实验四：A星算法求解迷宫问题实验
实验四：A*算法求解迷宫问题实验
一、实验目的
熟悉和掌握启发式搜索的定义、估价函数和算法过程，并利用A*算法求解迷宫问题，理解求解流程和搜索顺序。
二、实验内容
迷宫问题可以表述为：一个二维的网格，0表示点可走，1表示点不可以走，点用（x，y）表示，寻找从某一个给定的起始单元格出发，经由行相邻或列相邻的单元格(可以通过的)，最终可以到达目标单元格的、所走过的单元格序列。在任一个单元格中，都只能看到与它邻近的4个单元格(如果位于底边，则只有3个；位于4个角上，则只有2个是否能通过)。
A*算法是人工智能中的一种搜索算法，是一种启发式搜索算法，它不需遍历所有节点，只是利用包含问题启发式信息的评价函数对节点进行排序，使搜索方向朝着最有可能找到目标并产生最优解的方向。它的独特之处是检查最短路径中每个可能的节点时引入了全局信息，对当前节点距终点的距离做出估计，并作为评价节点处于最短路线上的可能性的度量。
A*算法中引入了评估函数，评估函数为：f（n）=g（n）+h（n）其中：n是搜索中遇到的任意状态。g(n)是从起始状态到n的代价。h(n)是对n到目标状态代价的启发式估计。即评估函数f ( n) 是从初
始节点到达节点n 处已经付出的代价与节点n 到达目标节点的接近程度估价值的总和。
这里我们定义n点到目标点的最小实际距离为h（n）*，A*算法要满足的条件为：h（n）<=h（n）*
迷宫走的时候只能往上下左右走，每走一步，代价为1，这里我们采用的估价函数为当前节点到目标节点的曼哈顿距离，即：h（n）=|end.x –n.x|+ |end.y –n.y|
这里end表示迷宫的目标点，n表示当前点，很明显这里h（n）<=h（n）*。
g（n）容易表示，即每走一步的代价是1，所以利用f（n）=g（n）+h（n）这种策略，我们可以不断地逼近目标点，从而找到问题的解。
时间复杂度：m行n列的迷宫矩阵实现算法的时间复杂度为O(m*n).
实验结果：
实验源码：
#include
#include
#include
using namespace std;
int direc[4][2]={{0,1},{-1,0},{0,-1},{1,0}};
enum Flag
{
SEAL,
OPEN,
UNVISITED
};
typedef struct node
{
int _x,_y; //节点坐标(x,y)
int _G; //实际已开销G
int _H; //探测将开销H
int _F; //优先级_F=_G+_H struct node *pre; //前驱顶点
}Queue_Node;
typedef struct
{
Flag flag;
Queue_Node *point;
}Seal;
class A_Star
{
public:
//构造函数
A_Star()
{
input();
}
~A_Star()
{
for(int i=1;i<=_len;++i)
{
for(int j=1;j<=_wid;++j)
{
if(_seal[i][j].point!=NULL)
{
delete _seal[i][j].point;
}
}
}
for(i=0;i<=_len;++i)
{
delete []_seal[i];
delete []_maze[i];
}
delete []_seal;
delete []_maze;
}
void input()
{
cout<<"输入: 迷宫左边长,上边宽! 例如：30 20"< cin>>_len>>_wid; _seal=new Seal*[_len+1]; _maze=new unsigned char*[_len+1]; for(int i=0;i<=_len;++i) { _seal[i]=new Seal[_wid+1]; _maze[i]=new unsigned char[_wid+1]; } cout<<"从下一行开始输入迷宫信息："< for( i=1;i<=_len;++i) { for(int j=1;j<=_wid;++j) { cin>>_maze[i][j]; _seal[i][j].flag=UNVISITED; _seal[i][j].point=NULL; } } cout<<"输入起点坐标,目标点坐标,例如:1 1 30 20"< cin>>_sx>>_sy>>_ex>>_ey; if(_maze[_sx][_sy]=='1'||_maze[_ex][_ey]=='1'||bound(_sx,_sy)==fals e||bound(_ex,_ey)==false) { cout<<"不可能存在这样的情况！"< return; } cout<<"调用A*算法打印结果如下："< A(); } //A*核心算法 void A() { //源点放入开放列表 Queue_Node *p_node=new Queue_Node; p_node->pre=NULL; p_node->_H=get_H(_sx,_sy); p_node->_G=0; p_node->_x=_sx; p_node->_y=_sy; p_node->_F=p_node->_H+p_node->_G; _open.push(p_node); _seal[_sx][_sy].flag=OPEN; _seal[_sx][_sy].point=p_node; while(!