編程農場——入坑遊玩第一天

《編程農場——入坑遊玩第一天》是近期博客園技術區的好帖，信息密度大。下面分段講清它的核心內容，看到結尾你就知道該怎麼做了。

背景 編程農場又史低了，這個遊戲在我願望清單裏面待挺久了，因爲價格和其他原因，我一直沒有購買，於是趁着steam編程遊戲節，我直接買下了這款有意思的遊戲。 遊戲玩法 在購買這款遊戲前，我就對這個遊戲有所耳聞，這個遊戲就是通過編寫代碼，驅動一個無人機實行自動化收割、種植等功能，而這種自動化生產鏈遊戲，遊戲的趣味就在於，通過自己的方式，最大化產線生成效率。

背景 編程農場又史低了，這個遊戲在我願望清單裏面待挺久了，因爲價格和其他原因，我一直沒有購買，於是趁着steam編程遊戲節，我直接買下了這款有意思的遊戲。 遊戲玩法 在購買這款遊戲前，我就對這個遊戲有所耳聞，這個遊戲就是通過編寫代碼，驅動一個無人機實行自動化收割、種植等功能，而這種自動化生產鏈遊戲，遊戲的趣味就在於，通過自己的方式，最大化產線生成效率。 初期思路 這種最大化產線效率顯然可以通過編程的方式完成，我們可以寫一個程序完成這件事 第一次玩，還沒有解鎖太多作物，我想着先生產基礎的資源，把初期要用到的東西都解鎖了，並且防止後面基礎資源短缺，於是，我想這先生產乾草、木材和胡蘿蔔，我們需要將這三者的單位時間產量最大化，同時可以保證收支平衡，因爲種植胡蘿蔔需要消耗其他兩種作物，我的第一個簡單粗暴的想法就是，枚舉所有作物分佈，同時對任意作物分佈找到最優效率路徑，但是在實現的過程中，我偷偷計算了一下複雜度，發現哪怕我進行了簡化的操作，可能的作物分佈依舊達到了可怕的 \(3^{n^2}\) ，這意味着使用暴力，會直接爆炸，同時，從複雜度，也可以看出這是一個np難問題，因此我們要採用一些啓發性的方法來求最優解,對於啓發式算法，我最擅長的就是模擬退火了，於是我就想使用SA來解決這個問題，模擬退火需要一個清晰的,對於最優解的評估方法，我們所求的最優解是三個產物的產出效率最高,但是因爲這個狀態考慮起來過於複雜，於是我在開始時想着，因爲無人機飛行消耗時間較小，能不能先不考慮飛行的時序，只考慮圖中有多少數量的不同作物，即每種作物各佔多少格,這樣可以大幅減少目標函數的構造難度，我直接統計了田中不同種類作物的數量，然後計算出他們單位時間產出作物數量並求和，但是我在完成之後，發現，如果不考慮無人機的飛行時間和順序的話，所需要計算的部分全部都是簡單的線性計算，那麼我們其實可以直接通過線性規劃的方式求出其最優解，但是因爲寫都寫了，刪除重構是不可能的，於是我決定先將假的SA寫好，然後再把目標函數粘貼到另一個副本里面，然後再在已經完成的SA基礎上，把目標函數改成考慮時序和移動的做法。

