Cpp-lab-7

Практикум №7 (Ocean)

Задание

Разработать систему имитационного моделирования "Океан". Моделируется замкнутая экологическая система по принципу хищник-жертва.

Имитационное моделирование в данном случае предполагает, что мы не используем математические модели, формулы, а получаем результаты моделирования на основе случайного взаимодействия объектов в океане.

В системе рассматриваются сущности:

Ocean - двумерная матрица ячеек.
Cell - ячейка океана, которая может быть либо пустой, либо содержать объект.
Object - объект, который может занимать ячейку океана.
Stone - неподвижный объект океана, просто занимающий ячейку.
Prey - рыба-жертва. Передвигается случайным образом по океану, размножается и умирает через заданные промежутки времени.
Predator - рыба-хищник. Передвигается по океану, поедает рыбу-жертву, размножается. Может умереть от голода.

Наша программная модель предполагает, что в систему могут вводиться новые сущности, в том числе основанные на существующих (супер-хищник и т.д.)

Этапы

На начальном этапе необходимо разработать классы для основных сущностей. Океан выступает контейнером для ячеек, ячейка является контейнером для объектов. Все объекты объединяются в коллекцию (вектор или список) и океан управляет всеми объектами через цикл (подобно управлению работниками в предыдущей лабораторной работе). Океан посылает всем объектам сообщение live(), и каждый объект ведет себя в соответствии с заданным алгоритмом.

Рассылка сообщений должна производиться именно по списку, а не по позиции ячейки в океане. Это гарантирует независимость порядка порядка поступления сообщения от позиции в океане.

В результате "жизнедеятельности" объектов в океане происходят следующие события:

живые объекты хаотично перемещаются в соседние ячейки;
живые объекты размножаются, питаются и умирают;

Моделирование продолжается до тех пор, пока:

пользователь не прерывает процесс;
в океане заканчивается пища - объекты Prey;
в океане заканчиваются хищники - объекты Predators;

Краткое описание живых объектов

Prey

Низшее звено пищевой цепочки. Живет заданное количество итераций. Выполняет свободные перемещения по океану с шагом 1 ячейка. Размножается через определенный период времени.

Predator

Хищник - высшее звено пищевой цепи. Наследует поведение Prey, но может умирать от голода и охотиться на добычу. Может размножаться только в сытом состоянии.

Результаты моделирования

В начале в океан загружаются параметры всех объектов и случайным образом помещаются объекты (количество указывается в параметрах). После этого включается основной цикл и далее возможны три исхода:

Смерть хищников. Добыча заполняет все доступное пространство океана.
Смерть добычи. Хищники размножаются, но потом неизбежно умирают с голода. Океан пустеет.
Колебания численности. Число хищников и жертв колеблется по гармоническому закону. Это самый предпочтительный вариант.

Консольная версия

Каждый объект в океане отображается на экране определенным символом. Моделирование предполагает случайное распределение в океане заданного количества камней, жерт и хищников (начальное состояние) и пошаговое изменение состояния океана. Все объекты в течении шага делают свой ход. После этого на экран выводится карта океана и процесс зацикливается.

На приведенном скриншоте показана i-ая итерация океана. Жерты обозначены символом 'f', хищники - 'S'. Видно, что количество жертв существенно больше числа хищников, что создает для последних благоприятные условия для питания и размножения. На экране отображается порядка 5000 объектов.

Некоторые варианты реализации

Приведем в качестве примера несколько неполных реализаций классов проекта.

Океан:

#ifndef _OCEAN_H_
#define _OCEAN_H_

#include "common.h"
#include "Cell.h"
#include <list>

class Ocean
{
	
private:
	Cell **cells;
	std::list<Object*> stuff;

public:
	Ocean();
	~Ocean();
	void print() const;
	void addObjects(...);
	void run();
};
#endif

Объект:

#ifndef _OBJECT_H_
#define _OBJECT_H_

#include "common.h"

#define STONE_N '#'
#define CORAL_N '*'
#define PREY_N 'f'
#define PREDATOR_N 'S'

enum class ObjType {STONE,CORAL,PREY,PREDATOR};

class Cell;
class Object
{
protected:
	Cell *cell;
public:
	Object(Cell * = nullptr);
	virtual ~Object();
	virtual void live() = 0; // жизнь объекта
	void setCell(Cell*);
};
#endif

Ячейка:

#ifndef _CELL_H_
#define _CELL_H_

#include "common.h"
#include "Object.h"

class Ocean;

class Cell
{
	friend Ocean;
private:
	Pair crd;
	Object *obj;
	Ocean *ocean;
public:
	explicit Cell(Pair p = { 0, 0 }, Ocean* oc = nullptr) :
		crd(p),
		obj(nullptr),
		ocean(oc) {}
	void init(Pair p, Ocean* oc);
	Object* getObject() const;
	void setObject(Object*);
	void killMe();

};
#endif

Файл с общими настройками:

#ifndef _COMMON_H_
#define _COMMON_H_

typedef size_t coord_t;

struct Pair
{
	coord_t x; // 0..M-1
	coord_t y; // 0..N-1
};

const size_t N = 20;
const size_t M = 50;

#endif

Список участников/веток

ФИО	Имя ветки

Алгоритм выполнения работы

Для выполнения работы необходимо:

Выполнить fork репозитария в свой аккаунт.
Выполнить клонирование репозитария из своего аккаунта к себе на локальную машину (git clone).
Создать ветку git с индивидуальным номером (git branch имя_ветки).
Сделать ветку активной (git checkout имя).
Необходимо разместить как исходные файлы с решениями задач, поместив cpp файлы в src, а заголовочные - в include.
Добавить файлы в хранилище (git add).
Выполнить фиксацию изменений (git commit -m "комментарий").
Отправить содержимое ветки в свой удаленный репозитарий (git push origin имя_ветки).
Создать пул-запрос в репозитарий группы и ждать результата от Travis-CI.

pazamelin/tp-lab-7