_open.empty()) { p_node=_open.top(); _open.pop(); int x=p_node->_x; int y=p_node->_y; _seal[x][y].flag=SEAL; for(int i=0;i<4;++i) { int tx=x+direc[i][0]; int ty=y+direc[i][1]; if(bound(tx,ty)==false||_maze[tx][ty]=='1'||_seal[tx][ty].flag==SEAL) { continue; } if(_seal[tx][ty].flag==UNVISITED) { if(tx==_ex&&ty==_ey) { print(p_node); cout<<"("< cout<<"总共走了:"< return; } Queue_Node *temp=new Queue_Node; _seal[tx][ty].flag=OPEN; _seal[tx][ty].point=temp; temp->pre=p_node; temp->_G=p_node->_G+1; temp->_x=tx; temp->_y=ty; temp->_H=get_H(tx,ty); temp->_F=temp->_G+temp->_H; _open.push(temp); } else { Queue_Node *temp=_seal[tx][ty].point; if(p_node->_G+1 { temp->_G=p_node->_G+1; temp->pre=p_node; temp->_F=temp->_G+temp->_H; } } } } cout<<"没有从("<<_sx<<","<<_sy<<")--->"<<"("<<_ex<<","<<_ey<<")的路径"< } //打印路径 void print(Queue_Node *p) { if(p==NULL) { return; } print(p->pre); cout<<"("< } bool bound(int x,int y) { return (x<=_len)&&(x>=1)&&(y<=_wid)&&(y>=1); } int get_H(int x,int y) { return ab(x-_ex)+ab(y-_ey); } int ab(int i) { return i<0 ? -i:i; } private: struct cmp { bool operator()(Queue_Node *n1,Queue_Node *n2) { return n1->_F>n2->_F; } }; priority_queue int _len,_wid;//迷宫左边长,上边宽 int _sx,_sy,_ex,_ey; Seal **_seal;//动态开辟封闭列表 unsigned char **_maze;//迷宫地图 }; int main() { A_Star test; return 0; } 三、实验目的 通过这次实验，使我对启发式搜索算法有了更进一步的理解，特别是估计函 数h(n)所起到的巨大重用。一个好的估计函数对于启发式搜索算法来说是十分关键的。 # 附件2： 辅助改善记忆功能评价方法（征求意见稿） 保健食品评价试验项目、试验原则及结果判定 Items, Principles and Result Assessment 1 试验项目 动物实验 1.1.1 体重 ? 1.1.2 被动行为试验：跳台实验，避暗实验 1.1.3 主动行为试验：穿梭箱实验，水迷宫实验，Morris水迷宫实验 人体试食试验 1.2.1 指向记忆 1.2.2 联想学习 1.2.3 图象自由回忆 1.2.4 无意义图形再认 1.2.5 人像特点联系回忆 | 1.2.6 记忆商 2 试验原则 动物实验和人体试食试验为必做项目。 动物实验强调被动行为试验和主动行为试验的组合，以保证实验结果的可靠性。 动物实验至少应选择三项实验，并且在被动行为试验、主动行为试验中至少要各选一项实验。 正常动物与记忆障碍模型动物任选其一。 动物实验应重复一次（重新饲养动物，重复所做实验）。 人体试食试验统一使用临床记忆量表。 , 在进行人体试食试验时，应对受试样品的食用安全性作进一步的观察。 3 结果判定 动物实验：被动行为试验(跳台实验、避暗实验)二项实验中任一项实验结果阳性，主动行为试验（穿梭箱、水迷宫、Morris水迷宫实验）三项实验中任一项实验结果阳性，且重复实验结果一致（所重复的同一项实验两次结果均为阳性），可 以判定该受试样品有助于改善记忆功能动物实验阳性。 人体试食试验：记忆商结果阳性，可判定该受试样品具有改善记忆的作用。 有助于改善记忆功能检验方法 Method for the Assessment of Assisting Memory Improvement Function 1 动物实验 被动行为试验：跳台实验 1.1.1 原理 反应箱底铺有通36v电的铜栅，动物受到电击，其正常反应是跳上箱内绝缘的平台以避免伤害性刺激。多数动物可能再次或多次跳至铜栅上，受到电击又迅速跳回平台，如此训练5min，并记录每鼠受到电击的次数或叫错误次数，以此作为学习成绩。24h 或48h 重作测验，此即记忆保持测验。记录受电击的动物数、第一次跳下平台的潜伏期和3min 内的错误总数。停止训练5天后（也可以在训练后的一周、两周或其它时间点）进行记忆消退实验。 1.1.2 仪器与试剂 跳台仪：该装置为10×10×60cm3 的被动回避条件反射箱，用黑色塑料板分隔成5间。底面铺以铜栅，间距为0.5cm，可以通电，电压和电流强度由一变压器控制。每间左后角置一高和直径均为4.5cm的绝缘平台。最好采用附带隔音箱和视频分析系统的仪器。 试剂：樟柳碱、环已酰亚胺、乙醇。 1.1.3 实验方法 1.1.3.1 实验动物推荐使用近交系小鼠。断乳鼠或成年鼠（18－22g）。用于改善老年人记忆的产品必须采用成年鼠。雌雄均可，单一性别，每组10-15只。1.1.3.2 剂量设计和分组 实验设三个剂量组和一个阴性对照组，以人体推荐量的10倍作为其中一个剂量组，另设两个剂量组，必要时设阳性对照组。受试样品给予时间30天，必要时可延长至45天。 1.1.3.3 实验步骤 1.1.3. 受试样品对正常小鼠记忆的影响 末次给样后次日（或一次给样后1h）开始训练。将动物放入反应箱内（台上、台下）适应环境3min，然后将动物放置反应箱内的铜栅上，立即通以36v （或）的交流电。动物受到电击，其正常反应是跳回平台（绝缘体），以躲避伤害性刺激。多数动物可能再次或多次跳至铜栅上，受到电击又迅速跳回平台上。训练一次后，将动物放在反应箱内的平台上，记录5min 内各鼠跳下平台的错误次数和第一次跳下平台的潜伏期，以此作为学习成绩。24或48h 后进行重测验，将小鼠放在平台上，记录各鼠第一次跳下平台的潜伏期、各鼠3min 内电击次数和受电击的动物数总数，同时计算出现错误反应的动物的百分率（受电击的动物 Morris水迷宫视频跟踪系统使用说明书 Morris水迷宫行为学是医学院校开展药理行为学研究的一个经典实验，本软件采用最新图像处理算法，实时跟踪大小鼠运动轨迹，得出小鼠在设定区域内经过的路径和所花的时间以及其它相关数据，通过这些定量数据，供实验人员分析，得出精确的结论。 