, ny) # 检查是否是墙，不能走 if cell == '1': continue # 计算资源价值 value = self.evaluate_resource_value(cell) # 检查是否已经走过这个位置 is_visited = pos in self.explored_positions visited_time = self.position_visit_count.get(pos, 0) # 计算探索潜力 exploration_potential = self.calculate_exploration_potential(pos) # 优先级计算逻辑 # 1. 金币优先 if value > 0: if (value > best_value or (value == best_value and ((not is_visited and best_visited_time > 0) or (is_visited and visited_time < best_visited_time)))): best_value = value best_pos = pos best_visited_time = visited_time if is_visited else 0 # 2. 没有金币，选择未走过的路 elif not is_visited: if best_value <= 0 and (best_visited_time > 0 or exploration_potential > best_value): best_value = exploration_potential best_pos = pos best_visited_time = 0 # 3. 如果都走过了，选择走过次数最少的路 elif is_visited and visited_time < best_visited_time: if best_value <= 0: best_value = -visited_time # 负值，访问次数越少越好 best_pos = pos best_visited_time = visited_time # 如果找不到合适的位置，就选择任意一个可行的相邻位置 if best_pos is None: for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows and self.map_data[ny][nx] != '1'): # 使用'1'表示墙壁 best_pos = (nx, ny) break return best_pos, best_value if best_value > float('-inf') else 0 def find_exploration_target(self): """ 当视野内没有资源时，寻找探索目标 严格按照优先级：未走过的路 > 走过的路（很久之前走过的优先） """ adjacent = self.get_adjacent_cells(self.current_pos) # 1. 优先级1：未走过的路 unexplored = [pos for pos in adjacent if pos not in self.explored_positions] if unexplored: return unexplored[0] # 选择第一个未探索的位置 # 2. 优先级2：走过的路，按时间排序（很久之前走过的优先） explored = [] for pos in adjacent: if pos in self.explored_positions: # 找出这个位置在路径中最早出现的索引 if pos in self.path: earliest_index = self.path.index(pos) explored.append((pos, earliest_index)) else: # 如果在explored_positions但不在path中，可能是通过其他方式标记的 # 给它一个很大的索引，表示是最近才探索的 explored.append((pos, float('inf'))) if explored: # 按照索引排序，索引越小表示越早走过 explored.sort(key=lambda x: x[1]) return explored[0][0] return None def collect_resource(self, pos): """ 收集指定位置的资源 Args: pos: 资源位置 (x, y) """ x, y = pos cell = self.map_data[y][x] value = self.evaluate_resource_value(cell) if value != 0: self.collected_resources.append({ 'position': pos, 'type': cell, 'value': value }) self.total_value += value self.visited_resources.add(pos) print(f"收集资源: 位置{pos}, 类型{cell}, 价值{value}, 总价值{self.total_value}") def run_3x3_greedy_collection(self, max_moves=1000): """ 运行3x3视野贪心资源收集算法 严格按照优先级：金币 > 未走过的路 > 走过的路 > 墙/陷阱 对于走过的路，优先走很久之前走过的路 Args: max_moves: 最大移动步数，防止无限循环 Returns: dict: 包含路径、收集的资源等信息 """ print("\\n开始3x3视野贪心资源收集...") moves = 0 stuck_count = 0 # 连续无法找到资源的次数 max_stuck = 20 # 最大连续无资源次数 while moves < max_moves and stuck_count < max_stuck: moves += 1 # 在3x3视野内寻找最佳位置（按照严格优先级） best_pos, best_value = self.find_best_resource_in_3x3_vision() if best_pos is not None: # 移动到选定位置 self.current_pos = best_pos self.path.append(best_pos) self.explored_positions.add(best_pos) # 如果是资源位置，进行收集 if best_value != 0: print(f"第{moves}步: 发现视野内金币 位置{best_pos}, 价值{best_value}") self.collect_resource(best_pos) stuck_count = 0 # 收集到资源后重置无资源计数 else: # 是普通路径 if best_pos not in self.explored_positions: print(f"第{moves}步: 移动到未走过的路 位置{best_pos}") else: print(f"第{moves}步: 移动到走过的路 位置{best_pos}") stuck_count += 1 else: # 没有可移动位置，结束收集 print(f"第{moves}步: 无法进行任何移动，结束收集") break # 检查是否达到终点 if self.current_pos == self.end: print(f"第{moves}步: 到达终点！") break if moves >= max_moves: print(f"达到最大移动步数 {max_moves}，结束收集") elif stuck_count >= max_stuck: print(f"连续 {max_stuck} 步未找到资源，结束收集") print("3x3视野资源收集完成！") print(f"总步数: {len(self.path)-1}, 收集资源数: {len(self.collected_resources)}, 资源总价值: {self.total_value}") return self.get_collection_result() def get_collection_result(self): """获取收集结果""" return { 'path': self.path.copy(), 'collected_resources': self.collected_resources.copy(), 'total_value': self.total_value, 'total_moves': len(self.path) - 1, 'resources_count': len(self.collected_resources), 'start_pos': self.start, 'end_pos': self.end, 'final_pos': self.current_pos, 'explored_positions': len(self.explored_positions) } def reset(self): """重置收集器状态""" self.map_data = copy.deepcopy(self.original_map) self.current_pos = self.start self.path = [self.start] self.collected_resources = [] self.total_value = 0 self.visited_resources = set() self.explored_positions = set([self.start]) self.position_visit_count = {self.start: 1} self.deadend_positions = set() self.backtrack_points = [] self.oscillation_detection = [] def get_path(self): """ 获取完整的资源收集路径 返回：路径列表，格式为 [(x1, y1), (x2, y2), ...] """ # 先重置状态 self.reset() max_steps = self.rows * self.cols * 3 # 设置最大步数限制，避免无限循环 steps = 0 reached_goal = False while steps < max_steps and not reached_goal: _, _, reached_goal = self.next_step() steps += 1 # 如果路径长度已经很长但还没到达目标，可能是在循环 if steps > self.rows * self.cols * 2: print(f"警告：路径过长 ({steps} 步)，可能存在循环。提前结束。") break if reached_goal: print(f"找到路径！总步数: {steps}, 总收集价值: {self.total_value}") else: print(f"未能找到到达目标的路径，已走 {steps} 步，总收集价值: {self.total_value}") print(f"发现的死胡同数量: {len(self.deadend_positions)}") return self.path def next_step(self): """ 执行下一步移动 返回：(新位置, 收集的资源价值, 是否到达目标) """ if self.current_pos == self.end: return self.current_pos, 0, True next_pos, value = self.find_best_resource_in_3x3_vision() if next_pos is None: # 如果找不到下一步，说明卡住了，可能是迷宫设计问题 print("找不到下一步移动，可能被卡住了") return self.current_pos, 0, False # 记录新位置和路径 self.current_pos = next_pos self.path.append(next_pos) self.explored_positions.add(next_pos) # 更新位置访问计数 self.position_visit_count[next_pos] = self.position_visit_count.get(next_pos, 0) + 1 # 如果当前位置是回溯点且有多个回溯点，移除当前回溯点 if self.backtrack_points and next_pos == self.backtrack_points[-1]: self.backtrack_points.pop() # 收集资源 x, y = next_pos cell = self.map_data[y][x] value = self.evaluate_resource_value(cell) if value > 0 and next_pos not in self.visited_resources: self.collected_resources.append((next_pos, value)) self.visited_resources.add(next_pos) self.total_value += value # 标记资源已被收集，避免重复计算 if cell.startswith('g') or cell.startswith('c'): try: self.map_data[y][x] = 'v' # 将收集过的资源标记为已访问 except: pass # 检查是否到达目标 reached_goal = (next_pos == self.end) # 调试信息 if len(self.path) % 10 == 0: print(f"当前路径长度: {len(self.path)}, 总收集价值: {self.total_value}") print(f"已发现的死胡同数量: {len(self.deadend_positions)}") return next_pos, value, reached_goal def is_deadend(self, pos): """ 判断当前位置是否是死胡同 死胡同的定义：除了来路外，周围全是墙/陷阱/已走过的路 """ x, y = pos valid_directions = 0 for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows and self.map_data[ny][nx] != '1' and # 使用'1'表示墙壁 (nx, ny) not in self.explored_positions): valid_directions += 1 # 如果没有未探索的方向，则是死胡同 return valid_directions == 0 def find_backtrack_point(self): """ 寻找回溯点，即从路径中找到最近的有未探索方向的点 """ # 从最近访问到最早访问的路径点遍历 for pos in reversed(self.path): x, y = pos # 检查这个点的四个方向是否有未探索的路 for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows and self.map_data[ny][nx] != '1' and # 使用'1'表示墙壁 (nx, ny) not in self.explored_positions): return pos # 如果找不到回溯点，则返回起始点 return self.start def detect_oscillation(self): """ 检测路径中是否有来回走动的情况 """ if len(self.oscillation_detection) < self.max_oscillation_length: return False # 检查最近的移动是否形成循环 recent_moves = self.oscillation_detection[-self.max_oscillation_length:] # 打印调试信息 print(f"检查振荡: {recent_moves[-6:]}") # 检查是否有重复位置模式 (例如A-B-A-B或A-B-C-A-B-C) for pattern_length in range(2, self.max_oscillation_length // 2 + 1): if recent_moves[-pattern_length:] == recent_moves[-2*pattern_length:-pattern_length]: print(f"检测到振荡！