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Rubik's Cube Umgebung

Dieses Modul definiert die Klasse Cube3, die einen 3x3x3 Rubik's Cube in der Half-Turn Metrik repräsentiert.

Klasse: Cube3: Eine Klasse für den 3x3x3 Rubik's Cube in der Half-Turn Metrik.

Cube3​

class Cube3()

Eine Klasse für den 3x3x3 Rubik's Cube in der Half-Turn Metrik (HTM).

Diese Klasse stellt Methoden zur Manipulation und Lösung eines 3x3x3 Rubik's Cube unter Verwendung der Half-Turn Metrik bereit. Sie definiert den Anfangs- und Zielzustand des Würfels, verfügbare Züge und Methoden zur Würfelmanipulation.

Repräsentation:

Reihenfolge der Flächen:

   0
 2 5 3 4
   1

Reihenfolge der Sticker auf jeder Fläche:

  2   5   8
  1   4   7
 [0]  3   6

Indizes des Zustands (jeweils beginnend mit 9 * (n-1)):

                2   5   8
                1   4   7
               [0]  3   6
  20  23  26   47  50  53  29  32  35  38  41  44
  19  22  25   46  49  52  28  31  34  37  40  43
 [18] 21  24  [45] 48  51 [27] 30  33 [36] 39  42
               11  14  17
               10  13  16
               [9] 12  15

Farben (indices // 9):

                0   0   0
                0   0   0
                0   0   0
   2   2   2    5   5   5   3   3   3   4   4   4
   2   2   2    5   5   5   3   3   3   4   4   4
   2   2   2    5   5   5   3   3   3   4   4   4
                1   1   1
                1   1   1
                1   1   1

Attribute:

  • state ndarray - Aktueller Würfelzustand, dargestellt als Array von Stickerfarben.
  • GOAL ndarray - Fester Zielzustand, dargestellt als Array von Stickerfarben.
  • moves list - Liste der möglichen Würfelzüge (Fläche und Richtung).
  • allow_wide bool - Flag, das angibt, ob weite Züge erlaubt sind.
  • sticker_target dict - Ein Dictionary, das Zugstrings auf Listen von Ziel-Stickerindizes abbildet.
  • sticker_source dict - Ein Dictionary, das Zugstrings auf Listen von Quell-Stickerindizes abbildet.
  • sticker_target_ix ndarray - Ein 2D-NumPy-Array, das Zugindizes auf Ziel-Stickerindizes für normale Züge abbildet.
  • sticker_source_ix ndarray - Ein 2D-NumPy-Array, das Zugindizes auf Quell-Stickerindizes für normale Züge abbildet.
  • sticker_target_ix_wide ndarray - Ein 2D-NumPy-Array, das Zugindizes auf Ziel-Stickerindizes für weite Züge abbildet.
  • sticker_source_ix_wide ndarray - Ein 2D-NumPy-Array, das Zugindizes auf Quell-Stickerindizes für weite Züge abbildet.

show​

def show(flat=False, palette=["white", "yellow", "orange1", "red", "blue", "green"])

Zeigt den aktuellen Zustand des Würfels an.

Argumente:

  • flat bool - Ob der Zustand in flacher Form angezeigt werden soll.
  • palette list - Liste der Farben zur Darstellung der Sticker.

validate​

def validate(state=None, centered=True)

Überprüft den Zustand und die Anordnung des Würfels.

Argumente:

  • centered bool - Ob die Zentren zentriert sein sollen oder nicht.

Wirft:

  • ValueError - Wenn der Zustand oder die Anordnung des Würfels ungültig ist.

reset​

def reset()

Setzt den Würfelzustand auf den gelösten Zustand zurück.

reset_axes​

def reset_axes()

Setzt die Farbindizes entsprechend der angegebenen Mittenfarben zurück. Nützlich, wenn breite Züge angewendet werden oder eine unerwartete Perspektive angegeben wird.

is_solved​

def is_solved()

Prüft, ob sich der Würfel im gelösten Zustand befindet.

finger​

def finger(move)

Wendet einen einzelnen Zug auf den Würfelzustand unter Verwendung des Zugstrings an.

Argumente:

  • move str - Zugstring in HTM-Notation.

finger_ix​

def finger_ix(ix)

Wendet einen einzelnen Zug unter Verwendung des Zugindex für eine schnellere Ausführung an.

Argumente:

  • ix int - Index des Zuges.

apply_scramble​

def apply_scramble(scramble)

Wendet eine Folge von Zügen (Scramble) auf den Würfelzustand an.

Argumente:

  • scramble str or list - Folge von Zügen in HTM-Notation oder als Liste.

__vectorize_moves​

def __vectorize_moves()

Vektorisiert die Ersetzungsoperationen der Stickergruppen für eine schnellere Berechnung. Diese Methode definiert self.sticker_target und self.sticker_source, um die Stickerfarben zu verwalten (Ziel wird durch Quelle ersetzt). Sie definieren Indizes von Ziel- und Quellstickern, so dass die Züge vektorisiert werden können.

Dataset​

class Dataset(torch.utils.data.Dataset)

Pseudo-Datensatzklasse, um unendlich zufällige Scrambles zu erzeugen.

Beispiel
batch_size = 1024
dl = get_dataloader(batch_size)
for i, (batch_x, batch_y) in zip(range(1000), dl):
    batch_x, batch_y = batch_x.to(device), batch_y.device().reshape(-1)

get_dataloader​

def get_dataloader(batch_size, num_workers=min(os.cpu_count(), 32), max_depth=20, **dl_kwargs)

Erstellt eine DataLoader-Instanz zur Erzeugung zufälliger Rubik's Cube Scrambles.

Argumente:

  • batch_size int - Die Anzahl der Samples pro Batch.
  • num_workers int, optional - Die Anzahl der Worker-Prozesse für das Laden der Daten. Standardmäßig die Anzahl der CPU-Kerne oder 32 (darüber hinaus nimmt der Ertrag ab), je nachdem, was kleiner ist.
  • max_depth int, optional - Die maximale Tiefe der Scrambles. Standardwert ist 20.
  • **dl_kwargs - Zusätzliche Schlüsselwortargumente, die an den Konstruktor von DataLoader übergeben werden.

Rückgabe:

  • torch.utils.data.DataLoader - Eine DataLoader-Instanz, die Batches von zufälligen Scrambles liefert.