检查二维数组中每个邻居的最快方法

Posted 2023-04-13

【中文标题】检查二维数组中每个邻居的最快方法

【英文标题】：Fastest way to check each neighbor in 2D array

【发布时间】：2018-07-30 01:01:00

【问题描述】：

我正在开发一个随机地牢生成器，只是为了好玩/作为学习一些新事物的辅助项目。我编写了一个函数，它为任何给定的单元格返回一个整数哈希值，它为您提供有关它应该是什么类型的游戏对象的信息。即如果它是一堵墙，面对什么方向，它是一个角落，等等。这是功能当前的样子。

    private int CellHashValue(int xIndex, int yIndex, char centerTile)
    
        int hashValue = 0;
        if (dungeon2DArray[xIndex - 1, yIndex + 1] == centerTile)
        
            hashValue += 1;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex, yIndex + 1] == centerTile)
        
            hashValue += 2;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex + 1, yIndex + 1] == centerTile)
        
            hashValue += 4;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex - 1, yIndex] == centerTile)
        
            hashValue += 8;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex + 1, yIndex] == centerTile)
        
            hashValue += 16;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex - 1, yIndex - 1] == centerTile)
        
            hashValue += 32;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex, yIndex - 1] == centerTile)
        
            hashValue += 64;
        
        if (dungeon2DArray[xIndex + 1, yIndex - 1] == centerTile)
        
            hashValue += 128;
        
        return hashValue;
    

我的问题是，是否有一种更有效、更快的方法来进行这些检查，而我可能没有想到？地牢数组的大小范围从 100x100 到 1000x1000，尽管该函数不会在每个单元格上调用。我有一个单独的列表，其中包含房间，并且我迭代以实例化对象的每个方向都有开始和结束索引。

【参考方案1】：

您所做的实际上是应用一种卷积形式。如果没有更多关于如何调用您的方法或如何使用返回的哈希值的上下文，您所做的似乎接近于迭代 3x3 网格的最有效方法。假设你的 dungeon2dArray 是一个 char[][] 并且是全局的，我认为这是更清晰和更简洁的（你必须调整如何根据迭代顺序来解释结果总和）。

private int CellHashValue(int x, int y) 
    int hashSum = 0;   // Hash sum to return
    int hashValue = 1; // Increases as power of 2 (1,2,4,8,...128)
    char centerTile = dungeon2DArray[x, y]; // Cache center tile

    for (int r = -1; r <= 1; r++) 
        for (int c = -1; c <= 1; c++) 
            if (r == 0 && c == 0) continue; // Skip center tile
            if (dungeon2DArray[x + c, y + r] == centerTile) 
                hashSum += hashValue;
            
            hashValue *= 2; // Next power of two
            //could also bit shift here instead 
            // hashValue <<= 1
        
    
    return hashSum;

注意：此方法不做任何边界检查，因此如果 x 或 y 索引沿边缘，索引将失败。

每个数组访问都是 O(1) 并且遍历整个地牢数组是 O(n^2)，因此获得更好效率的唯一方法是组合每个单元格的方法调用，但这仍然只是一个常数因子，因此效率并不高，但取决于计算可以稍微提高性能。

【参考方案2】：

由于您使用数组来构建地图，因此由于直接访问，访问时间是恒定的。因此，检查每个数组索引的过程很快。

有几件小事可以加速这个功能。

在相应的if 语句中返回hashValue。这将删除几行代码。 通过删除hashValue 变量并返回硬编码值，将从进程中删除变量初始化。这比看起来更重要。创建和删除对象需要时间，大量时间在规模化时。 xIndex 和 yIndex 可以成为对象的全局对象。 要小心实现这个想法。 因为 xIndex 和 yIndex 在检查特定条件时不会改变，所以它们可以在对象中全局化。这减少了传入的参数数量。由于 Java 不通过引用传递，因此创建了一个大小相等的对象并将其传递给函数。一个简单的int 不会对速度产生太大影响，但如果您的对象包含许多变量，则需要更多时间来构建另一个同等价值的对象。 可以将每个检查移至单独的函数。这主要有助于以后的可读性和调试。有一些速度优势，但它们取决于项目。通过观察对象是如何初始化/操作的，通常可以强制某些条件为真。当不需要检查逻辑并且无需检查即可得出结论时，所需的时间就会减少。

只是一些想法。如果你有时间研究，第 2 和第 3 点使用来自low latency/high frequency 的概念。此外，请注意，其中一些概念并非最佳实践。