背景 編程農場又史低了，這個遊戲在我願望清單裏面待挺久了，因爲價格和其他原因，我一直沒有購買，於是趁着steam編程遊戲節，我直接買下了這款有意思的遊戲。 遊戲玩法 在購買這款遊戲前，我就對這個遊戲有所耳聞，這個遊戲就是通過編寫代碼，驅動一個無人機實行自動化收割、種植等功能，而這種自動化生產鏈遊戲，遊戲的趣味就在於，通過自己的方式，最大化產線生成效率。 初期思路 這種最大化產線效率顯然可以通過編程的方式完成，我們可以寫一個程序完成這件事 第一次玩，還沒有解鎖太多作物，我想着先生產基礎的資源，把初期要用到的東西都解鎖了，並且防止後面基礎資源短缺，於是，我想這先生產乾草、木材和胡蘿蔔，我們需要將這三者的單位時間產量最大化，同時可以保證收支平衡，因爲種植胡蘿蔔需要消耗其他兩種作物，我的第一個簡單粗暴的想法就是，枚舉所有作物分佈，同時對任意作物分佈找到最優效率路徑，但是在實現的過程中，我偷偷計算了一下複雜度，發現哪怕我進行了簡化的操作，可能的作物分佈依舊達到了可怕的 \(3^{n^2}\) ，這意味着使用暴力，會直接爆炸，同時，從複雜度，也可以看出這是一個np難問題，因此我們要採用一些啓發性的方法來求最優解,對於啓發式算法，我最擅長的就是模擬退火了，於是我就想使用SA來解決這個問題，模擬退火需要一個清晰的,對於最優解的評估方法，我們所求的最優解是三個產物的產出效率最高,但是因爲這個狀態考慮起來過於複雜，於是我在開始時想着，因爲無人機飛行消耗時間較小，能不能先不考慮飛行的時序，只考慮圖中有多少數量的不同作物，即每種作物各佔多少格,這樣可以大幅減少目標函數的構造難度，我直接統計了田中不同種類作物的數量，然後計算出他們單位時間產出作物數量並求和，但是我在完成之後，發現，如果不考慮無人機的飛行時間和順序的話，所需要計算的部分全部都是簡單的線性計算，那麼我們其實可以直接通過線性規劃的方式求出其最優解，但是因爲寫都寫了，刪除重構是不可能的，於是我決定先將假的SA寫好，然後再把目標函數粘貼到另一個副本里面，然後再在已經完成的SA基礎上，把目標函數改成考慮時序和移動的做法。 第一版代碼 [代碼示例略] 顯然在僅考慮不同種類作物數量的情況下，這一方法不是最優的，應該採用線性規劃的方式求解最優解。

背景 編程農場又史低了，這個遊戲在我願望清單裏面待挺久了，因爲價格和其他原因，我一直沒有購買，於是趁着steam編程遊戲節，我直接買下了這款有意思的遊戲。 遊戲玩法 在購買這款遊戲前，我就對這個遊戲有所耳聞，這個遊戲就是通過編寫代碼，驅動一個無人機實行自動化收割、種植等功能，而這種自動化生產鏈遊戲，遊戲的趣味就在於，通過自己的方式，最大化產線生成效率。 初期思路 這種最大化產線效率顯然可以通過編程的方式完成，我們可以寫一個程序完成這件事 第一次玩，還沒有解鎖太多作物，我想着先生產基礎的資源，把初期要用到的東西都解鎖了，並且防止後面基礎資源短缺，於是，我想這先生產乾草、木材和胡蘿蔔，我們需要將這三者的單位時間產量最大化，同時可以保證收支平衡，因爲種植胡蘿蔔需要消耗其他兩種作物，我的第一個簡單粗暴的想法就是，枚舉所有作物分佈，同時對任意作物分佈找到最優效率路徑，但是在實現的過程中，我偷偷計算了一下複雜度，發現哪怕我進行了簡化的操作，可能的作物分佈依舊達到了可怕的 \(3^{n^2}\) ，這意味着使用暴力，會直接爆炸，同時，從複雜度，也可以看出這是一個np難問題，因此我們要採用一些啓發性的方法來求最優解,對於啓發式算法，我最擅長的就是模擬退火了，於是我就想使用SA來解決這個問題，模擬退火需要一個清晰的,對於最優解的評估方法，我們所求的最優解是三個產物的產出效率最高,但是因爲這個狀態考慮起來過於複雜，於是我在開始時想着，因爲無人機飛行消耗時間較小，能不能先不考慮飛行的時序，只考慮圖中有多少數量的不同作物，即每種作物各佔多少格,這樣可以大幅減少目標函數的構造難度，我直接統計了田中不同種類作物的數量，然後計算出他們單位時間產出作物數量並求和，但是我在完成之後，發現，如果不考慮無人機的飛行時間和順序的話，所需要計算的部分全部都是簡單的線性計算，那麼我們其實可以直接通過線性規劃的方式求出其最優解，但是因爲寫都寫了，刪除重構是不可能的，於是我決定先將假的SA寫好，然後再把目標函數粘貼到另一個副本里面，然後再在已經完成的SA基礎上，把目標函數改成考慮時序和移動的做法。 第一版代碼 [代碼示例略] 顯然在僅考慮不同種類作物數量的情況下，這一方法不是最優的，應該採用線性規劃的方式求解最優解。 第二版代碼-基於線性規劃 [代碼示例略] 這樣我們就得到了基於線性規劃的最優解求解代碼了，不過這個遊戲裏面，有一個因素也影響着效率，只不過之前簡化時忽略了而已，這個因素就是無人機移動消耗的時間、無人機操作的時間還有時序問題，這個因素其實在遊戲中是比較重要的，因爲只有一架無人機，移動操作時消耗的時間確實會很多，而如果導入了這個因素，那麼這版線性規劃的代碼就難以解決了。

