[Project] Drunkard's Walk Problem | 주정뱅이의 마구잡이 걸음 문제

Drunkard's Walk Problem

주정뱅이의 마구잡이 걸음 문제

- 주정뱅이가 정중앙 기둥에서 시작하여 기둥으로부터 일정 거리를 벗어나기 위해 내딛는 걸음 수를 구하는 프로그램이다.
- 내딛는 한 발 한 발은 이전에 내딛은 걸음의 방향과 무관하게 매번 마구잡이로 걷는다.
- 벗어나고자 하는 거리와 보폭은 사용자로부터 입력받는다.
- 마구잡이식 걸음을 구현하기 위해 표준 라이브러리  함수 중 \(\texttt{rand()}\), \(\texttt{srand()}\), \(\texttt{time()}\) 함수를 사용한다.
- 주정뱅이의 걸음에 대한 방향을 제어하는 자료구조로 사용자 정의 클래스인 \(\texttt{Vector}\) 클래스가 정의되어 있는 \(\texttt{vect.h}\) 헤더파일을 포함시킨다.

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vect.h

- 벡터값을 제어하는 \(\texttt{Vector}\) 클래스가 정의되어 있는 헤더파일이다.
- Computer Science에서 흔히 사용하는 컨테이너 \(\texttt{vector}\) 와는 다른 개념이다.

// vect.h

#ifndef VECTOR_H_
#define VECTOR_H_
#include <iostream>

namespace VECTOR {
    class Vector {
    public:
        enum Mode {RECT, POL};    // 직교좌표계 모드와 극좌표계 모드
    public:
        // 좌표값 데이터 멤버
		double x;      // 직교좌표계 x좌표
        double y;      // 직교좌표계 y좌표
        double mag;    // 극좌표계 반지름 (magnitude)
        double ang;    // 극좌표계 각도 (angle)
        Mode mode;
        // 데이터 멤버들의 값을 설정하는 private 메서드 
        void set_mag();
        void set_ang();
        void set_x();
        void set_y();
	public:
		// 초기화 함수 및 생성자, 파괴자 
		Vector();
		Vector(double n1, double n2, Mode form = RECT);
		~Vector();
		void reset(double n1, double n2, Mode form = RECT);
		// 데이터 멤버값 출력 함수 
		double xval() const {return x;}
		double yval() const {return y;}
		double magval() const {return mag;}
		double angval() const {return ang;}
		// 좌표계 설정 함수 
		void polar_mode();    // 좌표계를 극좌표계로 설정한다. 
 		void rect_mode();     // 좌표계를 직교좌표계로 설정한다.
		// 연산자 함수 
        Vector operator+(const Vector& b) const;
		Vector operator-(const Vector& b) const;
		Vector operator-() const;
		Vector operator*(double n) const;
		friend Vector operator*(double n, const Vector& a);
		friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vector& v);
	};
}

#endif

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vect.cpp

- \(\texttt{class Vector}\)의 메서드를 정의해놓은 파일이다.

// vect.cpp

#include <cmath>
#include "vect.h"

using std::sqrt;
using std::sin;
using std::cos;
using std::atan;
using std::atan2;
using std::cout;

namespace VECTOR {
	const double Rad_to_Deg = 45.0 / atan(1.0);    // 1radian에 대한 degree값 
	
	void Vector::set_mag() {
		mag = sqrt(x * x + y * y);
	}
	
	void Vector::set_ang() {
		if (x == 0.0 && y == 0.0)
			ang = 0.0;
		else
			ang = atan2(y, x);
	}
	
	void Vector::set_x() {
		x = mag * cos(ang);
	}
	
	void Vector::set_y() {
		y = mag * sin(ang);
	}
	
	Vector::Vector () {
		x = y = mag = ang = 0.0;
		mode = RECT; 
	}
	
	Vector::Vector(double n1, double n2, Mode form) {
		mode = form;
		if (form == RECT) {
			x = n1;
			y = n2;
			set_mag();
			set_ang();
		}
		else if (form == POL) {
			mag = n1;
			ang = n2 / Rad_to_Deg;
			set_x();
			set_y();
		}
		else {
			cout << "Vector()에 전달된 제 3 매개변수가 잘못되었습니다.\n";
			cout << "벡터값을 0으로 설정합니다.\n";
			x = y = mag = ang = 0.0;
			mode = RECT;
		}
	}
	
