Программа волчий остров

Размещено на http://www.allbest.ru/

lМИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СамГУПС)

Кафедра «Мехатроника, автоматизация и управление на транспорте»

Курсовая работа

По дисциплине: «Основы программирования: 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Тема: Программа волчий остров.

Выполнил: Студент гр. ИВТб-11

Князев М.А.

Проверил: Старший преподаватель

Авсиевич В.В.

САМАРА 2022



Содержание

Введение

1. Программа волчий остров

1.1 Наименование продукта

1.2 Краткая характеристика области применения

2. Техническое задание

3.1 Описание проекта

3.2 Пользовательский интерфейс

3.3 Описание работы программы

4. Реализация логики ПО

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Задача данной работы в создание программы волчий остров. Программа должна выглядеть как остров размером 20х20, который заселен дикими кроликами, волками и волчицами. Имеется по нескольку представителей каждого вида. Кролики довольно глупы: в каждый момент времени они с одинаковой вероятностью 1/9 передвигаются в один из восьми соседних квадратов (за исключением участков, ограниченных береговой линией) или просто сидят неподвижно. Каждый кролик с вероятностью 0,2 превращается в двух кроликов. Каждая волчица передвигается случайным образом, пока в одном из соседних восьми квадратов не окажется кролик, за которым она охотится. Если волчица и кролик оказываются в одном квадрате, волчица съедает кролика и получает одно очко. В противном случае она теряет 0,1 очка. Волки и волчицы с нулевым количеством очков умирают. В начальный момент времени все волки и волчицы имеют 1 очко. Волк ведет себя подобно волчице до тех пор, пока в соседних квадратах не исчезнут все кролики; тогда, если волчица находится в одном из восьми близлежащих квадратов, волк гонится за ней. Если волк и волчица окажутся в одном квадрате и там нет кролика, которого нужно съесть, они производят потомство случайного пола. Запрограммировать предполагаемую экологическую модель и понаблюдать за изменением популяции в течение некоторого периода времени.

Работа будет написана в среде разработки Visual Studio 2022 на языке программирования C#. Visual Studio -- это стартовая площадка для написания, отладки и сборки кода, а также последующей публикации приложений. Помимо стандартного редактора и отладчика, которые есть в большинстве сред IDE, Visual Studio включает в себя компиляторы, средства автозавершения кода, графические конструкторы и многие другие функции для улучшения процесса разработки.



Рис. 1 - Язык программирования

C# (произносится си шарп) -- объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998--2001 годах группой инженеров компании Microsoft под руководством Андерса Хейлсберга и Скотта Вильтаумота как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework и .NET Core. Впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и ISO/IEC 23270. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, переменные, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.



1. Программа волчий остров

1.1 Наименование продукта

Пользовательский интерфейс данной программы представляет из себя Windows form. Windows Forms -- это платформа пользовательского интерфейса для создания классических приложений Windows. Она обеспечивает один из самых эффективных способов создания классических приложений с помощью визуального конструктора в Visual Studio. Такие функции, как размещение визуальных элементов управления путем перетаскивания, упрощают создание классических приложений. В Windows Forms можно разрабатывать графически сложные приложения, которые просто развертывать, обновлять, и с которыми удобно работать как в автономном режиме, так и в сети. Приложения Windows Forms могут получать доступ к локальному оборудованию и файловой системе компьютера, на котором работает приложение.

1.2 Краткая характеристика области применения

Разработанная в рамках данной курсовой работы, показывает как будут меняться популяции на которые воздействуют различные факторы: время и количество особей разных видов в замкнутой среде. Программа может применяться для обучения биологов.



2. Техническое задание

Цель: Запрограммировать экологическую модель, чтобы понаблюдать за изменением популяций в течение некоторого периода времени

Задачи: изучить среду разработки Visual Studio, изучить язык программирования C#, Научиться работать с windows формами.

Функциональные требования: вывод среды обитания, возможность задать время существования популяций, вывод необходимой информации для пользователя.

Блок схема 1 - Алгоритм выполнения работы



3.1 Описание проекта

Данная курсовая посвящена разработке программы для изучения поведения популяций разных животных в одной среде, Главная цель курсовой работы - проработка и упорядочивание знаний, полученных за время изучения дисциплины «Объектно-ориентированное программирование» с использованием языка C#.