该系统在进行图象计算分析的时候,对鼠无需染色,即可辨别,并且采用了最先进的图象压缩技术,用户可以长时间记录图像且暂用硬盘空间极小。并且提供事后图像分析的功能，便于用户反复分析，以得到最精确的结论。另外该系统包含一套严格的图象定位方法，使得实验结果误差最小化。 该设备由成都仪器厂制造并生产。 软件界面简介 视频显示区 显示摄像头捕捉视频的整个范围，我们默认定义为640X480分辨率采集图像。 并且显示4个观察桶区域的定义范围。 视频控制区 控制视频采集、暂停、记录、停止、设置、回放等功能。 轨迹显示区 显示跟踪到的大（小）鼠运动的轨迹，并且显示其相对坐标值和活动区域等信息。 时间轴控制区 当记录视频状态时，用于显示记录轨迹时间长度。 当分析视频状态事，用于显示记录总时间长度，并可以拖动滚动条定位视频时间位置。 实验信息显示区 该区域用于显示水迷宫设置状态和信息参数。 实验数据管理区 用于显示其定义的数据库所包含的所有记录的视频轨迹和统计结果所用到的统计方法。 完整实验步骤 设置数据（数据库）保存空间状态。 该软件采用目录数据库保存方式。 目录数据库的意思是，首先你需要定义一个总目录来保存你所有的视频和轨迹、实验信息数据。实验目录，其次你可以定义属于你自己的实验目录名称路径。下面我们做详细说明： 选择菜单“参数－>设置数据库目录路径”，弹出如下对话框。 选择一个硬盘目录作为你的数据库“总目录”例如我们选择“D:\BMP”作为数据库总目录。 那么你所有的实验目录和数据都保存在这个目录下，以后你可以直接到该目录下寻找文件。 下面我们需要定义属于你自己的实验项目（目录），点击工具条上的“”弹出设置对话框。 实验报告——迷宫实验 实验目的： 1、测定睁眼闭眼时学习效果的不同。 2、学习效果随实验次数的变化。 实验地点：杭州电子科技大学现代工业工程实验室（第9教学科研楼401-407室） 实验时间：实验仪器：EP713型迷宫实验 指导老师：蔡敏 实验人员： 所学专业姓名性别年龄籍贯2008级工业工程张永梅 1. 实验设计（必须） 本实验测量被试迷宫学习的学习曲线，学会的标准是连续三次不发生错误（即没有一次进入盲巷）走出迷宫，学习的效果用每遍内错误（走入盲巷）的次数和走一遍所用的时间为指标，并记录学会迷宫总共用的学习遍数。 变量控制（可选） (1) 实验仪器都是正常工作的，不存在差异性。 (2) 实验进行的外部条件（包括温度、亮度等）都是适宜的，假定其保持不变。 (3) 在实验进行前，已详细地向其解释实验操作过程，并事先熟悉、练习一遍，以排 除熟悉度对于动作稳定实验的影响。 对照设置（可选） A.测定睁眼闭眼时学习效果的差异 理论上控制其它的各种因素，将睁眼、闭眼作为实验中的唯一自变量，以准确反映其对因变量（所用时间和出错次数）的影响。 B.测定学习次数的增加对于学习效果的影响 让一名被试连续做多次实验，记录每次实验所用的时间以及出错的次数，分析实验次数的增加是否对学习效果产生影响。 2. 实验过程（必须） （1）将随机附件电源变换器输出插头插入仪器的电源伸入端，然后将电源变换器插入交流220V供电电网的插座 （2）合上仪器的电源开关，仪器数字显示的计时状态，使用者可按动N/T按钮选择仪器数字显示计时状态（）或计数状态（000） （3）拉出小抽板，拿出试笔，被试者手握试笔，试笔尽量和迷宫平面保持垂直，开始实验前，被试者作为第一次学习，应仔细观察迷宫的走道和盲道 （4）开始实验，将试笔在迷宫内滑动，计时器开始计时，如试笔进入盲道并到短点，计数器加1，当试笔到达终点时，仪器内的蜂鸣器鸣响，计时计数器停止工作，按动N/T按钮，数字显示实验时间和出错次数 （5）主试记录数据，被试取下眼罩 （6）按仪器的RET按钮，仪器复位，数字显示 （7）第二次实验，被试再一次观察迷宫的走道和盲道，作为第二次学习，然后按照第一次的步骤，再戴上眼罩，重复上一次实验 （8）被试连续三次无错误地走完整个迷宫后，即可根据实验数据绘制出时间曲线和出错曲线 3. 3. 实验结果（必须） 实验结果记录（必须） 实验结果记录如下表所示： 表1 闭眼时走完迷宫所需时间和错误次数随着学习次数的变化 发布日期20060622 栏目化药药物评价>>非临床安全性和有效性评价 标题动物学习记忆试验常用方法分析 作者王庆利 部门 正文内容 审评四部八室王庆利 随着老龄社会的到来，有关老年病治疗药物的开发成为一个热点，其中老年性痴呆治疗或改善学习记忆的药物就是其中一个例子，该方面的新药申报 品种日渐增多。从国内外的研究现状看尚无真正能治疗“痴呆”的药物，目前已 上市的或开发过程中的药物主要是改变痴呆的学习记忆功能，其临床定位也 主要为改善痴呆患者的学习记忆功能。 在非临床有效性研究过程中，主要采用行为学试验研究药物对动物学习记忆功能的影响。人和动物的内部心理过程是无法直接观察到的，只能根据可 观察到的刺激反应来推测脑内发生的过程，对脑内记忆过程的研究只能从人 类或动物学习或执行某项任务后间隔一定时间，测量他们的操作成绩或反应 时间来衡量这些过程的编码形式、贮存量、保持时间和它们所依赖的条件等 等。学习、记忆实验方法的基础是条件反射，各种各样的方法均由此衍化出 来。目前已经建立了大量的学习记忆研究的行为学方法，各有优缺点。现将常用的动物学习、记忆实验方法简述如下。 一、抑制性（被动）回避 在记忆研究中，一个最重要的动物模型就是抑制模仿活动或学习习惯。被动回避实验通过动物学会去掉某种特定的行为而逃避某种讨厌的事情。 1. 跳台实验 原理：在一个开阔的空间，动物大部分时间都在边缘与角落里活动。在方形空间中心设置一个高的平台，底部铺以铜栅，铜栅通电。当把动物放在平台上时，它几乎立即跳下平台，并向四周进行探索。如果动物跳下平台时受到电击，其正常反应是跳回平台以躲避伤害性刺激。多数动物可能再次或多次跳至铜栅上，受到电击后又迅速跳回平台。 观察指标：首次跳下平台的潜伏期、一定时间内受电击的次数（错误次数），24小时后受电击的动物数、第一次跳下平台的潜伏期和一定时间内的错误总数。 优缺点：简便易行，根据试验设备的不同，一次可同时试验多只动物，可实现组间平行操作。