Complexité lourde(automate cellulaire)

**mistou** · 07/06/2019, 17h53

Bonjour,
je suis actuellement entrain de travailler sur la modélisation d'un feu de foret ( en automate cellulaire) via python, cependant étant plutôt novice je me heurte à une forte complexité dans mon code qui rend la simulation plutôt lente.

Code :

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#Condition simulation
 
    #Foret à simuler
 
Nombre_ligne=100
Nombre_colonne=100
Densite=95
Vent=[100,100]
intensite=0
 
    #Chance de mise à feux
 
chance_buis=30
chance_chêne=30
chance_cyprès=30
 
     #Durée de vie
 
durée_de_vie_buis=3
durée_de_vie_chêne=3
durée_de_vie_cyprès=3
 
 #taille fenetre simulation
 
largeur=700
hauteur=700
 
 
 
#bibliothéque utile
 
from random import *
from copy import *
import pygame
from math import *
from numpy import *
 
#def des vecteurs
 
def vecteur(A,B):
    '''Crée un vecteur entre le point A et le point B'''
    y=B[0]-A[0]
    x=B[1]-A[1]
    v=[x,-y]
    return v
 
def norme(A):
    x=A[0]
    y=A[1]
    n = (x**2+y**2)**0.5
    return n
 
def produitscalaire(A,B):
    '''Produit scalaire canonique'''
    xA = A[0]
    yA = A[1]
    xB = B[0]
    yB = B[1]
    Ps = (xA*xB)+(yA*yB)
    return Ps
 
def normalisation(Vecteur):
    '''Rend un vecteur unitaire'''
    normeV=norme(Vecteur)
    X=Vecteur[0]/normeV
    Y=Vecteur[1]/normeV
    Vn=[X,Y]
    return Vn
 
#Définition des classes
 
class arbre:
 
                            ##Constructeur
    def __init__(self,t,e,s):
        self.etat=e
        self.status=s
        self.type=t
 
 
                            ##Afficheur
    def __repr__(self):
        E=self.etat
        S=self.status
        T=self.type
        if T==0:
            if E==0 and S==0:
                return 'Buis vivant'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Buis mort'
            else:
                return 'Buis en feu'
        if T==1:
            if E==0 and S==0:
                return 'Chêne vivant'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Chêne mort'
            else:
                return 'Chêne en feu'
        if T==2:
            if E==0 and S==0:
                return 'Cyprès vivant'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Cyprès mort'
            else:
                return 'Cyprès en feu'
        if T==3:
            if E==0 and S==0:
                return 'Terre'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Terre'
            else:
                return 'Terre'
        if T==4:
            if E==0 and S==0:
                return 'Terre(Buis)'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Terre(Buis)'
            else:
                return 'Terre(Buis)'
        if T==5:
            if E==0 and S==0:
                return 'Terre(Chêne)'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Terre(Chêne)'
            else:
                return 'Terre(Chêne)'
        if T==6:
            if E==0 and S==0:
                return 'Terre(Cyprès)'
            elif E==0 and S>=1:
                return 'Terre(Cyprès)'
            else:
                return 'Terre(Cyprès)'
 
 
#Initialisation
 
 
def Foret_vierge(n,p,x):
    '''création Foret de taille n*p de densité x'''
    F=[]
    buis=arbre(0,0,0)
    chene=arbre(1,0,0)
    cypres=arbre(2,0,0)
    terre=arbre(3,0,0)
    for i in range(n):
        F.append([])
        for j in range(p):
            k=randint(0,100)
            if k<=x:
                r=randint(0,2)
                if r==0:
                    F[i].append(deepcopy(buis))
                elif r==1:
                    F[i].append(deepcopy(chene))
                elif r==2:
                    F[i].append(deepcopy(cypres))
            else:
                F[i].append(deepcopy(terre))
    return array(F)
 
#def Foret_vierge_plus(n,p,.....)
 
