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AA18_Project_Bootstrap

算分2018小班课赵海燕老师班课程项目

项目结构

  • examlpes：问题集合
    • sokoban_game：推箱子游戏示例
      • metamodel.json：问题的元模型（即问题的静态描述）
      • rules.json：问题的规则（即问题的动态描述）
      • goal.json：问题的目标
      • instances：问题的实例目录
        • trivial.json：最简单的推箱子游戏实例
  • utils：工具集合
    • check_and_visualize.py：模型校验和可视化工具

Quick Start

  1. 安装Python

    • 模型校验工具是用Python实现的。项目不限制编程语言，但是由于Python在数据处理和算法上的优势，也鼓励大家尝试使用Python完成项目。（Python2、Python3皆可）

  2. 安装graphviz工具

    • graphviz是一款开源、跨平台的图渲染工具，可以讲制定格式的文件渲染成多种图片的形式

  3. 通过PIP安装graphviz依赖

    • 为了能够通过Python调用graphviz，需要先安装Python的graphviz包。安装Python后在终端输入pip install graphviz即可

  4. 校验工具使用

    • 在项目根目录下输入

      python utils/check_and_visualize.py sokoban_game

      即会校验推箱子游戏下的metamodel.json、rules.json、goal.json的合法性，同时在项目根目录下的visualize/sokoban_game目录下生成对应的图片

    • 输入

      python utils/check_and_visualize.py sokoban_game --instance instances/trivial.json

      会校验指定实例（instances/trivial.json）的合法性，同时在visualize/sokoban_game的对应位置生成图片

    • 如果携带参数--check_only将会只进行校验，不生成图片

模型格式说明

模型包含metamodel.json、rules.json、goal.json以及任意文件名的json格式实例模型

metamodel.json

一个json对象，其中包含

  • classes：json数组，包含问题中所有的类，每一个类中包含
    • id：必须，不与其他类id重复，类的唯一标识
  • relations：json数组，包含问题中所有的关系，每一个关系中包含
    • id：必须，不与其他关系id重复，关系的唯一标识
    • source：必须，为某一类的id，表示关系的源端
    • target：必须，为某一类的id，表示关系的目标端
    • name：可选，关系的名称，用于展示，如不包含该字段，将用id字段展示

rules.json

所有的规则组成的json数组，每一个规则包含

  • id：必须，不与其他规则id重复，规则的唯一标识
  • lhs：必须，规则的左部（用于匹配），包含一个对象图
  • rhs：必须，规则的右部（用于替换左部），包含一个对象图
  • nacs：可选，规则的negative application conditions（用于限制规则的适用条件，如果任意一个nac被匹配，则无法apply该rule），包含一个nac的json数组，nac为对象图的形式
    • lhs、rhs、nac中的对象id只表示他们之间的点（对象）映射关系，并不具有实际含义。在与某一实例图匹配的时候，只需考虑类和关系是否匹配
    • lhs和rhs、lhs和nac中相同id的对象表示为同一个对象（“会被保留的对象”），只出现于lhs的对象为“会被删除的对象”，只出现于rhs的对象为“将要新增的对象”
    • 由morphism的定义可知，一旦确定点（对象）的映射关系，边（关系实例）的映射关系亦可确定，即两侧源、目标和类型均相同的关系实例被视为是identical的，若在另一侧找不到对应的关系实例，则被视为是新增/删除的

goal.json

目标的json对象，包含

  • graph：可选，满足目标所需要匹配的对象图
  • nacs：可选，目标的negative application conditions（如果任意一个nac被匹配，则视为没有满足目标）
    • graph与nacs不应同时为空，否则goal将没有意义
    • 与规则类似，graph和nac中的对象id没有实际含义，只表示graph与nac之间的映射关系

实例模型

一个对象图

对象图

一个json对象，包含

  • objects：必须，json数组，包含对象图中所有的对象，每一个对象包含
    • id：必须，不与其他对象id重复，对象的唯一标识
    • type：必须，为metamodel中某一个类的id，对象的类型
    • name：可选，对象的别名，用于展示，如不包含该字段，将用id字段展示
  • relations：可选，json数组，包含对象图中所有的关系实例，每一个关系实例包含
    • type：必须，为metamodel中某一个关系的id，关系实例的类型
    • source：必须，为某一对象的id，表示关系的源端
    • target：必须，为某一对象的id，表示关系的目标端
      • 关系实例不能包含id，一个关系实例应该是由上述三个字段唯一确定的

项目要求

  1. 实现Graph Transformation和基本的搜索策略（DFS/BFS），使得对于任何给定的问题模型和问题实例，可以通过图变换得到一个满足目标的实例，并能判断无解的情况
  2. 采用前述模型来描述某一个问题，问题的类型不限，但应该对于搜索具有一定的复杂性，给出问题的模型，以及若干复杂程度不等的实例
  3. 尝试给出问题无关的搜索优化策略，使得对于不同的问题，都可以在一定程度上减少搜索的时间（或空间）