既可观察药物对记忆过程的影响，也可观察对学习的影响。有较高的敏感性，尤适合于药物初筛。缺点是动物的回避性反应差异较大，因此需要检测大量的动物。如需减少差异或少用动物，可对动物进行预选或按学习成绩好坏分档次进行试验。 2. 避暗实验 原理：利用小鼠或大鼠具有趋暗避明的习性设计的装置，一半是暗室，一 Morris水迷宫及分析系统参数一 1.工作条件 1.1本本仪器可在下列条件下工作： 电源：220伏（±10％），单相，50赫兹（±1赫） 环境温度：摄氏0度——摄氏40度 技术参数 2.1 技术功能指标 2.1.1 A、B、C、D四个区的运动时间 2.1.2 A、B、C、D四个区的运动距离 2.1.3大（小）鼠在迷宫中运动的总时间 2.1.4大（小）鼠在迷宫中运动的总距离 2.1.5 大（小）鼠穿越目标区域的次数 2.1.6 内环、中环、外环的运动时间 2.1.7内环、中环、外环的运动距离 2.1.8大（小）鼠在迷宫中运动的平均速度 *2.1.9大（小）鼠在各个区域中运动的时效 *2.1.10大（小）鼠在迷宫中运动轨迹的回放 *2.1.11实时生成的数据可以导入Excel 2.2 技术参数指标 *2.2.1 传输方式：USB2.0 2.2.2 采样位数：10bit 2.2.3 动态范围：80dB－100dB 2.2.4 镜头接口：C/CS 2.2.5 供电方式：单独＋12V供电 2.2.6 幅面：1280×1024 2.2.7 快门速度：8μs－26μs 2.2.8 快门方式：电子快门 2.2.9 象元尺寸：6.7μm×6.7μm 2.2.10 软件支持：jpg，bmp 2.附件、备件、专用工具或其他消耗品 3.1水迷宫测试软件一套 *3.5微视USB摄像头一个（USB接口可以代替采集卡，传输速度是采集卡的10倍） 3.6万向支架一个 3.7 12V电源一个 3.8 排水机一个 3.9 水温调控装置一个 3.10 配套电缆一套 3.11 说明书一本 参数二 系统功能特点要求： 1.适用于（大小鼠）神经药理学，神经生理学，神经心理学，老年病学等的研究。 2.采用视频摄像跟踪技术，实现实验过程的自动化，实现Morris水迷宫实验的定量化、精确化和客观性； 3.Morris水迷宫的尺寸规格按照Morris本人的设计，采用玻璃钢制作，可长期使用，视频摄像系统固定在特制的支架上，可拆卸，方便实验； 4.能够储存原始的视频图像，视频文件格式支持AVI和MPEG-1压缩格式；空间分辨率最高可达640x480像素（常用320x240像素），时间分辨率最高可达25帧/秒（常用15帧/秒）；测量所得的指标结果精度高并供完整的实验数据库功能，作为研究的真实记录和今后进行教学演示的素材； 5.可在星光条件（0.01Lux）下进行视频分析（包括实时分析）； 6.采用开放式、模块化设计，系统可扩展性强，可外接其他的分析模块，轨迹点坐标序列数据和指标结果可导入到Excel，便于用户在Excel、SPSS、SAS等分析统计软件中作进一步分析处理； 8.分析灵活，支持时段分析，支持定时终止和人工终止，并具有丰富的显示方式，能对动物的运动情况采用轨迹图、参数指标、曲线、直方图等多种显示方式，并可生成完整的报告，供打印输出； 水迷宫软件功能： 1.可记录大小鼠游泳路径距离，时间，速度。 2.可进行象限分析，包括各象限的距离，时间等。 3.可测定入水角度. 4.可测定穿越目标区次数。 5.可进行环行分析。 6.可自动记录大小鼠第一次到达目标区的时间、距离。 7.可实时观测和记录大小鼠运动的轨迹。并具备轨迹回放功能 8.全部数据可自动生成EXCEL结果。 9.实时图像在1024*768，16位或32位真彩色状态下观测。画面为 768*576像素，25帧/秒。 10.可以实时录像，以进行图像回放。 11.数据和轨迹可打印，并以数据库方式（名称，组别，动物编号）储存 结果，删除方便。 12.可人工设定采样时间。 《数据结构与算法设计》迷宫问题实验报告 ——实验二 专业：物联网工程 班级：物联网1班 学号：15180118 姓名：刘沛航 一、实验目的 本程序是利用非递归的方法求出一条走出迷宫的路径，并将路径输出。首先由用户输入一组二维数组来组成迷宫，确认后程序自动运行，当迷宫有完整路径可以通过时，以0和1所组成的迷宫形式输出，标记所走过的路径结束程序；当迷宫无路径时，提示输入错误结束程序。 二、实验内容 用一个m*m长方阵表示迷宫，0和1分别表示迷宫中的通路和障碍。设计一个程序对于任意设定的迷宫，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论。 三、程序设计 1、概要设计 （1）设定栈的抽象数据类型定义 ADT Stack{ 数据对象：D={ai|ai属于CharSet，i=1、2…n，n>=0} 数据关系：R={ StackEmpty(&S) 初始条件：栈已经存在 操作结果：判断栈是否为空。若栈为空，返回1，否则返回0 Destroy(&S) 初始条件：栈已经存在 操作结果：销毁栈s }ADT Stack （2）设定迷宫的抽象数据类型定义 ADT yanshu{ 数据对象：D={ai,j|ai,j属于{‘ ’、‘*’、‘@’、‘#’},0<=i<=M,0<=j<=N} 数据关系：R={ROW,COL} ROW={ 四班第一小组M orris水迷宫实验结果 PTajecti fcrria AniruLi 3 0 ] 6 +M EQI須7-￡却曲1分齟；动斗 D祇理201fH\2-3\ Prajecti Ufosri学 A JIUW T F 2 0 16+科蚀苗-卜？