Scala 并行处理括号平衡器

在本文中，我们将介绍如何使用Scala来创建一个并行处理括号平衡的程序。括号平衡器是一个用于检查字符串中括号是否匹配的重要工具。例如，在字符串”((()))”中，括号是平衡的，而在字符串”((())”中，括号是不平衡的。

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什么是括号平衡器？

括号平衡器是一个用于检查字符串中括号是否匹配的工具。它通过遍历字符串的每个字符，并使用栈来跟踪括号的开闭。如果所有的括号都正确匹配并平衡，则返回true；否则，返回false。

串行括号平衡器

首先，让我们来看看如何创建一个串行的括号平衡器。我们将使用逐个遍历字符的方式实现。

def balance(chars: List[Char]): Boolean = {
  def loop(chars: List[Char], count: Int): Boolean = {
    if (chars.isEmpty) count == 0
    else if (chars.head == '(') loop(chars.tail, count + 1)
    else if (chars.head == ')') count > 0 && loop(chars.tail, count - 1)
    else loop(chars.tail, count)
  }

  loop(chars, 0)
}

在上述代码中，我们使用了一个内部的loop函数来递归地遍历字符列表。在遍历过程中，我们使用了一个计数器count来记录当前括号的情况。如果遇到开括号，我们将计数器加1；如果遇到闭括号，我们将计数器减1。如果在遍历完所有字符后，计数器为0，则表示括号是平衡的。

并行括号平衡器

串行的括号平衡器虽然能够正常工作，但在处理大型字符串时，速度和效率可能会受到限制。为了提高性能，我们可以使用并行处理来加速括号匹配过程。

在Scala中，我们可以使用parallel方法将操作并行化。我们可以将字符串拆分成多个子字符串，并对每个子字符串进行括号平衡处理。然后，我们可以将结果合并以获得最终的平衡结果。

def parallelBalance(chars: List[Char]): Boolean = {
  def traverse(from: Int, until: Int, count: Int): (Int, Int) = {
    var i = from
    var leftCount = 0
    var rightCount = 0

    while (i < until) {
      if (chars(i) == '(') leftCount += 1
      else if (chars(i) == ')') {
        if (leftCount == 0) rightCount += 1
        else leftCount -= 1
      }
      i += 1
    }

    (leftCount, rightCount)
  }

  def reduce(from: Int, until: Int, leftCount: Int, rightCount: Int): (Int, Int) = {
    if (from == until) (leftCount, rightCount)
    else {
      val middle = (from + until) / 2
      val ((leftCount1, rightCount1), (leftCount2, rightCount2)) = parallel(reduce(from, middle, leftCount, rightCount), reduce(middle, until, leftCount, rightCount))
      (leftCount1 - rightCount2 + leftCount2, rightCount1 - leftCount2 + rightCount2)
    }
  }

  val (leftCount, rightCount) = reduce(0, chars.length, 0, 0)
  leftCount == 0 && rightCount == 0
}

在上述代码中，我们使用了两个辅助函数traverse和reduce来进行并行处理。traverse函数负责遍历子字符串并计算括号的情况（左括号和右括号的数量），而reduce函数则负责将结果合并。

性能比较

为了比较串行和并行括号平衡器的性能，我们可以使用一些测试用例来进行测试。例如，我们可以测试处理长度为1000的字符串的平衡器速度。

val testString = "("*500 + ")"*500

val startTime = System.nanoTime()
val result = balance(testString.toList)
val endTime = System.nanoTime()

val serialTime = endTime - startTime

val parallelStartTime = System.nanoTime()
val parallelResult = parallelBalance(testString.toList)
val parallelEndTime = System.nanoTime()

val parallelTime = parallelEndTime - parallelStartTime

println(s"Serial result:  $result, Time:$ serialTime nanoseconds")
println(s"Parallel result:  $parallelResult, Time:$ parallelTime nanoseconds")

通过运行以上代码，我们可以得到串行和并行括号平衡器的结果和执行时间。通常情况下，并行括号平衡器会比串行括号平衡器更快。