3.2 Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс (UI) -- это способ взаимодействия пользователя и программы. Интерфейс используется для корректного в пользователя с программой для верного решения поставленных задач. В данной работе используется платформа пользовательского интерфейса для создания классических приложений Windows. В Windows Forms можно разрабатывать графически сложные приложения, которые просто развертывать, обновлять, и с которыми удобно работать как в автономном режиме, так и в сети. Приложения Windows Forms могут получать доступ к локальному оборудованию и файловой системе компьютера, на котором работает приложение.

На рис. 2 представлен пользовательский интерфейс программы.

Здесь пользователю предлагают ввести количество шагов (время выполнения) и задержку между шагами в миллисекундах. Кнопкой старт пользователь запустит программу. Для корректного выполнения алгоритма программы в данном меню необходимо вводить только цифры. Также пользователь видет сноску со всей необходимой ему информацией.



Рис. 2 - Меню.

На рис. 3 представлена среда обитания животных. Пользователь может наблюдать, как эта среда будет меняться за определённое количество шагов.

Рис. 3 - Среда обитания.



Рис. 4 - Среда обитания через 100 шагов.

На рис. 4 представлена среда обитания животных спустя 100 шагов. По рисунку видно, что кроликам осталось недолго, скорее всего волки съедят их всех и никого не останется.

3.3 Описание работы программы

Суть работы данной программы заключается в считывании животными того, кто находится в одной клетке с ними, после этого они уже предпринимают какие-то действия с разной вероятностью.



4. Реализация логики ПО

Программисты на C# используют формы для отображения необходимой информации. Создаётся главная форма на которую мы будем добавлять элементы, такие как кнопки и текстовые метки. Эти элементы можно редактировать как вам будет удобно. Вы можете создать несколько форм и сделать кнопку, которая будет переводить вас с одной формы на другую. интерфейс программный данный

Блок схема 2 - Алгоритм жизни волчицы

По алгоритму, описанному в блок схеме 2, представленной выше, была разработана логика волчицы. Во время разработки были применены различные методы и классы. Одним из таких классов является класс IslandController контролирующий движения волчицы по среде обитания. Волчица может прожить без пищи 10 шагов, если она не встретит за это время зайца, она умирает. Также волчица может дать потомство, если наткнётся на волка, но она всё равно потеряет часть от своих очков. Далее на рис. 5 представлен код для передвижения волчицы.

Блок схема 3 - Алгоритм проверки ввода данных

Код проверки ввода данных пользователем. Данный код проверяет подходит ли число введённое пользователем для работы программы. Для этого используется метод TryParse.

Метод преобразует строковое представление числа в эквивалентное ему 32-битовое целое число со знаком. Возвращает значение, указывающее, успешно ли выполнена операция. Проверка ввода данных очень важна. Если не брать её в расчёт может вылезти множество ошибок и придётся переписывать большую часть кода.

Блок схема 4 - Алгоритм основной программы

На блок схеме 4 представлен основной код для главной формы. Этот код отвечает за работу всех кнопок на главной форме. Суть его работы заключается в следующем: для каждой кнопки прописывается свой код и эти кнопки отвечают за определённую часть программы. После того как мы ведём нужные нам данные и нажмём кнопку старт, программа запустится и начнёт делать шаги. Количество шагов выбирается перед запуском. После окончания работы, вы можете посмотреть как изменился волчий остров спустя время.



Заключение

Благодаря уровню навыков, полученных во время курса обучения мы разработали программу волчий остров. Данная программа показывает, как изменяется численность популяций в замкнутой среде. Работа над кодом помогла в очередной раз закрепить знания и навыки, полученные в ходе курсе обучения.



Список литературы

1. C# для чайников - Мюллер Д. П.

2. Unity и C#. Геймдев от идеи до реализации - Бонд Д. Г.

3. Язык программирования C# 7 и платформы .NET и .NET Core - Троелсен и Джепикс.

4. Эффективное программирование на C#. 50 способов улучшения кода - Билл Вагнер.