荊4试「於矩J =hU Pat PF ?0J叭壯為' 动物背 总路程2786.55cm 潜伏期89.96s 平均速度30.98m*S-1 搜索策略趋向式 动物后肢 总路程2414.41cm潜伏期86.28s 平均速度27.32m*S-1 搜索策略随机式 PToiecti SoETla Anirtali 3 0 J & +M JO]5-4-2>S3 动斗 D就日* 201fM\2-3\ Frojecti Narris Inuuli 2 0 ] 6 +利沏Nl-2湖试L刑恥动峻 Patei 2OJ0M\23\ 动物空白 总路程666.73cm潜伏期16.68s 平均速度35.54m*S-1 搜索策略随机式 动物前肢 总路程1895.37cm 潜伏期50.76s 平均速度35.87m*S-1 搜索策略随机式 Pta ject? Itorrla irtali 3 0 J & +M EQ1E77却忖1 W3 动斗 DX 强201fH\2-3\ Frojecti Karris 2 0 1 P伞利的淖Tl-2溯试■斗唯 Patei 2OJ0\4\23\ 动物头 总路程2673.41cm 潜伏期90.12s 平均速度29.67m*S-1 搜索策略随机式 动物尾 总路程244.68cm潜伏期5.64s 平均速度31.69m*S-1 搜索策略趋向式nv-ii nv-ii XE-I KE-I SW-III nv-ir KE-I DV-II ME- I nu-ii JW-II XE-I KE-I SV-III SE-n Morris水迷宫简介 Morris水迷宫是英国心理学家Morris于20世纪80年(1981)代初设计并应用于脑学习记忆机制研究的一种实验手段,其在AD研究中的应用非常普遍[3]。较为经典的Morris水迷宫,测试程序主要包括定位航行试验和空间探索试验两个部分。其中定位航行试验(place navigation)历时数天,每天将大鼠面向池壁分别从4个入水点放入水中若干次,记录其寻找到隐藏在水面下平台的时间(逃避潜伏期,escape latency)。空间探索试验(spatial probe)是在定位航行试验后去除平台,然后任选一个入水点将大鼠放入水池中,记录其在一定时间内的游泳轨迹,考察大鼠对原平台的记忆。 自从20多年前Morris水迷宫被发明以来，很多学者都采用此方法研究动物的空间学习记忆能力，并在经典的Morris水迷宫基础上进行了很多改进，如Markowska发现如果在空间探索试验阶段中能让平台间歇性的出现，这样较经典的方案能更加敏感的地测量动物的空间记忆能力。Arteni采用双平台的水迷宫，轮流升起其中一个平台的方法来测量动物的工作记忆等等。Morris水迷宫广泛用于啮齿类动物的视觉相关的空间记忆和工作记忆的测量中，但是否适用于测量动物的长时记忆还存在争议。 应用领域 Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）实验是一种强迫实验动物（大鼠、小鼠）游泳，学习寻找隐藏在水中平台的一种实验，主要用于测试实验动物对空间位置感和方向感（空间定位）的学习记忆 能力。被广泛应用于学习记忆、老年痴呆、海马/外海马研究、智力与衰老、新药开发/筛选/评价、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学研究和计算机辅助教学等领域，在世界上已经得到广泛地认可，是医学院校开展行为学研究尤其是学习与记忆研究的首选经典实验。Morris水迷宫其最主要的附件之一就是水池，水池的质量及功能是实验不可却少的部分，在实验中水温的温度是实验的关键，淮北正华生物仪器设备有限公司生产的恒温水池是国内唯一有此功能的，其温度控温，及准确度已达到先进水平。 实验原理 虽然老鼠是天生的游泳健将，但是它们却厌恶处于水中的状态，同时游泳对于老鼠来说是十分消耗体力的活动，他们会本能的寻找水中的休息场所。寻找休息场所的行为涉及到一个复杂的记忆过程，包括收集与空间定位有关的视觉信息，再对这些信息进行处理、整理、记忆、加固、然后再取出，目的是能成功的航行并且找到隐藏在水中的站台，最终从水中逃脱。 淮北正华生产的Morris分析软件[1] Morris水迷宫的组成部分 一、实验内容 3、迷宫问题。假设迷宫由m行n列构成，有一个出口和一个入口，入口坐标为（1,1），出口坐标为（m,n），试设计并验证以下算法：找出一条从入口通往出口的路径，或报告一个“无法通过”的信息。 （1）用C语言实现顺序存储队列上的基本操作，然后利用该队列的基本操作找出迷宫的一条最短路径。 （2）设计一个二维数组MAZE[m+2][n+2]表示迷宫，数组元素为0表示该位置可以通过，数组元素为1表示该位置不可以通行。MAZE[1][1]、MAZE[m][n]分别为迷宫的入口和出口。 （3）输入迷宫的大小m行和n列，动态生成二维数组；由随机数产生0或1，建立迷宫，注意m*n的迷宫需要进行扩展，扩展部分的元素设置为1，相当于在迷宫周围布上一圈不准通过的墙。 （4）要求输出模拟迷宫的二维数组；若存在最短路径，则有出口回溯到入口（出队列并利用栈实现），再打印从入口到出口的这条路径，例如（1,1），......，（i,j），......，（m,n）；若没有路径，则打印“No path”。 （5）迷宫的任一位置（i,j）上均有八个可移动的方向，用二维数组Direction存放八个方向的位置偏移量。 Direction[8][2]={{0,1}，{1,1}，{0，-1}，{-1，-1}，{1,-1}，{1,0}，{-1,0}，{-1,1}}； （6）为避免出现原地踏步的情况需要标志已经通过的位置，采用一个标志数组MARK[m+2][n+2]，初值均为0，在寻找路径的过程中，若通过了位置（i，j），则将MARK[i][j]置为1。 （7）为了记录查找过程中到达位置（i，j）及首次到达（i,j）的前一位置（i_pre,j_pre），需要记住前一位置（i_pre,j_pre）在队列中的序号pre，即队列中数据元素应该是一个三元组（i,j,pre）。 （8）搜索过程简单下：将入口MAZE[1][1]作为第一个出发点，依次在八个方向上搜索可通行的位置，将可通行位置（i,j,pre）入队，形成第一层新的出发点，然后依次出队，即对第一层中各个位置分别搜索它所在八个方向上的可通行位置，形成第二层新的出发点，...，如此进行下去，直至达到出口MAZE[m][n]或者迷宫所有位置都搜索完毕为止。 二、实验过程及结果 一、需求分析 1、用栈的基本操作完成迷宫问题的求解，其中栈的基本操作作为一个独立的模块存在。 2、以二维数组M[m+2][n+2]表示迷宫，M[i][j] 表示迷宫中相应（i,j）位置的通行状态（0:表示可以通行，1：表示有墙，不可通行），完成迷宫的抽象数据类型，包括出口、入口位置等。 3、用户从屏幕上输入迷宫，从键盘输入迷宫的大小，即迷宫的长和宽(由于控制台大小限制，输入的长宽需在50以下)，完成对应迷宫的初始化。