def Foret_vierge_test(n,p):
    '''création Foret simple(sans terre, un seul type d'arbre) pour tester le programme ( utile pour identifier les défauts)'''
    F=[]
    chene=arbre(1,0,0)
    for i in range(n):
        F.append([])
        for j in range(p):
                F[i].append(deepcopy(chene))
    return array(F)
 
 
def Foret_ignit(F):
    '''Mise à feux en un point aléatoire de la Foret'''
    j=randint(0,len(F)-1)
    i=randint(0,len(F[0])-1)
    if F[j][i].etat == 0 and F[j][i].status== 0 and F[j][i].type<3:
        F[j][i].etat=1
        return F
    else:
        return Foret_ignit(F)
 
 
#Moteur simulation
 
 
def TreesWillBeOnFire(L,Vent,Intensite):
    '''Fait passer la Foret d'une étape n à l'étape n+1'''
    N=deepcopy(L) #notre nouvelle Foret
    nl=len(L) # nombre ligne+1
    nc=len(L[0]) # nombre colone+1
    Vent=normalisation(Vent)
    p=portee(Intensite)
 
    for ligne in range(nl):
 
        for colonne in range(nc):
 
            if L[ligne][colonne].etat > 0 : #ne prend que les arbres en feu
 
                N[ligne][colonne]=MAJ(L[ligne][colonne]) #met à jour la case en feux
                for i in range(-1-p,2+p):
                    for j in range(-1-p,2+p):
                            if (i!=0 or j!=0) and existence(L,ligne+i,colonne+j,nl,nc) and N[ligne+i][colonne+j].etat==0 and N[ligne+i][colonne+j].status==0:
                                case = deepcopy(L[ligne+i][colonne+j])
                                Vecteur=[i,j]
                                N[ligne+i][colonne+j]=régle_vent(case,Vecteur,Vent,Intensite,p)
    return N
 
    #Annexe Moteur
 
def portee(Intensite):
    '''Fait le lien entre l'intensité du vent et la portée maximale d'envoie de braise'''
    if Intensite>=100:
        return 10
    else:
        return int(Intensite*10/100)
 
 
 
def angle_vent(Intensite):
    """Fait le lien entre l'intensité du vent et le cones de propagation du feu"""
    if Intensite>=100:
        return 7*pi/8
    else:
        return Intensite*7*pi/(8*100)
 
def régle_vent(ab,Vecteur,Vent,Intensite,p):
    '''régle de mise à feu d'un arbre vivant'''
    if ab.etat == 0 and ab.status== 0 and ab.type < 3:
        if Vent == [0,0] or Intensite==0:
            return régle(ab,1)
        else:
            costheta=produitscalaire(normalisation(Vecteur),[-Vent[0],-Vent[1]])
            alpha=angle_vent(Intensite)
 
            if costheta<cos(alpha):
                coeff=(1-(max(abs(Vecteur[0]),abs(Vecteur[1]))-1)/(p+1))**10
                return régle(ab,coeff)
            else:
                return ab
 
    return ab
 
 
 
def régle(ab,coeff):
    '''chance qu'un arbre vivant prenne feu'''
 
    if ab.etat == 0 and ab.status== 0 and ab.type < 3:
        if ab.type == 0:
            if randint(1,100)<=chance_buis*coeff:
                ab.etat=1
        elif ab.type == 1:
            if randint(1,100)<=chance_chêne*coeff:
                ab.etat=1
        else:
            if randint(1,100)<=chance_cyprès*coeff:
                ab.etat=1
 
    return ab
 
 
def MAJ(a):
    '''met à jours le statut des arbres en feu'''
    a.status=1+a.status
    if a.status>durée_de_vie_buis and a.type==0:
        a.etat=0
        return a
    elif a.status>durée_de_vie_chêne and a.type==1:
        a.etat=0
        return a
    elif a.status>durée_de_vie_cyprès and a.type==2:
        a.etat=0
        return a
    else:
        return a
 
 
def existence(L,n,p,nc,nl):
    '''étudie l'existence de la case étudié'''
 
    if n>=0 and n<nl and p>=0 and p<nc:
        return True
    return False
 
def arbre_en_feu(L):
    '''permet de savoir si la foret brule encore'''
    for i in range(len(L)):
        for j in range(len(L[0])):
            if str(L[i][j])=='Buis en feu' or str(L[i][j])=='Chêne en feu' or str(L[i][j])=='Cyprès en feu':
                return 1
    return 0
 
