红石电路性能评价的若干基本方面

作者：nenn（贴吧id：正正正正正好）

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红石电路各方面性能的重要性在本讨论范围中并不分先后，但应用时需要根据实际要求对不同的方面给出不同的权重，最后我们也以此来选择最佳的电路方案。

• 电路体积和布线压缩度

电路体积的衡量方法多种多样。很常见的是使用规则体积Vr来进行描述，也就是根据电路在三个方向上的最大跨度来衡量电路体积。另一种常用的是填充体积Vf，也就是电路的总方块数，除去空气以外的所有方块都会计算在内。还有一种不常见的是电路的骨骼体积Vs，也就是只把所有非透明方块以及其上方放置有红石元件的透明方块纳入统计。

由于部分红石元件必须依附其他方块，因此会出现这样的情况：一类电路的最下层没有任何红石或者机械元件，而另一类的则有。显而易见，前一种电路的最底层可以换成任何非透明方块或者其上方可以放置红石元件的透明方块，而后者却不行。但按照前面我们的统计方式，他们却有着相同的体积。为了区分这两种电路，我们将第一种电路认定为最底层半高，也就是0.5格高。而后者为最底层全高，也就是1格高。当然，这种说法并不计入Vr、Vf和Vs的计算，而是作为另一个附加的标签对电路加以备注。

为什么我们需要花这么多力气来统计电路的体积呢，而且还是使用不同的方式来统计呢？那是因为，通过这些数据，我们可以直接比较电路的压缩程度Cc以及红石元件的耗材程度Cm。通过理解意义，我们可以简单地定义Cc=Vf/Vr，其表示的是作为电路的方块占据电路占据空间的比例。0<=Cc<=1表现的正是电路的压缩程度，其值越大表示其电路越压缩。而Cm=Vs/Vf则体现了红石元件在电路中的比例，0<=Cm<=1其值越大，红石元件越少。
值得注意的是，Cc并不能完整体现方案设计者的压缩水平，而只能体现出布线水平。因为机械电路的压缩包括机械框架的选择、时序优化和布线优化。

电路体积和布线压缩度

• 电路响应速度

直观地说，就是一个电路的运行快慢。对于输入的信号，电路需要多久才能完成预定的操作，这也是衡量电路性能的一个重要指标。因此，我们简单地用从输入信号到电路完成一系列操作所需要的红时刻来描述电路的响应。一些电路可能处于双稳态甚至可能存在更多的稳定状态，而从一个状态切换到另一个状态都会有相应的响应来描述。因此n个状态如果可以随意互相切换的话，我们就需要n!个响应来描述电路完整的相应性能。显然随着n变大，这种方式变得不可行。这时候，我们只需要使用其中最慢的响应来描述这个电路就可以了。

• 电路的时序复杂度

对于一些没有时序逻辑的电路，比如并行加法器单元，毫无疑问，他们的时序复杂度为1。但是，对于活塞门这类机械，时序复杂度就是衡量其电路难度的有效指标之一。一个电路从一个状态切换到另一个状态的时序复杂度可以简单定义为该过程中作用于所有机械上的边沿信号数量之和St。这种定义方法，有效地避免了由于电路结构简单重复而造成电路“复杂化”的不合理。通过时序复杂度，我们可以很容易地指出，一些活塞门比另一些的动作复杂，或者是同样功能的两个电路，这个比另一个时序上更优化。

• 电路的决策复杂度

简单来说，就是描述一个电路够不够聪明，能处理多少种不同情况。例如四位的BCD加法器，就能处理1+1到9999+9999之间任意的情况。而活塞门可能只能处理个别的状态，比如拉杆拉下和拉杆拉上。所以电路的决策复杂度其实描述的是，一个电路能够对多少种不同的输入情况做出相应的反应，能够进行反应的情况数量Sd即为该电路的决策复杂度。

• 电路的稳定性

一些电路在反复的使用过程中，有一定可能性会出现故障。如果在n次电路的正常使用过程中出现m次故障，那么故障频率fe=m/n。由大数定理，当n趋近于无穷大时，故障频率fe趋近于故障概率pe。故障概率pe是描述电路稳定性的一个有效指标。

• 电路的鲁棒性

鲁棒性描述的是电路在并非遭受外界破坏的情况下，接受到非正常信号后系统抵御崩溃无法自动重置（只能人工修理）的能力。电路的实际应用中，由于使用者可能对电路并不熟悉，容易造成误操作，因此电路的鲁棒性对于公用电路就显得至关重要。可以自动重置将极大地减少电路维护的物资和人力成本，并保证电路的正常作用不会受到很大影响。鲁棒性的绝对量化不仅困难，也是意义不大的。我们只需要知道，电路在接受到可能的输入信号下能不能保证自身系统不发生崩溃无法自动重置即可。无法做到系统不发生崩溃的电路，鲁棒性均不达标。

• 电路的可扩展性

可扩展性描述的是一个电路可以通过简单重复自己已有的单元或者部分结构从而增强自己功能的能力。可扩展性最好的电路即为带有可堆叠部分的电路，带有通式的电路次之，而没有能力直接扩展的电路，我们称其为特化电路。可扩展性强的电路，其优势在于，电路的思维成本较少，可以达到一通百通的效果，但缺点也很明显，就是限制思维，而且往往电路的其他性能不够优秀。可扩展性往往不需要量化来描述。