背景 編程農場又史低了，這個遊戲在我願望清單裏面待挺久了，因爲價格和其他原因，我一直沒有購買，於是趁着steam編程遊戲節，我直接買下了這款有意思的遊戲。 遊戲玩法 在購買這款遊戲前，我就對這個遊戲有所耳聞，這個遊戲就是通過編寫代碼，驅動一個無人機實行自動化收割、種植等功能，而這種自動化生產鏈遊戲，遊戲的趣味就在於，通過自己的方式，最大化產線生成效率。 初期思路 這種最大化產線效率顯然可以通過編程的方式完成，我們可以寫一個程序完成這件事 第一次玩，還沒有解鎖太多作物，我想着先生產基礎的資源，把初期要用到的東西都解鎖了，並且防止後面基礎資源短缺，於是，我想這先生產乾草、木材和胡蘿蔔，我們需要將這三者的單位時間產量最大化，同時可以保證收支平衡，因爲種植胡蘿蔔需要消耗其他兩種作物，我的第一個簡單粗暴的想法就是，枚舉所有作物分佈，同時對任意作物分佈找到最優效率路徑，但是在實現的過程中，我偷偷計算了一下複雜度，發現哪怕我進行了簡化的操作，可能的作物分佈依舊達到了可怕的 \(3^{n^2}\) ，這意味着使用暴力，會直接爆炸，同時，從複雜度，也可以看出這是一個np難問題，因此我們要採用一些啓發性的方法來求最優解,對於啓發式算法，我最擅長的就是模擬退火了，於是我就想使用SA來解決這個問題，模擬退火需要一個清晰的,對於最優解的評估方法，我們所求的最優解是三個產物的產出效率最高,但是因爲這個狀態考慮起來過於複雜，於是我在開始時想着，因爲無人機飛行消耗時間較小，能不能先不考慮飛行的時序，只考慮圖中有多少數量的不同作物，即每種作物各佔多少格,這樣可以大幅減少目標函數的構造難度，我直接統計了田中不同種類作物的數量，然後計算出他們單位時間產出作物數量並求和，但是我在完成之後，發現，如果不考慮無人機的飛行時間和順序的話，所需要計算的部分全部都是簡單的線性計算，那麼我們其實可以直接通過線性規劃的方式求出其最優解，但是因爲寫都寫了，刪除重構是不可能的，於是我決定先將假的SA寫好，然後再把目標函數粘貼到另一個副本里面，然後再在已經完成的SA基礎上，把目標函數改成考慮時序和移動的做法。 第一版代碼 [代碼示例略] 顯然在僅考慮不同種類作物數量的情況下，這一方法不是最優的，應該採用線性規劃的方式求解最優解。 第二版代碼-基於線性規劃 [代碼示例略] 這樣我們就得到了基於線性規劃的最優解求解代碼了，不過這個遊戲裏面，有一個因素也影響着效率，只不過之前簡化時忽略了而已，這個因素就是無人機移動消耗的時間、無人機操作的時間還有時序問題，這個因素其實在遊戲中是比較重要的，因爲只有一架無人機，移動操作時消耗的時間確實會很多，而如果導入了這個因素，那麼這版線性規劃的代碼就難以解決了。 第三版代碼-添加移動以及時序處理功能的SA 爲了解決之前提到的問題，我們又回到了啓發性算法上，我們需要重新設計一下SA的目標函數，讓他能夠處理時序問題，我們可以注意到，無人機對於每個操作的時間是固定的，並且我們只有一臺無人機，因此我們可以通過離散化的方式處理時序問題，由於一下子就考慮時序的優化過於困難，我們可以先假定無人機按照固定週期遍歷全圖，累加全局時間，逐格判斷成熟並執行操作，最後統計淨產出。

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