Automated Maze Generation and Human Interaction

Bc. Martin Foltin

Master's thesis

Abstract:

Cieľom tejto práce je prispieť k problematike analýzy riešenia problémov zo strany ľudí. Vzhľadom na pomerne vysokú komplexitu tejto domény je žiaduce obmedziť sa na ľahšie uchopiteľný a pochopiteľný problém. V tomto prípade sa jedná o riešenie bludísk. Na začiatku sa práca zaoberá historickým pozadím a kategorizáciou bludísk. Detailne sú diskutované niektoré grafovo orientované algoritmy používané pre automatizované generovanie bludísk. Pre ľahšie pochopenie predchádza tejto pasáži i načrtnutie základných pojmov z teórie grafov. Nasledujúce podkapitoly sa venujú skúmaniu súvislostí medzi algoritmickým generovaním bludísk a jeho dopadmi na ľudskú interakciu a prístup k riešeniu problému. Výskum prebieha na základe vzorky dát zozbieraného prostrednictvom webovej aplikácie (apletu), ktorú som implementoval pre tento účel. Práca obsahuje taktiež technické pozadie praktickej (implementačnej) časti. Aplet umožnil užívateľom riešiť preddefinované alebo náhodnostné bludiská, pričom údaje o ich postupe ukladal pre účely analýzy. Táto bola vykonaná za pomoci viacerých metód, o.i. boli použité napr. mapy hustoty rozloženia pohybu (maze density map). Výskum prináša viacero zaujímavých záverov, o.i. napr. definíciu tzv. miery stratenia sa v bludisku (got-lost ratio) a jej vzťah k užívateľskému pohybu v rámci bludiska.

Abstract:

This thesis’ aim is to study and contribute to the human problem solving analysis, which is a very complex domain. That is why it is helpful to perform an analysis of a logically easier comprehensible topic – mazes and maze solving in this case. History of mazes, maze categorization as well as several graph based maze generation algorithms (e.g. Prim’s algorithm, Kruskal’s algorithm or DFS based algorithms) are presented and explained in detail. Relevant graph theory concepts are explained prior to the discussion of maze generation algorithms in order to make their logical intersection clear and observable. Further subchapters study connections between automated maze generation (properties of a maze created by a specific algorithm) and its impact on human maze solving. Human interaction and behavior analysis is performed on a sample data gathered by Maze Generation Java applet, which I implemented for purposes of this master’s thesis. Technical background of the implementation part is described in this thesis, too. The applet let users solve predefined mazes or mazes generated by various randomized algorithms. Information about each solve attempt was stored and preserved for further analysis. The analysis was performed using several methods (some of them used probably for the first time – e.g. a maze density map) and it led eventually to some interesting conclusions (e.g. the definition of the so called got-lost ratio and its relationship to users’ movement through the maze).

Keywords

maze, maze generation, maze generation algorithms, graph algorithms, Prim’s algorithm, Kruskal’s algorithm, recursive backtracker, hunt-and-kill algorithm, bacterial growth algorithm, maze solving, human problem solving

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2011
• Supervisor: doc. Mgr. Radek Pelánek, Ph.D.
• Reader: RNDr. Mgr. Jana Dražanová

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Information Systems