根据键盘输入的迷宫规格随机生成大小相同的迷宫，产生方块的地方为墙，无方块的地方可通过，如下例所示： 如下所示： 1、问题描述 程序开始运行时显示一个迷宫地图，迷宫中央有一只老鼠，迷宫的右下方有一个粮仓。游戏的任务是使用键盘上的方向健操纵老鼠在规定的时间内走到粮仓处。 基本要求： （1）老鼠形象可以辨认，可用键盘操纵老鼠上下左右移动； （2）迷宫的墙足够结实，老鼠不能穿墙而过； （3）正确检测结果，若老鼠在规定时间内走到粮仓处，提示成功，并给出一条路径，否则提示失败。 提高要求： （1）添加编辑迷宫功能，可修改当前迷宫，修改内容：墙变路、路变墙； （2）增加闯关和计分功能； （3）找出走出迷宫的所有路径，以及最短路径。 。 2．需求分析 软件的基本功能：通过键盘控制光标移动实现老鼠在迷宫中的行走、全部路径和最短路径的显示、自定义地图（墙变路，路变墙）。在老鼠闯关只能在地图显示是路的地方行走，不能穿墙，有计时功能，当时间结束时若没有到达指定地点，显示game over，查看排行榜，游戏结束，若成功到达指定位置，进去下一关，直到所有关结束，程序结束；。 输入/输出形式：用户可以通过控制台，根据输入提示。 输入形式： ①方向键、空格键、enter键 输出形式： ①输出地图菜单。 ②输出地图 ③输出是否成功信息、输出排行榜 3．概要设计 （1）主程序流程 图1：主程序流程图 （3）模块调用关系: 本程序中函数包括：main函数，menu函数，menu2函数，mouse类内函数，path 类内函数，change函数， 函数调用关系如下： 图2：函数调用关系 4．详细设计 （1）实现概要设计的数据类型： Mouse类 class mouse { private: int m_x; int m_y; time_t begin ,stop; public: int move_up(int map[x][y],int end);//向上移动 int move_down(int map[x][y],int end);//向下移动 int move_left(int map[x][y],int end);//左 int move_right(int map[x][y],int end);//右 void initialize(int map[x][y],int end){ m_x=S;m_y=S;map[end][end]=9;} void print(int map[x][y],int end);//打印地图 附3. 大（小）鼠Morris水迷宫 “水迷宫”是由Richard Morris在1984年发明的，随后他阐述了评估学习记忆方法的细节和步骤。近30年来，在行为神经科学研究中，它成为最常用的验室研究工具之一。水迷宫实验常被用于啮齿类动物神经认知疾病模型的验证和神经认知治疗可行性的评估。有相当多的试验者利用水迷宫来评价动物的学习与记忆能力，同时也利用该实验评价水迷宫成绩、神经递质系统、药物作用之间的关系。通过非常多的应用，水迷宫实验在当代神经科学研究中占据了一个十分重要的位置。 实验将大（小）鼠置于恒温水池中，大（小）鼠会试图找到让自己脱离浸在水中的位置，在池中特定位置放置一个平台，让大（小）鼠通过学习知道平台的位置，之后撤去平台，通过对大（小）鼠空间探索训练与定向航行实验中相关指标的检测分析，评价大（小）鼠的对空间位置学习能力以及记忆能力 一、操作步骤： 1. 使用CLEVER公司行为学观测系统，北京硕林苑科技有限公司的SLY-WMS装置联合分析，水迷宫主要由一圆柱型水池和一可移动位置的站台组成。水池高70cm，直径160cm，站台直径8cm，水池上空通过一个数字摄相机与计算机相连接。预先在水池中注入清水，水深40cm，加入炭素墨水/奶粉使池水变为不透明的黑/白色，站台表面为黑/白色，使大（小）鼠不能看到，水面高出站台表面0.5cm。水温控制在19～21℃，在水池上标定相同一点作为每次实验大（小）鼠的入水点。 2．实验前一天让大（小）鼠自由游泳2min以适应周围环境，从第一天开始，每天训练4次，每次随机选择一个入水点，将大（小）鼠面向池壁放入水中，观察并记录大鼠寻找并爬上平台的路线图及所需时间（逃避潜伏期）。4次训练大（小）鼠分别从四个不同的入水点入水，如果在120s内未找到平台，需将其引至平台。这时潜伏期记为120s，每次训练间隔60s，连续4～7天。 3．实验时，将大（小）鼠置于水中，记录逃避潜伏期、轨迹图、各象限游泳距离。软件操作步骤见说明书。 Morris水迷宫实验标准 目录 一、实验原理（水迷宫的发展史，以及简单的实验原理和应用领域，以及在我国的发展情况和国内外的主要厂家） 二、Morris水迷宫的组成（主要分为硬件和图像采集，软件） 三、硬件准则（国内外文献提及到的硬件准则，我们主要针对国内文献提及到的） 四、实验流程准则（实验细节） 五、统计方法学准则（遵循统计学原理） 六、评价指标的准则（实验数据的解释） 七、实验适用范围准则（实验适用四个领域，与水迷宫的10个优点） 八、实验注意事项以下准则仅供实验参考，行为学实验必须依据自身的实际课题来恰当安排实验。 一、实验原理 20世纪80年代初,英国的心理学家Morris和他的同事利用大鼠在盛有水和牛奶混合物的不透 明水池中搜索目标物的方法,研究大鼠的海马等脑区受到损害后的学习、记忆和空间定向以及认知能力时取得了令人瞩目的结果。这种装置不但构思新颖、实验设计合理以及方法简便和实用,而且便于观察和记录动物入水后搜索藏在水下平台所需的时间、采用的策略和它们的游泳轨迹,从而可分析和推断动物的学习、记忆和空间认知等方面的能力。虽然起初的实验对象为大鼠，但此后该迷宫系统成为评估啮齿类动物空间学习和记忆能力的经典程序，广泛运用于神经生物学、药理学等领域的基础和应用研究中。它能较客观地衡量动物空间记忆、工作记忆以及空间辨别能力的改变。因此,这种研究方法很快就引起各国神经科学家的关注,并将此法称为Morris水迷宫法。国外有许多生产Morris水迷宫的公司，比如说德国的TSE公司，美国的Sandiegoinstruments 公司、德国Biobserve公司、荷兰Noldus等等；20世纪80年代末,中国科学院心理研究所建立了我国第一个Morris水迷宫实验室,并于90年代初建立了Morris水迷宫图像自动采集和处理系统。