5. C# 4.0: полное руководство - Герберт Шилдт.

6. C# in Depth - Джон Скит.



Приложение

using System;

using System.Drawing;

using System.Windows.Forms;

using WF.Core.Models;

using WF.Core.Controllers;

namespace WolfIsland

{

public partial class FolwIslandForm : Form

{

private static int delay = 500;

private bool isLaunched;

private int countStep = 150;

private readonly AnimalStatistics[,] animalStatistics = new AnimalStatistics[22, 22];

private readonly bool[,] rabbitArray = new bool[22, 22];

private readonly bool[,] wolfArray = new bool[22, 22];

private readonly bool[,] sheWolfArray = new bool[22, 22];

private readonly bool[,] backgroundArray = new bool[22, 22];

private readonly int[,] resultArray = new int[20, 20];

public FolwIslandForm()

{

InitializeComponent();

txtStep.Text = countStep.ToString();

txtDelay.Text = delay.ToString();

}

private void BtnStartSim_Click(object sender, EventArgs e)

{

UseModel();

}

private void UseModel()

{

if (isLaunched is false)

{

btnStartSim.Text = "Остановить";

AnimalController.Random = new Random();

for (int i = 0; i < 22; i++)

{

for (int j = 0; j < 22; j++)

{

rabbitArray[i, j] = false;

wolfArray[i, j] = false;

sheWolfArray[i, j] = false;

}

}

IslandController.SetBackground(backgroundArray);

AnimalController.NewArea(rabbitArray, backgroundArray, 0);

AnimalController.NewArea(wolfArray, backgroundArray, 1);

AnimalController.NewArea(sheWolfArray, backgroundArray, 1);

IslandController.NewAnimalStatistics(animalStatistics);

IslandController.Steps = countStep;

isLaunched = true;

SetTimerInterval();

lblInfo.Visible = true;

txtStep.Enabled = false;

PopulLbl.Visible = true;

lblStep.Visible = true;

lblStep.Text = "Шаг номер: 0";

PopulLbl.Text = "Кролики: 0, волки: 0, волчицы: 0";

timerMain.Enabled = true;

}

else

{

btnStartSim.Text = "Начать новую симуляцию";

timerMain.Enabled = false;

txtStep.Enabled = true;

isLaunched = false;

if (IslandController.PopulationSize(rabbitArray) == 0)

{

MessageBox.Show("Волки съели всех кроликов!", "Завершено", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Asterisk);

}

}

}

private void SetTimerInterval()

{

timerMain.Interval = delay;

}

private void Step()

{

IslandController.Island(rabbitArray, wolfArray, sheWolfArray, backgroundArray, resultArray, animalStatistics);

panelMain.Invalidate();

IslandController.Steps--;

GetInfo();

}

private void GetInfo()

{

lblStep.Text = $"Номер шага: {countStep - IslandController.Steps}";

PopulLbl.Text = $"Кролики: {IslandController.PopulationSize(rabbitArray)}, " +

$"волки: {IslandController.PopulationSize(wolfArray)}, " +

$"волчицы: {IslandController.PopulationSize(sheWolfArray)}";

}

private void PanelMain_Paint(object sender, PaintEventArgs e)

{

Graphics graphics = e.Graphics;

int num = panelMain.ClientSize.Width;

int num2 = panelMain.ClientSize.Height;

int num3 = ((num < num2) ? num : num2);

int h = num3 / 20;

DisplayController.PrintIsland(graphics, h, resultArray);

}

private void TimerMain_Tick(object sender, EventArgs e)

{

Step();

if (IslandController.Steps == 0 || IslandController.PopulationSize(rabbitArray) < 1)

{

UseModel();

}

}

private void TxtStep_TextChanged(object sender, EventArgs e)

{

if (int.TryParse(txtStep.Text, out int result))

{

if (result <= 0)

{

MessageBox.Show("Число должно быть положительным", "Ошибка", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Hand);

return;

}

countStep = result;

}

else

{

MessageBox.Show("Неверный формат числа", "Ошибка", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Hand);

}

}

private void TxtDelay_TextChanged(object sender, EventArgs e)

{

if (int.TryParse(txtDelay.Text, out int result))

{

if (result <= 0)

{

MessageBox.Show("Число должно быть положительным", "Ошибка", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Hand);

return;

}

delay = result;

SetTimerInterval();

}

else

{

MessageBox.Show("Неверный формат числа", "Ошибка", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Hand);

}

}

}

}

private static void Movement(int i, int j, int d, bool[,] animals, Reserve[,] reserve, int[,] access, AnimalStatistics[,] animalStatistics, Animal animal)

