在Java的2D字符数组中搜索“气泡”

Question

我正在处理Go Game项目中的问题。

我有一个棋盘（goban），以2D字符数组表示。 在进行下一步操作之前，我想检查数组中的“气泡”。 Bubble应该是4个连接的相同字符区域，在4个方向上被另一组特定的相同字符包围。 如果存在此“气泡”，则应将其替换为其他字符。 但是可能会有更多区域，但并非所有区域都被封闭。 例如，我有这个板子：

      1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12 13
   -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  - 
 A |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 B |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 C |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 D |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 E |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 F |  +  +  O  O  O  O  +  +  +  +  +  +  +  | 
 G |  +  O  X  X  X  X  O  +  +  +  +  +  +  | 
 H |  +  +  O  O  X  X  O  +  +  +  +  +  +  | 
 I |  +  +  +  +  O  X  X  O  +  +  +  +  +  | 
 J |  +  +  +  +  O  X  O  +  +  +  +  +  +  | 
 K |  +  +  +  +  +  O  +  +  +  +  +  +  +  | 
 L |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
 M |  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  | 
   -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  - 

我想找到X的气泡，将其计数并用'Z'代替。

我已经在Google上搜索了，我认为某些Connected-component标签算法或FloodFill可以完成这项工作，但我不确定如何实现它。 这是解决问题的方法还是较简单的方法？ 谢谢

编辑：我试图找到一些模式，可以找到特定角色的区域并计算其自由度，但是当位置多层时，它总是失败。 更改数据结构可能是解决方案，但如果可能的话，我想照现在做。

我目前的解决方案是：

public void solve(){
if (boardContainsEnclosedAreas(goban, onMovePlayerStone, oppositePlayerStone){
    onMovePlayerScore += countElementsInAreaAndReplaceThem(onMovePlayerStone, 'Z');  
}
}

public boolean boardContainsEnclosedAreas(char[][] playingBoard, char searchedChar, char surroundingChar){
// this method should find the bubble in the playingBoard array
}

public int countElementsInAreaAndReplaceThem(char searchedChar, char replacingChar){
// the method should go through the bubble and replace all inner chars 
// returns amount of replaced chars
}

Answer 1

您可以使用递归方法（实际上是使用FloodFill理论）来做到这一点。

基本上，遍历整个网格，每次找到一个X时，将其替换为Z及其4个邻居（如果适用）。 但是诀窍是：与其再次替换它们而不必每次都循环，不如再次调用相同的（调用）方法来执行此操作。 递归将完成其余的工作。

这是它的（快速完成的）伪代码版本：（假定网格的索引从0到xmax，从0到ymax）

int numberOfBubbles = 0;

for (x = 0 to xmax) {
    for (y = 0 to ymax) {
       if (getCharAt(x, y) == "X") { // this if is needed because you want to count the bubbles. If not, you could just do handleBubble(x, y);
           numberOfBubbles++;
           handleBubble(x, y);
       }
    }
}

// Recursive method
void handleBubble(int x, int y) {
    if (getCharAt(x, y) != "X") {
        return; // exit condition
    }

    getCharAt(x, y) = "Z";    
    if (x > 0) handleBubble(x-1, y);
    if (x < xmax) handleBubble(x+1, y);
    if (y > 0) handleBubble(x, y-1);
    if (y < ymax) handleBubble(x, y+1);
}

据我所知，这是解决此问题的唯一方法 ，无论泡沫形状如何怪异，该方法都有效。 复杂度也不错。

这可以进一步优化，因为它当前检查显然不再包含X的字符（因为它们刚刚被Z取代）。 这留给读者练习：)

（注意： 扫雷游戏以及其他基于该解决方案的游戏）

Answer 2

这是我用于类似图像分析需求的一种算法（伪代码）：

regions = Collection<Set<Point>>
foreach (Point p : allBoardLocations)
  if (charAtLocation(p) != 'X') continue
  foundInRegion = false
  for (Set<Point> s : regions)
    if (s.contains(p))
      foundInRegion=true
      break;
  if (!foundInRegion)
    newRegion = new Set<Point>()
    stack = new Stack<Point>()
    stack.push(p)
    while (!stack.empty())
      foreach (Point n : neighboringPoints(stack.pop()))
        if (charAtLocation(n) == 'X')
          if (!newRegion.contains(n))
            newRegion.add(n);
            stack.push(n);

基本上，您维护一组点的集合，其中每个点代表板上的连续点的“泡沫”。 扫描板上的每个位置，如果它是“ X”并且尚未存在于某个区域中，则创建一个新区域和一个包含该位置的堆栈，并且当堆栈中有任何项目时，请访问其邻居以寻找未访问的“ X” ，将它们添加到新区域并按发现的顺序堆叠。

最后，您将拥有一组点集，每个点集代表一个“气泡”。