#Simulation et statistique
 
def simulation(n,F,Vent,intensite):
    ''' Renvoie la foret aprés n étape'''
    for i in range(n):
        F=TreesWillBeOnFire(F,Vent,intensite)
    return F
 
def simulation_total(F,Vent,intensite):
    '''Renvoie la foret quand celle-ci ne brule plus'''
    while arbre_en_feu(F) == 1:
        F=TreesWillBeOnFire(F,Vent,intensite)
    return F
 
def comptage(F,Vent,intensite):
    '''Permet de connaitre le nombre d'arbre en vie ( de  chaque type) à la fin d'une simulation Totale'''
    L=[0,0,0,0]
    F=simulation_total(F,Vent,intensite)
    for i in range(len(F)):
        for j in range(len(F[0])):
            if F[i][j].etat == 0 and F[i][j].status== 0 and F[i][j].type<3 :
                L[0]=L[0]+1
                if F[i][j].type==0:
                    L[1]=L[1]+1
 
                if F[i][j].type==1:
                    L[2]=L[2]+1
 
                if F[i][j].type==2:
                    L[3]=L[3]+1
 
    return L
 
def comptage_plus(F,n,Vent,intensite):
    '''Permet de connaitre le % de survie des arbres'''
    L=[]
    C=[]
    for i in range(n):
        L.append(comptage(Foret_ignit(deepcopy(F)),Vent,intensite))
    for i in range(len(L[0])):
        T=0
        for j in range(n):
            T=T+L[j][i]
        Pourcent=(T/n)/(len(F)*len(F[0]))
        C.append(Pourcent)
    return C
 
#Affichage
 
    # Les couleurs.
NOIR=(0,0,0)
ROUGE=(189,35,13)
VERT_CLAIR=(51,84,11)
VERT=(35,57,7)
VERT_SAPIN=(18,31,4)
MARRON=(74,53,38)
 
    # notre tableau entre 10 et 180
grille=Foret_vierge(Nombre_ligne,Nombre_colonne,Densite)
 
z=len(grille)
y=len(grille[0])
 
 
    # Taille de la grille.
LARGEUR=int(largeur/z)
HAUTEUR=int(hauteur/z)
 
    #Afficheur
 
def afficher(L):
    grille=L
    c=0
    z=len(grille)
 
     # Initialisation de pygame.
    pygame.init()
 
    # Taille de notre écran
    Taille_fenetre=[largeur,hauteur]
    screen=pygame.display.set_mode(Taille_fenetre)
 
    # Titre de la fenêtre.
    pygame.display.set_caption("Modélisation d'un feu de forêt")
 
    # Fait des tour jusqu'à ce que l'on clique sur fermer.
    done=False
 
    # Vitesse d'affichage.
    clock=pygame.time.Clock()
 
    while not done:
        for event in pygame.event.get():  # On fait quelque chose.
            if event.type==pygame.QUIT:  # Si on quitte.
                done=True  #Etape indiquant la fin, sortie de cette boucle.
        if c==0:
            while arbre_en_feu(grille)==1:
                grille=TreesWillBeOnFire(grille,[-Vent[0],Vent[1]],intensite)
 
                # -------- Programme Principal Loop -----------
                screen.fill(NOIR)
                    # La grille
 
                for ligne in range(z):
                    for colonne in range(y):
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant':
                                color=VERT_CLAIR
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Chêne vivant':
                                color=VERT
                            if str(grille[ligne][colonne]) =='Cyprès vivant':
                                color=VERT_SAPIN
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès en feu':
                                color=ROUGE
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès mort':
                                color=NOIR
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre':
                                color=MARRON
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Buis)':
                                color=MARRON
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Chêne)':
                                color=MARRON
                            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Cyprès)':
                                color=MARRON
                            pygame.draw.rect(screen,color,[(LARGEUR)*colonne,(HAUTEUR)*ligne,LARGEUR,HAUTEUR])
 