{

int num = Random.Next(d);

animals[access[num, 0], access[num, 1]] = true;

animals[i, j] = false;

reserve[access[num, 0], access[num, 1]].Future = true;

reserve[i, j].Future = false;

switch (animal)

{

case Animal.Rabbit:

animalStatistics[access[num, 0], access[num, 1]].Rabbit = animalStatistics[i, j].Rabbit;

break;

case Animal.Wolf:

animalStatistics[access[num, 0], access[num, 1]].Wolf = animalStatistics[i, j].Wolf;

break;

case Animal.SheWolf:

animalStatistics[access[num, 0], access[num, 1]].SheWolf = animalStatistics[i, j].SheWolf;

break;

}

}

public static void RabbitsLife(bool[,] rabbitArray, bool[,] backgroundArray, AnimalStatistics[,] animalStatistics)

{

int ps = 0;

int ln = 0;

var array = new int[9, 4];

var array2 = new Reserve[22, 22];

IslandController.EditedNull(array2);

for (int i = 0; i < 22; i++)

{

for (int j = 0; j < 22; j++)

{

if (!rabbitArray[i, j])

{

continue;

}

AccessNull(array);

int num = 0;

for (int k = 0; k < 8; k++)

{

NewBoxs(ref ln, ref ps, k, i, j);

if (backgroundArray[ln, ps] && !rabbitArray[ln, ps])

{

array[num, 0] = ln;

array[num, 1] = ps;

num++;

}

}

animalStatistics[i, j].Rabbit.Age++;

if (animalStatistics[i, j].Rabbit.Age > 30)

{

rabbitArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].Rabbit.Age = 0;

animalStatistics[i, j].Rabbit.Health = 0;

array2[i, j].Now = false;

array2[i, j].Future = false;

continue;

}

int num2 = 1 + Random.Next(5);

if (num > 0 && num2 == 5 && !array2[i, j].Now)

{

int num3 = Random.Next(num);

rabbitArray[array[num3, 0], array[num3, 1]] = true;

array2[array[num3, 0], array[num3, 1]].Now = true;

num--;

AccessReboot(array, num, num3);

}

num2 = 1 + Random.Next(10);

if (num > 0 && num2 == 5 && !array2[i, j].Future)

{

Movement(i, j, num, rabbitArray, array2, array, animalStatistics, Animal.Rabbit);

}

}

}

}

public static void WolfsLife(bool[,] wolfArray, bool[,] rabbitArray, bool[,] sheWolfArray, Reserve[,] reserverArray, AnimalStatistics[,] animalStatistics)

{

int num;

int num2;

int ps = 0;

int ln = 0;

var array = new int[9, 4];

var array2 = new Reserve[22, 22];

IslandController.EditedNull(array2);

for (int i = 0; i < 22; i++)

{

for (int j = 0; j < 22; j++)

{

if (!wolfArray[i, j])

{

continue;

}

AccessNull(array);

int num3 = 0;

int num4 = 0;

int num5 = 0;

for (int k = 0; k < 8; k++)

{

NewBoxs(ref ln, ref ps, k, i, j);

if (secure[ln, ps] == 0 && !wolfArray[ln, ps])

{

array[num3, 0] = ln;

array[num3, 1] = ps;

if (rabbitArray[ln, ps])

{

num4++;

array[num3, 2] = 1;

}

if (sheWolfArray[ln, ps])

{

num5++;

array[num3, 3] = 1;

}

num3++;

}

}

animalStatistics[i, j].Wolf.Age++;

if (animalStatistics[i, j].Wolf.Age > 60)

{

num3 = 0;

wolfArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].Wolf.Age = 0;

animalStatistics[i, j].Wolf.Health = 0;

array2[i, j].Now = false;

array2[i, j].Future = false;

}

if (animalStatistics[i, j].Wolf.Age != 0)

{

if (rabbitArray[i, j])

{

rabbitArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].Wolf.Health++;

animalStatistics[i, j].Rabbit.Age = 0;

}

else if (num4 > 0 && !rabbitArray[i, j])

{

animalStatistics[i, j].Wolf.Health--;

}

}

if (animalStatistics[i, j].Wolf.Health == 0)

