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Python Discussion :

Complexité lourde(automate cellulaire)


Sujet :

Python

  1. #1
    Nouveau Candidat au Club
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    Juin 2019
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    Par défaut Complexité lourde(automate cellulaire)
    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 : Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part
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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

  2. #2
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    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
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    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
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    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
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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.

  3. #3
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    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.

  4. #4
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    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 ?
    Mon Tutoriel sur la programmation «Python»
    Mon Tutoriel sur la programmation «Shell»
    Sinon il y en a pleins d'autres. N'oubliez pas non plus les différentes faq disponibles sur ce site
    Et on poste ses codes entre balises [code] et [/code]

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