HW06: Pandémia s.r.o.

Modelovanie a simulácie sú veľmi efektívny nástroj, ako pomocou vhodnej úrovne abstrakcie modelovať a skúmať aj veľmi zložité systémy. Jednou z najpoužívanejších oblastí je takzvaný Agent-based modeling.

Ide o výpočetný model, ktorý sleduje akcie a interakcie jednotlivých agentov. Na to, aby sme mohli nejaký jav skúmať pomocou takejto simulácie, si však musíme najprv vytvoriť vhodné prostredie.

Mnohí z vás určite poznajú hru Plague Inc., v ktorej hráte na strane vírusu a snažíte sa vyhubiť ľudstvo. My si v tejto domácej úlohe naprogramujeme zjednodušenú verziu a viac, ako koniec ľudstva, nás bude zaujímať spôsob, akým sa vírus šíri a čo všetko ovplyvňuje jeho nákazlivosť.

Napíšte program, ktorý z príkazového riadku a súborov načíta informácie o víruse, agentoch a svete, v ktorom bude simulácia prebiehať. Následne simuláciu spustite a na textový výstup vypíšte informácie o jej priebehu.

Použitie výsledného programu bude vyzerať takto:

Kde [OPTIONS] sú voliteľné prepínače programu, world.csv je súbor popisujúci svet a agents.csv je súbor s agentmi (Detailný popis v príslušnom odstavci).

Rovnako ako občas v skutočnom svete, aj v tejto úlohe bude pre nás vírus akousi záhadnou entitou, o ktorej toho veľa nevieme. Všetky informácie týkajúce sa vírusu sa zadávajú ako prepínače na príkazovom riadku. Pre vírus sú relevantné

Ako ovplyvňujú priebeh samotnej simulácie sa dočítate v časti o jej priebehu.

Svet budeme reprezentovať ako úplný graf, ktorého vrcholy predstavujú miesta, v ktorých sa združujú agenti.

Súbor bude vo formáte CSV, kde každý riadok bude reprezentovať jeden vrchol nášho grafu. Každý validný riadok bude mať nasledujúce stĺpce:

Príklad súboru so svetom:

V prípade, že vášmu programu bude dodaná cesta ku súboru so svetom, bude to vždy posledný argument volania programu.

V prípade, že vás článok o úplnom grafe viac zmiatol než obohatil, stačí ak rozumiete, že medzi každým vrcholom vedie hrana. V praxi to znamená, že agenti sa môžu (a budú) pohybovať medzi ľubovoľnými dvoma vrcholmi, podľa toho ako to majú špecifikované vo svojom chovaní.

Podobne ako svet, aj súbor s agentmi bude vo formáte CSV. Jeden riadok zodpovedá jednému agentovi, význam jednotlivých stĺpcov je nasledujúci:

Príklad súboru s agentmi:

Tak ako v prípade súboru so svetom si dajte pozor, aby bol dodržaný správny počet stĺpcov.

Naša simulácia bude pozostávať z jednotlivých iterácií a končí jedným z možných scenárov:

Vo všetkých prípadoch je simulácia ukončená a po vašom programe sa očakáva, že vypíše výslednú štatistiku.

Fáza presunu

Agenti sa presúvajú z miesta na miesto určené ich cestou zo vstupného súboru. V tomto prípade je jedno, aké poradie presunu agentov zvolíte. Po vašom programe sa očákava, že po skončení tejto fázy sú všetci agenti na mieste, do ktorého sa podľa svojej cesty mali presunúť.

Fáza pokroku ochorenia

Priebeh nákazy u jednotlivca - jednotlivec zomrie, vylieči sa, alebo ostane nakazený.

Vzorec pre úmrtie agenta prebieha podľa vzorca:

V prípade, že je agent zaočkovaný, tak sa hodnota roll násobí príslušnou hodnotou vaccine_modifier.

Vzorec pre vyliečenie agenta

Najprv vyhodnocujeme či agent prežil, až potom či sa vyliečil.

Táto fáza prebieha postupne v jednotlivých miestach podľa ich číselného identifikátora vzostupne od toho najnižšieho. V jednom mieste sa rovnakým spôsobom vyhodnocujú jednotliví agenti, t.j. vzostupne od agenta s najnižším id. V prípade, že agent v tejto fáze zomrie, tak sa v ďalšej fáze neberie do úvahy.

Fáza šírenia nákazy

Šírenie nákazy v aktuálnom mieste pobytu agentov, nákaza sa šíri spôsobom každý s každým - t.j. ak agenta nakazí iný agent, agent je nakazený a ďalej do priebehu nákazy nevstupuje. V prípade, že agenta nenakazí ani jeden zo zvyšných agentov, tak agent ostáva zdravý. Medzi agentmi, ktorí do tejto fázy prišli už nakazení, sa nákaza ďalej nešíri. Vírus sa šíri v prípade, že

Ak je agent zaočkovaný, tak sa immunity násobí príslušnou hodnotou vaccine_modifier.

V jednotlivých miestach je poradie agentov jasne dané ich identifikátormi, iteruje sa vzostupne od agenta s najnižším identifikátorom.

Agenta môže nakaziť len agent, ktorý je sám nakazený. Nákaza sa šíri atomicky, takže v prípade, že sa agent nakazí v tomto kole a predtým bol zdravý, tak v tomto kole nákazu nešíri. Rovnako ho po nakazení už neskúšajú nakaziť ostatní infikovaní agenti.

V prípade, že sa v jednom mieste nachádzajú agenti s identifikátormi 1, 5, 12, 42 a 1337, a agenti 5 a 1337 sú nakazení, poradie vzájomnej výmeny vírusu je nasledovné.

Po skončení simulácie (jedným z troch vyššie uvedených spôsobov) váš program na štandardný výstup vypíšte nasledujúce informácie:

Formát je nasledujúci:

Kde <RESULT> je jeden z možných scenárov:

A <LOCATION> je:

V prípade, že je špecifikovaný prepínač --verbose, od vašej implementácie sa očakáva, že bude v každom kole vypisovať nasledujúce informácie v mieste <VERBOSE INFO>:

Pre iterácie S a S + 1 vyzerá výstup nasledovne:

V prípade, že váš program bol spustený bez prepínača --verbose, nevypisujte na mieste <VERBOSE INFO> nič.

Od vášho programu sa očakáva, že v prípade chyby korektne uvoľní všetky alokované zdroje a skončí s nenulovým návratovým kódom a príslušnou chybovou hláškou.

V prípade, že simulácia prebehne v poriadku, na konci vypíše súhrnnú štatistiku o jej priebehu a skončí s nulovým návratovým kódom. V prípade spustenia s prepínačom --verbose sa takisto očakávajú informácie o jej priebehu v jednotlivých krokoch.

Váš program vypisuje všetky informácie na štandardný textový (prípadne chybový) výstup. V prípade, že si chcete správanie otestovať proti referenčnej implementácii, odporúčame si výstupy presmerovať do súborov, a tieto súbory potom porovnať pomocou príkazu diff(1).