scala中函数式编程的性能

Question

我正在使用以下东西作为学习函数式编程和 scala 的一种方式，我来自 python 背景。

case class Point(x: Int, y:Int)
object Operation extends Enumeration {
  type Operation = Value
  val TurnOn, TurnOff, Toggle = Value
}

object Status extends Enumeration {
  type Status = Value
  val On, Off = Value
}

val inputs: List[String]
def parseInputs(s: String): (Point, Point, Operation)

想法是我们有一个光矩阵（Point），每个Point 可以是On 或Off，如Status 中所述。 我的输入是一系列命令，询问TurnOn、TurnOff 或Toggle 从一个Point 到另一个Point 的所有灯（使用两个点定义的矩形区域是左下角和上角-右上角）。

我原来的解决方案是这样的：

type LightStatus = mutable.Map[Point, Status]
val lightStatus = mutable.Map[Point, Status]()

def updateStatus(p1: Point, p2: Point, op: Operation): Unit = {
  (p1, p2) match {
    case (Point(x1, y1), Point(x2, y2)) =>
      for (x <- x1 to x2)
        for (y <- y1 to y2) {
          val p = Point(x, y)
          val currentStatus = lightStatus.getOrElse(p, Off)
          (op, currentStatus) match {
            case (TurnOn, _) => lightStatus.update(p, On)
            case (TurnOff, _) => lightStatus.update(p, Off)
            case (Toggle, On) => lightStatus.update(p, Off)
            case (Toggle, Off) => lightStatus.update(p, On)
          }
        }
  }
}

for ((p1, p2, op) <- inputs.map(parseInputs)) {
  updateStatus(p1, p2, op)
}

现在我有lightStatus 作为地图来描述整个矩阵的结束状态。这可行，但对我来说似乎功能较少，因为我使用的是可变 Map 而不是不可变对象，所以我尝试将其重新考虑为更实用的方式，我最终得到了这个：

inputs.flatMap(s => parseInputs(s) match {
  case (Point(x1, y1), Point(x2, y2), op) =>
    for (x <- x1 to x2;
         y <- y1 to y2)
    yield (Point(x, y), op)
}).foldLeft(Map[Point, Status]())((m, item) => {
  item match {
    case (p, op) =>
      val currentStatus = m.getOrElse(p, Off)
      (op, currentStatus) match {
        case (TurnOn, _) => m.updated(p, On)
        case (TurnOff, _) => m.updated(p, Off)
        case (Toggle, On) => m.updated(p, Off)
        case (Toggle, Off) => m.updated(p, On)
      }
  }
})

我有几个关于这个过程的问题：

1. 在我看来，我的第二个版本不像第一个版本那样简洁明了，我不确定这是因为我对函数式编程不太熟悉，还是我只是编写了糟糕的函数式代码。
2. 有没有办法简化第二部分的语法？尤其是foldLeft 部分中的(m, item) => ??? 函数？像(m, (point, operation)) => ??? 这样的东西给了我语法错误
3. 第二段代码的运行时间要长得多，这让我有点吃惊，因为这两个代码本质上是在做同样的事情，因为我没有太多的 Java 背景，不知道是什么导致了性能问题?

非常感谢！

Answer 1

从函数式编程的角度来看，您的代码受到以下事实的影响...

1. lightStatus 映射“保持状态”，因此需要突变。
2. 大“区域”状态变化 == 大量数据更新。

如果您可以将每个灯光状态接受为 Boolean 值，那么这里的设计不需要突变，即使在非常大的区域内也能快速更新状态。

case class Point(x: Int, y:Int)

class LightGrid private (status: Point => Boolean) {
  def apply(p: Point): Boolean = status(p)

  private def isWithin(p:Point, ll:Point, ur:Point) =
    ll.x <= p.x && ll.y <= p.y && p.x <= ur.x && p.y <= ur.y

  //each light op returns a new LightGrid
  def turnOn(lowerLeft: Point, upperRight: Point): LightGrid =
    new LightGrid(point =>
      isWithin(point, lowerLeft, upperRight) || status(point))

  def turnOff(lowerLeft: Point, upperRight: Point): LightGrid =
    new LightGrid(point =>
      !isWithin(point, lowerLeft, upperRight) && status(point))

  def toggle(lowerLeft: Point, upperRight: Point): LightGrid =
    new LightGrid(point =>
      isWithin(point, lowerLeft, upperRight) ^ status(point))
}
object LightGrid {  //the public constructor
  def apply(): LightGrid = new LightGrid(_ => false)
}

用法：

val ON  = true
val OFF = false
val lg = LightGrid().turnOn(Point(2,2), Point(11,11)) //easy numbers
                    .turnOff(Point(8,8), Point(10,10))
                    .toggle(Point(1,1), Point(9,9))
lg(Point(1,1))    //ON
lg(Point(7,7))    //OFF
lg(Point(8,8))    //ON
lg(Point(9,9))    //ON
lg(Point(10,10))  //OFF
lg(Point(11,11))  //ON
lg(Point(12,12))  //OFF