{

wolfArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].Wolf.Age = 0;

animalStatistics[i, j].Wolf.Health = 0;

array2[i, j].Now = false;

array2[i, j].Future = false;

}

else

{

if (num3 <= 0)

{

continue;

}

if (sheWolfArray[i, j] && !array2[i, j].Now && animalStatistics[i, j].SheWolf.Age >= 2 && animalStatistics[i, j].Wolf.Age >= 3)

{

num = Random.Next(num3);

num2 = Random.Next(2);

if (num4 == num3)

{

num4--;

}

if (num5 == num3)

{

num5--;

}

if (num2 == 0)

{

wolfArray[array[num, 0], array[num, 1]] = true;

array2[array[num, 0], array[num, 1]].Future = true;

animalStatistics[array[num, 0], array[num, 1]].Wolf.Health = 10;

num3--;

AccessReboot(array, num3, num);

}

else if (array[num, 3] == 0)

{

sheWolfArray[array[num, 0], array[num, 1]] = true;

reserverArray[array[num, 0], array[num, 1]].Now = true;

animalStatistics[array[num, 0], array[num, 1]].SheWolf.Health = 10;

num3--;

AccessReboot(array, num3, num);

}

}

if (num4 > 0 && num3 > 0 && !array2[i, j].Future)

{

ArrayController.AccessSort(array, 2, num3);

Movement(i, j, num4, wolfArray, array2, array, animalStatistics, Animal.Wolf);

num3 = 0;

}

if (num5 > 0 && num3 > 0 && !array2[i, j].Future)

{

ArrayController.AccessSort(array, 3, num3);

Movement(i, j, num5, wolfArray, array2, array, animalStatistics, Animal.Wolf);

num3 = 0;

}

if (num3 > 0 && !array2[i, j].Future)

{

Movement(i, j, num3, wolfArray, array2, array, animalStatistics, Animal.Wolf);

}

}

}

}

}

public static void SheWolfsLife(bool[,] sheWolfArray, bool[,] rabbitArray, Reserve[,] reserveArray, AnimalStatistics[,] animalStatistics)

{

int ps = 0;

int ln = 0;

var array = new int[9, 4];

IslandController.EditedNull(reserveArray);

for (int i = 0; i < 22; i++)

{

for (int j = 0; j < 22; j++)

{

if (!sheWolfArray[i, j])

{

continue;

}

AccessNull(array);

int num = 0;

int num2 = 0;

for (int k = 0; k < 8; k++)

{

NewBoxs(ref ln, ref ps, k, i, j);

if (secure[ln, ps] == 0 && !sheWolfArray[ln, ps])

{

array[num, 0] = ln;

array[num, 1] = ps;

num++;

if (rabbitArray[ln, ps])

{

num2++;

array[num, 2] = 1;

}

}

}

animalStatistics[i, j].SheWolf.Age++;

if (animalStatistics[i, j].SheWolf.Age > 60)

{

num = 0;

sheWolfArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].SheWolf.Age = 0;

animalStatistics[i, j].SheWolf.Health = 0;

reserveArray[i, j].Now = false;

reserveArray[i, j].Future = false;

}

if (animalStatistics[i, j].SheWolf.Age > 0)

{

if (rabbitArray[i, j])

{

rabbitArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].SheWolf.Health++;

animalStatistics[i, j].Rabbit.Age = 0;

}

else if (num2 > 0 && !rabbitArray[i, j])

{

animalStatistics[i, j].SheWolf.Health--;

}

}

if (animalStatistics[i, j].SheWolf.Health == 0)

{

num = 0;

sheWolfArray[i, j] = false;

animalStatistics[i, j].SheWolf.Age = 0;

animalStatistics[i, j].SheWolf.Health = 0;

reserveArray[i, j].Now = false;

reserveArray[i, j].Future = false;

}

if (num > 1)

{

if (num2 > 0 && num > 0)

{

ArrayController.AccessSort(array, 2, num);

Movement(i, j, num2, sheWolfArray, reserveArray, array, animalStatistics, Animal.SheWolf);

num = 0;

}

if (num > 0 && !reserveArray[i, j].Future)

{

Movement(i, j, num, sheWolfArray, reserveArray, array, animalStatistics, Animal.SheWolf);

}

}

}

}

}

Размещено на Allbest.ru

...