                # 60 fps max.
                clock.tick(1)
 
                # Mettre à jour l'écran avec ce que nous avons dessiné.
                pygame.display.flip()
 
        else:
            # -------- Program Princip Loop -----------
            screen.fill(NOIR)
                # La grille
            for ligne in range(z):
                for colonne in range(y):
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant':
                        color=VERT_CLAIR
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Chêne vivant':
                        color=VERT
                    if str(grille[ligne][colonne]) =='Cyprès vivant':
                        color=VERT_SAPIN
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Buis en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès en feu':
                        color=ROUGE
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Buis mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès mort':
                        color=NOIR
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Terre':
                        color=MARRON
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Buis)':
                        color=MARRON
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Chêne)':
                        color=MARRON
                    if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Cyprès)':
                        color=MARRON
                    pygame.draw.rect(screen,color,[(LARGEUR)*colonne,(HAUTEUR)*ligne,LARGEUR,HAUTEUR])
 
            # 60 fps max.
            clock.tick(3)
 
            # Mettre à jour l'écran avec ce que nous avons dessiné.
            pygame.display.flip()
        c=1
 
 
 
# initialisation de pygame.
pygame.init()
 
# Taille de notre écran.
Taille_fenetre=[largeur,hauteur]
screen=pygame.display.set_mode(Taille_fenetre)
 
# Titre de la fenêtre.
pygame.display.set_caption("Modélisation d'un feu de forêt")
 
# Fait des tour jusqu'à ce que l'on clique sur fermer.
done=False
 
# Vitesse d'affichage.
clock=pygame.time.Clock()
 
# -------- Program Principal Loop -----------
while not done:
    for event in pygame.event.get():  # On fait quelque chose.
        if event.type==pygame.QUIT:  # Si on quitte.
            done=True  #Etape indiquant la fin, sortie de cette boucle.
            afficher(grille)
        elif event.type==pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            # Position du clic
            pos = pygame.mouse.get_pos()
            # Conversion coordonnées x/y à celle de la grille.
            colonne=pos[0]//(LARGEUR)
            ligne=pos[1]//(HAUTEUR)
            # Emplacement égal à un.
            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant':
                grille[ligne][colonne]=arbre(0,1,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Chêne vivant':
                grille[ligne][colonne]=arbre(1,1,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès vivant':
                grille[ligne][colonne]=arbre(2,1,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Buis en feu':
                grille[ligne][colonne]=arbre(0,0,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Chêne en feu':
                grille[ligne][colonne]=arbre(1,0,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès en feu':
                grille[ligne][colonne]=arbre(2,0,1)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Buis mort':
                grille[ligne][colonne]=arbre(4,0,0)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Chêne mort':
                grille[ligne][colonne]=arbre(5,0,0)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès mort':
                grille[ligne][colonne]=arbre(6,0,0)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Buis)':
                grille[ligne][colonne]=arbre(0,0,0)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Chêne)':
                grille[ligne][colonne]=arbre(1,0,0)
            elif str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Cyprès)':
                grille[ligne][colonne]=arbre(2,0,0)
    # Fond de l'écran.
    screen.fill(NOIR)
 
    # La grille.
    for ligne in range(z):
        for colonne in range(y):
            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant':
                color=VERT_CLAIR
            if str(grille[ligne][colonne])=='Chêne vivant':
                color=VERT
            if str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès vivant':
                color=VERT_SAPIN
            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne en feu' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès en feu':
                color=ROUGE
            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Chêne mort' or str(grille[ligne][colonne])=='Cyprès mort':
                color=NOIR
            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre':
                color=MARRON
            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Buis)':
                color=MARRON
            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Chêne)':
                color=MARRON
            if str(grille[ligne][colonne])=='Terre(Cyprès)':
                color=MARRON
            pygame.draw.rect(screen,color,[(LARGEUR)*colonne,(HAUTEUR)*ligne,LARGEUR,HAUTEUR])
 
