兰顿的蚂蚁算法

Question

Langton's Ant的问题很简单。一只蚂蚁在一块有白色和黑色方块的板上行走。

• 在一个白色方块处，向右转 90°，翻转方块颜色，向前移动一个单位
• 在黑色方块处，向左转 90°，翻转方块颜色，向前移动一个单位

当“游戏”开始时，棋盘全是白色的。

我已经实现了模拟，但是对于行走和转弯有一个非常丑陋的解决方案，我需要帮助改进它。现在走路是这样的：

if (dir == "NORTH") {
    // Walk up
} else if (dir == "EAST") {
    // Walk right
} else if (dir == "SOUTH") {
    // Walk down
} else if (dir == "WEST") {
    // Walk left
}           

还有换向功能：

private void turn(String leftOrRight){
    if(dir == "NORTH" && lor == "RIGHT" ){
        dir = "EAST";
    } else if (dir == "NORTH" && leftOrRight == "LEFT" ){
        dir = "WEST";
    } else if (dir == "EAST" && leftOrRight == "RIGHT" ){
        dir = "SOUTH";
    } else if (dir == "EAST" && leftOrRight == "LEFT" ){
        dir = "NORTH";
    } else if (dir == "SOUTH" && leftOrRight == "RIGHT" ){
        dir = "WEST";
    } else if (dir == "SOUTH" && leftOrRight == "LEFT" ){
        dir = "EAST";
    } else if (dir == "WEST" && leftOrRight == "RIGHT" ){
        dir = "NORTH";
    } else if (dir == "WEST" && leftOrRight == "LEFT" ){
        dir = "SOUTH";
    }
}

我考虑过使用整数而不是字符串，但不太确定我应该怎么做。感谢您提供任何帮助或提示。

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编辑：现在我改变了一些。我创建了一个有变量的 Ant 类

int x, int y, Direction dir

并使用以下方法运行它：

private void runAnt(Ant ant) {
    int x = ant.getX();
    int y = ant.getY();

    // Check rule 1
    if (matrix[x][y] == true) {
        matrix[x][y] = false;
        w.setDot(x, y, Color.WHITE);
        ant.setDirection(ant.getDirection().right());

    // Check rule 2
    } else if (matrix[x][y] == false) {
        matrix[x][y] = true;
        w.setDot(x, y, Color.BLACK);
        ant.setDirection(ant.getDirection().left());
    }

    // Moves one unit forward according to direction.
    if (ant.getDirection().equals(Direction.N)) {
        ant.setY((ant.getY() - 1 + wSize) % wSize);

    } else if (ant.getDirection().equals(Direction.E)) {
        ant.setX((ant.getX() + 1) % wSize);

    } else if (ant.getDirection().equals(Direction.S)) {
        ant.setY((ant.getY() + 1) % wSize);

    } else if (ant.getDirection().equals(Direction.W)) {
        ant.setX((ant.getX() - 1 + wSize) % wSize);
    }
}

还有我的第一个枚举：

public static enum Direction {
    N, E, S, W;
    private static Direction[] vals = values();

    public Direction right() {
        return vals[(this.ordinal() + 1) % vals.length];
    }

    public Direction left() {
        return vals[(this.ordinal() + vals.length - 1) % vals.length];
    }
}

Answer 1

将枚举与next() 和prev() 函数结合使用，如in this answer 所述。然后右转只是一个next() 呼叫，左转是一个prev() 呼叫。

Answer 2

当您在 Java 中使用 == 比较 Strings 时，您不会得到预期的结果。请改用equals 方法。

我会考虑为NORTH、SOUTH、EAST 和WEST 定义一个enum。

Answer 3

为每个方向分配一个int（顺时针方向）：

NORTH = 0;
EAST = 1;
SOUTH = 2;
WEST = 3;

左赋值为-1；正确为 1：

LEFT = -1;
RIGHT = 1;

然后你可以有一个简单的函数来改变方向：

private void turn(int leftOrRight){
    dir = (dir + leftOrRight) % 4;
}

这是假设您出于某种原因不想使用enums。

Answer 4

考虑使用enum 而不是NORTH、SOUTH 等的字符串字面值。

枚举是类型安全的，因此如果您不小心输入了SUOTH 而不是SOUTH，编译器会发出警告。此外，enum 实例可以安全地与== 进行比较（除了一些涉及序列化的奇怪边缘情况）。您现在使用== 而不是equals 比较字符串的方式可能会导致一些潜在问题，具体取决于dir 和leftOrRight 的来源。 Take a look at this answer for an explanation of == vs equals on strings.

switch 构造都支持字符串、枚举和整数，因此您也可以考虑使用它来代替 if/else 分支，以使代码更简洁。

Answer 5

如果您的方向存储为 dx,dy 位移，例如 {0, -1} 然后左右转就是：

1. 交换 dx dy

后跟：

2a。 dx=-dx，或

2b。 dy=-dy

（左右转）

没有case语句，所以简单高效。只需 x+=dx, y+=dy 向前移动 - 并使用所示的交换/否定技巧来旋转。

为什么不必要地把事情复杂化：/

Answer 6

我觉得这里有一个优雅的解决方案，即使用位掩码。如果你这样做，那么你所有的转弯操作都可以用简单的位操作来完成。这里有一个关于使用位掩码的非常棒的教程： http://www.vipan.com/htdocs/bitwisehelp.html

例如，如果您将方向表示为一个 4 位数字并将转向表示为一个简单的布尔值，那么您可以在一个 if/else 语句中完成所有这些操作：

if (leftOrRight == 0){
    //right shift one bit
}
else if (leftOrRight == 1){
    //left shift one bit
}

或者，您可以让左/右指示器为 1 或 -1，并且每次转弯时都由您的指示器左移。

Answer 7

我会使用枚举。如：

enum Directions {
    NORTH, 
    SOUTH, 
    EAST, 
    WEST
}

如果您使用 Java 6，您也可以使用开关。

哦，还有，永远不要比较 String 和 ==。使用equals。见原因here。