国内随后出现了许多Morris水迷宫生产厂家，比如说有上海软隆科技有限公司、安徽正华生物仪器设备有限公司、北京智鼠多宝科技有限公司等等，但是从国际到国内，Morris水迷宫的硬件设备，软件系统，实验方法，以及实验数据的处理方法都不尽相同，因此，从Morris水迷宫法的发明到现在已有20余年的历史了，应该制定一套比较标准的实验准则了。 二、Morris水迷宫的组成 Morris实验系统由水迷宫装置、水迷宫图像自动采集和软件分析系统组成。 1、Morris水迷宫装置:主要由盛水的水池和一个可调节高度和可移动位置的站台所组成。 2、水迷宫图像自动采集和软件分析系统:该系统的主要部件为摄像机、计算机和图像采集卡等。这种系统有多种型号,但工作原理和流程大致相似:摄像头采集大鼠游泳图像(模拟信号)输入到计算机中的图像采集卡进行模/数转换,大鼠游泳的模拟图像转化为数字图像 储存于硬盘中,将数字图像进行图像分析得到有关的测试参数。软件分析系统能自动地采集动物的入水位置、游泳的速度、搜索目标等所需时间、运行轨迹和搜索策略等参数,并可将所采集的各种资料进行统计和分析。 三、硬件准则要求 1、水池和站台：对于水池的大小，存在一个人为选择的问题，看起来应该统一标准，其实并不容易。但是有个原则就是水池不能太小，站台也不能太大。Morris最初（1981年）用于大鼠的水池是直径1.32米、高为0.6米，水池的水深为0.40米;但后来（1984年）改为直径2.14米、高0.4米，水池的水深为0.25米。对于小鼠的实验水池，文献中介绍的迷宫直径差异巨大，小到0.6米,大到2.0米。一般而言，过小的水池使小鼠爬上平台的偶然性增加，任务难度减小。过大的水池会使小鼠游泳路径延长，体力消耗过大，爬上站台的机率减少。现在国内文献中所用水迷宫水池 云南大学软件学院数据结构实验报告（本实验项目方案受“教育部人才培养模式创新实验区（X3108005）”项目资助）实验难度： A □ B □ C □ 实验难度 A □ B □ C □ 承担任务 （难度为C时填写） 指导教师评分（签名） 【实验题目】 实验4.数组的表示极其应用 【问题描述】 以一个m×n的长方阵表示迷宫，0和1分别表示迷宫中的通路和障碍。设计一个程序，对任意设定的迷宫，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论。 【基本要求】 首先实现一个以链表作存储结构的栈类型，然后编写一个求解迷宫的非递归程序。求得的通路以三元组(i，j，d)的形式输出，其中:(i，j)指示迷宫中的一个坐标，d 表示走到下一坐标的方向。如；对于下列数据的迷宫，输出的一条通路为：(l，1，1)，(1，2，2)，(2，2，2)，(3，2，3)，(3，1，2)，…。? （下面的内容由学生填写，格式统一为，字体: 楷体, 行距: 固定行距18，字号: 小四，个人报告按下面每一项的百分比打分。难度A满分70分，难度B满分90分）一、【实验构思（Conceive）】(10%) （本部分应包括：描述实验实现的基本思路，包括所用到的离散数学、工程数学、程序设计、算法等相关知识） 本实验的目的是设计一个程序，实现手动或者自动生成一个n×m矩阵的迷宫，寻找一条从入口点到出口点的通路。我们将其简化成具体实验内容如下：选择手动或者自动生成一个n×m的迷宫，将迷宫的左上角作入口，右下角作出口，设“0”为通路，“1”为墙，即无法穿越。假设从起点出发，目的为右下角终点，可向“上、下、左、右、左上、左下、右上、右下”8个方向行走。如果迷宫可以走通，则用“■”代表“1”，用“□”代表“0”，用“→”代表行走迷宫的路径。输出迷宫原型图、迷宫路线图以及迷宫行走路径。如果迷宫为死迷宫，输出信息。 可以二维数组存储迷宫数据，用户指定入口下标和出口下标。为处理方便起见，可在迷宫的四周加一圈障碍。对于迷宫中任一位置，均可约定有东、南、西、北四个方向可通。? 二、【实验设计(Design)】(20%) （本部分应包括：抽象数据类型的功能规格说明、主程序模块、各子程序模块的伪码说明，主程序模块与各子程序模块间的调用关系） 1. 设定迷宫的抽象数据类型定义： ADT Maze { 数据对象：D = { a i, j | a i, j ∈ { ‘■’、‘□’、‘※’、‘→’、‘←’、 ‘↑’、‘↓’ } , 0≤ i≤row+1, 0≤j≤col+1, row, col≤18 } 数据关系：R = { ROW, COL } ROW = { < a i-1, j , a i, j > | a i-1, j , a i, j ∈D, i=1, … , row+1, j=0, … , col+1} COL = { < a i, j-1, a i, j > | a i, j-1 , a i, j ∈D, i=0, … , row+1, j=1, … , col+1} 基本操作： Init_hand_Maze( Maze, row, col) 初始条件：二维数组Maze[][]已存在。 https://www.wendangku.net/doc/d213934222.html, 自动控制论文题目 一、最新自动控制论文选题参考 1、基于PLC的种子包衣机自动控制系统设计与实现 2、无线数据传输在节水灌溉自动控制中的应用 3、自动控制在污水处理中的应用 4、基于SCADA的无功电压自动控制系统 5、高炉热风炉全自动控制专家系统 6、智能交通系统及其车辆自动控制技术 7、智能温室自动控制系统的设计与应用 8、基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计 9、列车运行自动控制(ATO)算法的研究 10、自动变速器(十一)——变速器的自动控制系统(下) 11、自动控制技术——汽车动力学稳定性控制系统研究现状及发展趋势 12、循环流化床锅炉热工自动控制系统 13、温室节点式渗灌自动控制系统设计与实现 14、SBR法计算机自动控制系统的研究 15、主动式自动控制烤房研制与试验报告 16、盾构机自动控制技术现状与展望 17、自动控制中的矩阵理论 18、高炉热风炉全自动控制专家系统 19、自动变速器(九)——变速器的自动控制系统(上) 20、楼宇自动控制网络通信协议BACnet实现模型的研究 