(以下大部分内容翻译自 eloquent javascript 第7章)
来看一个寻路算法的例子:
如图所示,连线上的数字表示这两点之间的距离,现在要写一个算法能够计算出两点间的最短路径。
别急着往下看,认真地想一下有哪几种可行方案,有哪些可能会碰到的问题。在阅读技术文章时,经常是快速翻阅一遍内容,若有所悟地点点头,然后马上就忘了。如果你真正努力地去解决某个问题,那它就会变成你的问题,它的解决方案也更有意义。
首先,用数据来描述这个地图,我们使用一个object:
这个roads包含了小岛上所有的路径信息,当我们从某处出发,想要知道有哪些路时,用roads[place]就可以得到,但如果万一打错地名,把place拼错了,就可能意外地返回一个undefined,这可能造成一些很隐蔽的奇怪错误,所以我们用一个函数来获取它
function roadsFrom(place) { var found = roads[place]; if (found == undefined) throw new Error("No place named '" + place + "' found."); else return found; } show(roadsFrom("Puamua"));
现在开始尝试一种老老实实的做法,"生成,测试",就像这样:
1. 生成所有可行的路径。
2. 在其中找出最短的路径。
对于一个小型的地图来说,生成所有路径的做法是可行的。
在这之前,我们需要一些新的工具函数,第一个是member,用来检查一个数组中是否包含某个元素。路径是由很多地名组成的数组,当我们到达一个新地方时,我们会调用member来检查这个地方是否已经到过,像这样:
function member(array, value) { var found = false; forEach(array, function(element) { if (element === value) found = true; }); return found; } print(member([6, 7, "Bordeaux"], 7)); // true
然而,即使我们要找的值出现在数组的第一项,它也会继续遍历完整个数组,这是没有必要的。当使用for循环时候,我们可以用break来跳出循环,但在forEach中这将不管用,因为循环体是一个函数,break不能跳出函数。解决方法是把forEach改造成能够知道什么时候该停止遍历。
function forEach(array, action) { for (var i = 0; i < array.length; i++) { if(action(array[i]) === false) { return; } } }
现在,一旦action函数返回false,forEach就会停止遍历。即使member函数使用了forEach,还是显得臃肿且不够通用,它需要在内部维护一个found,最终还要返回它,使得这个函数显得太有针对性和过于麻烦。member实现的是:判断在一组数据中是否有任何满足条件的元素,这个任何可以被抽象出来,成为any函数
function any(test, array) { for (var i = 0; i < array.length; i++) { var found = test(array[i]); if (found) return found; } return false; } function member(array, value) { return any(partial(op["==="], value), array); } print(member(["Fear", "Loathing"], "Denial"));
any遍历整个数组,对每个元素应用test函数,一旦有测试结果为真值,就返回那一项,如果都不满足,返回false。使用any(test, array)就相当于test(array[0]) || test(array[1]) || ...
就像&&有个||为伴, any也有一个与之对应的every:
function every(test, array) { for (var i = 0; i < array.length; i++) { var found = test(array[i]); if (!found) return found; } return true; } show(every(partial(op["!="], 0), [1, 2, - 1]));
我们还需要另一个函数flatten,它接受一个二维数组,将其合并到一个一维数组中:
function flatten(arrays) { var result = []; forEach(arrays, function(array) { forEach(array, function(element) { result.push(element); }); }); return result; }
当然flattern也可以这样实现:
function flattern2(arrays) { return reduce(function(base, array) { return base.concat(array); }, [], arrays); } console.info(flattern2([[1, 3, 5], [2, 4]])); // 结果为: [1, 3, 5, 2, 4]
但这种做法效率较低,就像反复连接字符串,不如把字符串都加入到数组中然后join起来更高效一样,重复地concat数组会产生很多没必要的临时数组。
在生成路径之前,我们还需要一个函数filter,就像map一样,它接收2个参数,test函数和一个数组array,用于过滤掉array中不满足test的元素。
function filter(test, array) { var result = []; forEach(array, function(element) { if (test(element)) result.push(element); }); return result; } show(filter(partial(op[">"], 5), [0, 4, 8, 12])); // 结果为: [0, 4]
(上面的例子中filter的返回值是否令人不解?记住传给partial的参数,将被用在函数的第一个参数,这里传给partial的5,将被作用在op[">"]的第一个参数,所以上面的表达式意思并不是 "所有大于5的值",而是 "5大于的值",即 "比5小的值")
现在,整个生成路径的算法看上去应该是这样 -- 从出发点开始,对每一条离开那里的路生成路径,我们使用递归来做:
function possibleRoutes(from, to) { function findRoutes(route) { function notVisited(road) { return ! member(route.places, road.to); } function continueRoute(road) { return findRoutes({ places: route.places.concat([road.to]), length: route.length + road.distance }); } var end = route.places[route.places.length - 1]; if (end == to) return [route]; else return flatten(map(continueRoute, filter(notVisited, roadsFrom(end)))); } return findRoutes({ places: [from], length: 0 }); } show(possibleRoutes("Point Teohotepapapa", "Point Kiukiu").length); // 11 show(possibleRoutes("Hanapaoa", "Mt Ootua")); // [{ places: ["Hanapaoa", "Mt Ootua"], length: 3 }]
这个函数返回一个路径数组,每一条路径都包含一个所通过节点的数组,和一个总长度。findRoutes递归循环一条路径,返回一个路径的所有延伸。当一条路径的末尾地点是我们的目的地时,它将返回那条路径,因为继续在那条路径上走是没有意义的。如果末尾是其他的地点,我们就继续。包含了flatten/map/filter的那行可能是最难读的,它描述的是:得到所有从当前节点出发的临近节点,从其中过滤掉那些已经访问过的,然后对每一个节点继续进行continueRoute,由于每一个节点都将返回一个路径数组,多个节点map后将返回一个二维数组(第一维对应应节点,第二维对应该节点的路径数组),所以需要用flatten把这二维数组并成一维数组(因为我们并不关心节点,只需要所有的路径数组)。
这一行做了很多事,这就是抽象带来的好处:不用打满屏幕的代码就能做很复杂的事。
现在我们有了所有可行的路径,开始尝试找出其中最短的那条。需要一个函数shortestRoute:
function shortestRoute(from, to) { var currentShortest = null; forEach(possibleRoutes(from, to), function(route) { if (!currentShortest || currentShortest.length > route.length) currentShortest = route; }); return currentShortest; }
也许你已经想到了,最短的可以被抽象出来
function minimise(func, array) { var minScore = null; var found = null; forEach(array, function(element) { var score = func(element); if (minScore == null || score < minScore) { minScore = score; found = element; } }); return found; } function getProperty(propName) { return function(object) { return object[propName]; }; } function shortestRoute(from, to) { return minimise(getProperty("length"), possibleRoutes(from, to)); }
这种最xx的形式还可以抽象出most函数:
function most(arr, comp) { var min = arr[0]; forEach(arr, function(a) { if(comp(min, a)) { min = a; } }); return min; } function getProperty(p) { return function(o) { return o[p]; }; } function minimal(arr, getter) { return most(arr, function(a, b) { return getter(b) < getter(a); }); } function shortestRoute(from, to) { return minimal(possibleRoutes(from, to), getProperty('length')); } console.info(shortestRoute("Point Teohotepapapa", "Point Kiukiu"));
看上去为一个shortestRoute写了这么多行代码,比起第一个版本长了3倍,但这些代码是可重用的。
注意其中的getProperty,这种做法在函数式编程里经常是很有用的。