    # 60 fps max.
    clock.tick(60)
 
    # Mettre à jour l'écran avec ce que nous avons dessiné.
    pygame.display.flip()
 
# Ralenti obligatoire, sans cette ligne le programme sera 'suspendu'.
# Fin.
pygame.quit()

Je suis ouvert à tous conseils et recommandations en vue de réduire la complexité

**VinsS** · 09/06/2019, 15h12

Salut,

1. Il faut absolument utiliser elif dans les suites d'instructions conditionnelles et il y en a beaucoup dans ton code.

2. Utilise un dictionnaire pour simplifier tes fonctions. En début de code, dans tes constantes, tu ajoutes:

Code :

Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part

1
2
3
4
5
6
 
TREES = {'Buis vivant': ((0,1,1), VERT_CLAIR), 
          'Chêne vivant': ((1,1,1), VERT),
          'Cyprès vivant':((2,1,1), VERT_SAPIN), 
          'Buis en feu': ((0,0,1), ROUGE),
          etc}

et dans ta fonction afficher(L) tu remplaces toutes les conditionnelles simplement par:

Code :

Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part

1
2
3
4
 
                for ligne in range(z):
                    for colonne in range(y):
                        color = TREES[str(grille[ligne][colonne])][1]

à changer aussi dans la mainloop. Ainsi que pour toutes la succession de

Code :

Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part

1
2
3
 
            if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant':
                grille[ligne][colonne]=arbre(0,1,1)

que tu remplaces par une seule ligne

Code :

Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part

1
2
 
grille[ligne][colonne] = arbre(TREES[str(grille[ligne][colonne])][0]

Ça te fait 4 lignes de code à la place de +- 40.

3. Pas de caractères accentués dans les noms de fonction, classe, référence, etc.

4. Majuscule au nom des classes, ex. Arbre

5. la méthode arbre.__repr__() mérite plus simple que cela, mais je te le laisse.

Et ici:

Code :

Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part

1
2
3
4
5
6
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8
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23
 
def Foret_vierge(n,p,x):
    '''création Foret de taille n*p de densité x'''
    F=[]
    buis=arbre(0,0,0)
    chene=arbre(1,0,0)
    cypres=arbre(2,0,0)
    terre=arbre(3,0,0)
    for i in range(n):
        F.append([])
        for j in range(p):
            k=randint(0,100)
            if k<=x:
                r=randint(0,2)
                if r==0:
                    F[i].append(deepcopy(buis))
                elif r==1:
                    F[i].append(deepcopy(chene))
                elif r==2:
                    F[i].append(deepcopy(cypres))
            else:
                F[i].append(deepcopy(terre))
    return array(F)

deepcopy et array me semblent totalement inutiles, en fait j'en suis même sûr.

**lg_53** · 10/06/2019, 10h53

norme, produit_scalaire, normalisation .... Pourquoi réécrire ces fonctions qui sont déjà présentes dans numpy ? Vous espérez que votre code soit plus rapide que celui présent dans numpy ?

Ensuite vous êtes encore loin d'exploiter correctement numpy. Il faut impérativement éviter les append. Créer votre tableau, rempli de zéros ayant directement la bonne taille. Et ensuite ajuster les valeurs de votre tableau.

Vous devriez aussi avoir une class Foret (voire meme que cette classe). Cette classe serait basé sur 3 matrices : la matrice des status, celle des états, et celle des types. Ainsi lorsque que vous écrivez des opérations comme celle de mise à jour du status, vous n'avez pas à parcourir tous vos arbres : vous écrivez des opérations valable sur vos tableaux, c'est à dire que vous mettez à jour toute la forêt d'un coup.

**Sve@r** · 10/06/2019, 12h07

Bonjour

Tous ces tests sur chaine (ex if str(grille[ligne][colonne])=='Buis vivant') c'est super long. Remplace tes arbres et leurs états par des couples de nombres, ça ira plus vite. Et puis est-il obligatoire de recréer une nouvelle forêt à chaque étape ?

Complexité lourde(automate cellulaire)

Python

Vue hybride

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