Mierencommunicatie verloopt hoofdzakelijk door middel van geurstoffen die feromonen genoemd worden. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om aan te geven waar er voedsel te vinden is. Zo kan een voedselverzamelaar een spoor op de grond achterlaten om andere voedselverzamelaars te informeren waar er voedsel te vinden is. Mieren die het feromonenspoor volgen, zorgen voor een versterking van het signaal, waardoor nog meer mieren het spoor blijven volgen totdat het voedsel is uitgeput. Het feromonenspoor wordt dan niet langer versterkt en vervaagt langzaam.

Behalve feromonensporen gebruiken mieren verschillende soorten informatie om de weg naar hun nest terug te vinden. Zo tellen ze bijvoorbeeld het aantal stappen dat ze hebben genomen sinds hun vertrek, hebben ze een ingebouwd kompas en slaan ze herkenningspunten op in hun geheugen. Mieren die een feromonenspoor verliezen (bijvoorbeeld omdat ze door een mens op een andere plaats worden neergezet) hebben het vaak moeilijker om hun nest terug te vinden.

Opgave

In deze opgave simuleren we het gedrag van een mier die op basis van een verstoord feromonenspoor de weg naar zijn nest probeert terug te vinden. De omgeving waarin de mier zich beweegt, wordt voorgesteld als een vierkant $$n \times n$$ rooster met $$n$$ rijen en $$n$$ kolommen. De mier bevindt zich initieel in de linkeronderhoek van het rooster en zijn nest bevindt zich in de rechterbovenhoek van het rooster. Elke cel van het rooster bevat een feromonenspoor dat wijst naar boven, onder, links of rechts. Bij elke simulatiestap verplaatst de mier zich naar de naburige cel die wordt aangegeven door het feromonenspoor, waarna de richting van het spoor op de cel die wordt verlaten 90° in wijzerzin gedraaid wordt. Indien de mier niet in de aangegeven richting kan bewegen omdat ze tegen de rand van het rooster aanloopt, blijft ze op haar huidige positie staan, maar wordt de richting van het spoor op de cel wel nog 90° in wijzerzin gedraaid.

De originele configuratie van een vierkant $$n \times n$$ rooster met feromonensporen werd opgeslaan in een tekstbestand. Het bestand bevat $$n$$ regels en elke regel bestaat uit $$n$$ richtingsaanwijzers die van elkaar worden gescheiden door een spatie. De volgende vier karakters worden gebruikt als richtingsaanwijzer:

• >: het feromonenspoor leidt naar rechts

• <: het feromonenspoor leidt naar links

• ^: het feromonenspoor leidt naar boven

• v: het feromonenspoor leidt naar onder

Gevraagd wordt om een klasse DronkenMier te definiëren, waarmee de beweging van een mier kan gesimuleerd worden. De objecten van deze klasse moeten minstens de volgende methoden hebben:

• Een initialisatiemethode waaraan de locatie van een tekstbestand moet doorgegeven worden. Dit bestand bevat de originele configuratie van een vierkant $$n \times n$$ rooster met feromonensporen. Initieel bevindt de mier zich in de linkeronderhoek van het rooster.

• Een methode positie die de huidige positie van de mier in het rooster teruggeeft. De rijen van het rooster worden genummerd van boven naar onder, en de kolommen van links naar rechts, waarbij de nummering telkens start vanaf nul. Een positie in het rooster wordt voorgesteld als een tuple waarvan het eerste element de rij-index aangeeft en het tweede element de kolom-index.

• Een methode __repr__ die een stringvoorstelling van de huidige toestand van de omgeving teruggeeft. Deze stringvoorstelling stelt een vierkant $$n \times n$$ rooster voor in hetzelfde formaat dat gebruikt wordt om de originele configuratie van het rooster voor te stellen in een tekstbestand. Merk op dat door het simuleren van de stappen die mier zet, de richtingsaanwijzer in het rooster reeds kunnen gewijzigd zijn ten opzichte van de initialisatie van het object.

• Een methode stap waarmee één enkele simulatiestap wordt uitgevoerd. De methode moet de nieuwe positie van de mier teruggeven nadat één enkele beweging van de mier werd uitgevoerd.

• Een methode stappen waarmee een volledige simulatie wordt uitgevoerd van de bewegingen die de mier maakt vanaf zijn huidige positie tot aan zijn nest in de rechterbovenhoek van het rooster. De methode moet een lijst van posities teruggeven die start met de positie waarop de mier zich bevond bij aanvang van de simulatie, gevolgd door de posities waarop de mier zich bevond na elke stap uit de simulatie.

• Een methode __str__ die een stringvoorstelling van de huidige toestand van de omgeving teruggeeft, waarbij ook de huidige positie van de mier in het rooster wordt aangegeven. In tegenstelling tot de stringvoorstelling die door de methode __repr__ wordt teruggegeven, worden de richtingsaanwijzers op elke regel nu niet van elkaar gescheiden door een spatie, maar wordt elke richtingsaanwijzer voorafgegaan en gevolgd door één enkele spatie. In plaats van gebruik te maken van spaties, wordt de richtingsaanwijzer op de huidige positie van de mier voorafgegaan door een openend vierkant haakje ([) en gevolgd door een afsluitend vierkant haakje (]).

Voorbeeld

Bij onderstaande voorbeeldsessie gaan we ervan uit dat het tekstbestand vierkant.txt¹ zich in de huidige directory bevindt.

>>> mier = DronkenMier('vierkant.txt')
>>> mier.positie()
(3, 0)
>>> mier
> > > >
^ < ^ v
^ v ^ ^
> > v >
>>> print(mier)
 >  >  >  > 
 ^  <  ^  v 
 ^  v  ^  ^ 
[>] >  v  > 

>>> mier.stap()
(3, 1)
>>> mier.positie()
(3, 1)
>>> mier
> > > >
^ < ^ v
^ v ^ ^
v > v >
>>> print(mier)
 >  >  >  > 
 ^  <  ^  v 
 ^  v  ^  ^ 
 v [>] v  > 

>>> mier.stap()
(3, 2)
>>> mier.positie()
(3, 2)
>>> mier
> > > >
^ < ^ v
^ v ^ ^
v v v >
>>> print(mier)
 >  >  >  > 
 ^  <  ^  v 
 ^  v  ^  ^ 
 v  v [v] > 

>>> mier.stappen()
[(3, 2), (3, 2), (3, 1), (3, 1), (3, 0), (3, 0), (3, 0), (2, 0), (1, 0), (0, 0), (0, 1), (0, 2), (0, 3)]
>>> mier.positie()
(0, 3)
>>> print(mier)
 v  v  v [>]
 >  <  ^  v 
 >  v  ^  ^ 
 >  ^  ^  >