	Vector::~Vector() {
	}
	
	void Vector::reset(double n1, double n2, Mode form) {
		mode = form;
		if (form == RECT) {
			x = n1;
			y = n2;
			set_mag();
			set_ang();
		}
		else if (form == POL) {
			mag = n1;
			ang = n2 / Rad_to_Deg;
			set_x();
			set_y();
		}
		else {
			cout << "Vector()에 전달된 제 3 매개변수가 잘못되었습니다.\n";
			cout << "벡터값을 0으로 설정합니다.\n";
			x = y = mag = ang = 0.0;
			mode = RECT;
		}
	}
	
	void Vector::polar_mode() {
		mode = POL;
	}
	
	void Vector::rect_mode() {
		mode = RECT;
	}
	
	Vector Vector::operator+(const Vector& b) const {
		return Vector(x + b.x, y + b.y);
	}
	
	Vector Vector::operator-(const Vector& b) const {
		return Vector(x - b.x, y - b.y);
	}
	
	Vector Vector::operator-() const {
		return Vector(-x, -y);
	}
	
	Vector Vector::operator*(double n) const {
		return Vector(n * x, n * y);
	}
	
	Vector operator*(double n, const Vector& a) {
		return a * n;
	}
	
	std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vector& v) {
		if (v.mode == Vector::RECT) {
			os << "(x, y) = (" << v.x << ", " << v.y << ")\n";
		}
		else if (v.mode == Vector::POL) {
			os << "(m, a) = (" << v.ang << ", " << v.ang * Rad_to_Deg << ")\n";
		}
		else {
			os << "Vector 객체의 모드 지정에 오류가 생겼습니다.\n";
		}
		
		return os;
	}
	
	}

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main.cpp

- \(\texttt{main()}\) 함수가 정의되어 있는 파일이다.

// main.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include "vect.h"

int main() {
	using namespace std;
	using VECTOR::Vector;
	srand(time(0));    // rand() 함수는 Pseudo-Random적인 특성을 가지지만, srand()함수는 매번 Default Seed값을 초기화하므로 매번 다른 난수집합을 생성시킬 수 있다. ("난수 생성" 포스트 참고) 
	double direction;
	Vector step;
	Vector result(0.0, 0.0);
	unsigned long steps = 0;
	double target;
	double dstep;
	
	cout << "목표 거리를 입력하세요 (종료시, q 입력) : ";
	while (cin >> target){
		cout << "보폭을 입력하세요 : ";
		if (!(cin >> dstep))
			break;
			
		while (result.magval() < target) {
			direction = rand() % 360;     // 주정뱅이는 0도에서 359도 중 한 방향으로 걸음을 내딛는다. 
			step.reset(dstep, direction, Vector::POL);
			result = result + step;
			steps++;
		}
		
		cout << steps << " 걸음을 걸은 후 현재 주정뱅이의 위치 : \n";
		cout << result << endl;
		result.polar_mode();
		cout << " (극좌표)\n" << result << endl;
		cout << "걸음당 기둥에서 벗어난 거리 = " << result.magval() / steps << endl;
		steps = 0;
		result.reset(0.0, 0.0);
		cout << "목표 거리를 입력하세요 (종료시, q 입력) : ";
	} 
	
	cout << "프로그램을 종료합니다.\n";
	cin.clear();
	while (cin.get() != '\n')
		continue;
	return 0;
}