https://www.wendangku.net/doc/d213934222.html, 二、自动控制论文题目大全 1、冷连轧板形自动控制 2、冷连轧机张力自动控制系统 3、复卷机张力自动控制系统 4、"自动控制原理"课程讲授的几个要点 5、变电站电压无功综合自动控制的实现与探讨 6、自动变速器(十)——变速器的自动控制系统(中) 7、自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践 8、论间歇式活性污泥法的自动控制 9、用于水果实时分级系统的同步跟踪自动控制装置 10、《自动控制原理》课程的教学改革与实践 11、DCS自动控制系统软件体系的设计与实现 12、Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用 13、烧结生产自动控制新技术(上) 14、电力传动与自动控制系统 15、活性污泥法污水处理过程自动控制的研究现状 16、模糊参数自整定PID控制技术在推土机自动控制系统中的应用 17、烧结生产自动控制新技术(下) 18、波浪能独立稳定发电自动控制系统 19、鱼雷自动控制系统 20、自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨 三、热门自动控制专业论文题目推荐 迷宫实验 一．摘要 迷宫实验主要是要探讨研究一个人只靠自己的动觉，触觉和记忆获得信息的情况下，如何学会在空间中定向。本实验的被试是华东师范大学应用心理学系大二的一名女同学，本实验以学习遍数为自变量，以所用时间和错误次数为因变量，让被试在排除视觉条件下，用小棒从迷宫起点凹槽移动到达终点，其间小棒每次进入盲巷并与盲巷末端金属片接触算一次错误，学会的定义为连续三遍不出错。而且主试也不能给予被试任何提示或暗示。被试要运用动觉，思维，记忆等自己认为有效的方法独立完成。测试中为了控制疲劳带来的误差，若被试感到疲劳，可稍事休息再进行实验。分析实验数据可知，被试走完迷宫所用时间成减少趋势，错误次数也成减少趋势。在最初几次走迷宫时，错误次数会出现反复的时多时少的情况，所用时间也在反复，时多时少，这表明被试在摸索迷宫路线，处于对整个迷宫的整体定位中。随着学习遍数的增加，错误次数与走完一次迷宫所用的时间开始减少，这表明被试对于迷宫的整体情况有了比较清楚的了解。 关键词迷宫学习次数学习时间错误次数 二．引言 人类从十九世纪末就开始研究迷宫学习了。1899 年,斯莫尔(W. S. Small ) 让白鼠学习一条相当复杂的迷津通路。通过研究他认为,白鼠迷宫学习所依靠的主要是触觉和动觉记忆。1912 年希克思(V. C. Hicks) 和卡尔把迷宫用于研究人类学习。泊金斯（Perkins，1927）最早使用这种在手指迷宫的基础上发展起来的最简便、最常用的触棒迷宫（pencil maze）。近年来，学者们则利用迷宫进行逆反学习能力的研究。而在特殊教育领域，也利用迷宫队正常人和盲人进行了触棒迷宫的对比试验，并得出了盲人心理的巨大补偿作用和学习潜能的结论。 迷宫是研究一个人只靠自己的动觉、触觉和记忆获得信息的情况下，如何学会在空间中定向。迷宫的种类很多，结构方式也不一样，但是有一个特征，这就是有一条从起点到终点的正确途径与从此分出的若干条盲巷。被试的任务是寻找与巩固掌握这条正确途径。迷宫的学习一般可分为四个阶段：1.一般方位辨认。2.掌握迷宫的首段、尾段和中间的一、二部分。3.扩大可掌握的部分，直至全部掌握空间图形。4.形成集体对空间图形的自动化操作。迷宫学习与被试的智商有关，它涉及被试的空间定向能力、思维、记忆诸多方面。 在此迷宫实验中，被试排除视觉条件，用小棒从迷宫起点沿凹槽移动到达终点。在此过程中，被试要运用动觉，思维，记忆等自己认为有效 Morris水迷宫实验 一、实验用品的准备： 毛巾或电吹风、染料(黑白鼠染料不一样)、细木棍、深泡沫盒 二、实验前的准备： 1. 在实验前一天晚上，把水迷宫和实验室打扫干净。 a. 水迷宫中动物粪便要处理干净 b. 实验室内保证通风、无异味 c. 实验过程中，要经常更换池中水，大鼠2-3天，小鼠6-7天。 2. 将水注入水迷宫中，水的高度在高过站台1cm左右（水深参考：大鼠：30CM；小鼠：20CM）。注：公共平台水迷宫型号是XR-XM101，大鼠水池直径1600cm，池高50cm；小鼠水池直径1200cm，池高40cm；大鼠站台直径为20cm，小鼠为10cm，离池壁30cm。 3. 保持合适水温（参考：大鼠：25±1℃；小鼠：21~22℃），如果水温过低，请使用快速热水器将热水加入水迷宫中，调至合适温度，水迷宫池边有一个温度测量器，可显示池中温度。 4. 实验前三十分钟把动物带入实验室中熟悉环境。 5. 加入合适的染料(黑鼠加色素或牛奶，白鼠清水或黑墨水)到水中，然后打开实验电脑，通过监视系统人工调节光线来达到光的均匀分布。如果加色素或墨水，拉上窗帘，打开室内灯，如果清水，开灯会反光，则关上室内灯，打开窗帘。 6. 检查标记物是否在固定的位置，整个几天实验中，标记物不可移动，实验人员将动物放入池中后，站到或坐到固定的位置。 三、正式实验步骤： 将已经编好号的大鼠/小鼠依次放入水迷宫进行实验，具体操作如下： 1. 实验人员A从鼠笼中取出小动物，然后快速放入水迷宫中。注意：a. 将动物面向池壁放入水中；b. 快速将动物在水平面放下，不可直接扔下去；c. 入水点选4个象限的位置，每个入水点每组都检测，共四轮（按距离站台的远-近-远-近次序）；d. 实验人员A把动物放入水迷宫后迅速离开。 2. 实验人员B通过监视系统观测到动物入水的一瞬间，然后快速的按下录象键。两人配合，最好A喊一声，然后B准备，之后动物入水瞬间按键。 3. 设置录像时间为90s，当动物到达站台保持30s视为找到站台，这时录像自动停止；如果实验人员B通过监视系统观测到动物在规定时间内没有游上站台，马上通知实验人员A 用细木棍引导小动物上站台，让动物在站台上10s熟悉周边环境后取走；如果动物到达平台，未停留规定时间，也须重新在站台上熟悉10s后取走。 4. 实验人员A将动物从水迷宫中取出后，请用毛巾将小动物檫干，一次做完每组实验，辅助改善记忆功能评价方法征求意见稿及修订说明
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