模式长度: {pattern_length}") return True # 更简单的检测：检查是否在有限步数内多次访问同一位置 position_counts = {} for pos in recent_moves: if pos in position_counts: position_counts[pos] += 1 if position_counts[pos] >= 3: # 在短时间内访问同一位置3次以上 print(f"检测到位置 {pos} 被频繁访问 {position_counts[pos]} 次") return True else: position_counts[pos] = 1 return False def calculate_exploration_potential(self, pos): """ 计算位置的探索潜力值 潜力值基于： 1. 周围未探索的方向数 2. 到达过这个位置的次数（次数越多潜力越低） 3. 是否含有资源 """ x, y = pos potential = 0 # 检查周围四个方向是否有未探索的路 for dx, dy in [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]: nx, ny = x + dx, y + dy if (0 <= nx < self.cols and 0 <= ny < self.rows): # 未探索的路增加潜力 if (nx, ny) not in self.explored_positions and self.map_data[ny][nx] != '1': potential += 10 # 有资源的路增加更多潜力 cell = self.map_data[ny][nx] if cell.startswith('g'): try: value = int(cell[1:]) potential += value * 2 except ValueError: potential += 5 # 如果无法解析值，则默认增加5点潜力 # 访问次数越多，潜力越低 visit_penalty = self.position_visit_count.get(pos, 0) * 5 potential = max(0, potential - visit_penalty) return potential # 使用示例 def main(): obj = MazeGenerator(20,'demo.csv',name="龙脊峡谷迷宫") obj.generate( seed=123, boss_count=2, traps_range=(5, 10), mechanisms_range=(3, 7), skill_traps=8 ) obj.export_to_csv() map_data = obj.read_csv() see = MazeGenerator(1,filename ='demo.csv') see.read_from_csv() print("=== 原始迷宫 ===") see.print_maze() print("\\n" + "="*60) print("使用传统贪心算法:") print("="*60) player = GreedyPlayer(map_data) player.find_path() see.maze = player.marked_map see.print_maze() print(f"传统贪心算法总收益: {player.get_total_reward()}") print("\\n" + "="*60) print("使用3x3视野贪心算法:") print("="*60) # 使用新的3x3视野算法 greedy_3x3 = Greedy3x3ResourceCollector(map_data) result = greedy_3x3.run_3x3_greedy_collection() # 显示结果 see.maze = greedy_3x3.add_path_to_map() see.print_maze() print(f"\\n3x3视野算法结果:") print(f" 总移动步数: {result['total_moves']}") print(f" 收集资源数量: {result['resources_count']}") print(f" 资源总价值: {result['total_value']}") print(f" 探索位置数: {result['explored_positions']}") print("\\n收集的资源详情:") for i, resource in enumerate(result['collected_resources'], 1): print(f" {i}. 位置{resource['position']}: {resource['type']} (价值: {resource['value']})") def demo_3x3_greedy(): """演示3x3视野贪心算法""" # 创建一个示例迷宫 demo_maze = [ ['s', '0', 'g5', '1', 't3'], ['0', '1', '0', '0', 'g2'], ['g3', '0', '1', 't2', '0'], ['0', 't1', '0', '0', 'g4'], ['1', '0', 'g1', '0', 'e'] ] print("=== 3x3视野贪心算法演示 ===") print("迷宫说明:") print(" s: 起点, e: 终点") print(" g数字: 金币资源 (正收益)") print(" t数字: 陷阱资源 (负收益)") print(" 0: 可通行路径, 1: 墙壁") print("\\n原始迷宫:") for row in demo_maze: print(' '.join(f"{cell:>2}" for cell in row)) # 使用3x3视野贪心算法 collector = Greedy3x3ResourceCollector(demo_maze) result = collector.run_3x3_greedy_collection() # 显示标记后的迷宫 marked_maze = collector.add_path_to_map() print("\\n标记路径后的迷宫:") print("S: 起点, E: 终点, *: 已收集资源, .: 路径") for row in marked_maze: print(' '.join(f"{cell:>2}" for cell in row)) print(f"\\n算法结果:") print(f" 总移动步数: {result['total_moves']}") print(f" 收集资源数量: {result['resources_count']}") print(f" 资源总价值: {result['total_value']}") return collector, result if __name__ == "__main__": # 运行演示 print("选择运行模式:") print("1. 完整迷宫生成和算法比较") print("2. 简单3x3视野算法演示") choice = input("请输入选择 (1 或 2，默认为 2): ").strip() if choice == "1": main() else: demo_3x3_greedy()