色彩空間的編程
假設有這麼一個問題，一個油氣田公司的報表，想表示在過去的一年裏，十二個月中每個月的原油產量和天然氣產量的趨勢是什麼樣的，怎麼用一個簡單的圖表表示？大家可能會立刻想到，把每個月的產量在圖表上標一個點，然後把這些點連起來，就成了趨勢線，原油產量連成一條線，天然氣產量連成另一條線。那麼如何區分哪條線是原油，哪條線是天然氣呢，答案也是很容易想到的，就是用紅顏色的線表示原油，藍顏色的線表示天然氣。或者說紅顏色的線表示原油，綠顏色的線表示天然氣。到目前爲止，用戶和程序員想的都是一樣的。
這時候，用戶說了，我想用黃色的線表示原油，用紫色的線表示天然氣，行不行？程序員稍稍遲疑了一下，行是行，只不過不如紅、綠、藍三種顏色來得方便。有一點色彩方面知識的人都知道，紅、綠、藍這三種顏色是最純淨的三種色，非常悅眼，稱爲三原色，其它的顏色都是由這幾種顏色混和成的。從程序員的角度來看，產生所有顏色只要用RGB(r, g, b)這個函數就行，這裏r、g、b這三個參數表示這三種色的量，最大爲255，最小爲0，比如想產生紅色，只要用RGB(255,0,0)就行了，同理，綠色就是RGB(0,255,0),藍色就是RGB(0,0,255),那麼黃色是怎麼出來的呢，本人在過去很長一段時間內都不知道，直到會用RGB函數以後才試出來的，是RGB(255,255,0),也就是紅色和綠色一混合就出來了。同樣紫色也是，得試很多次才能試出來，當然，色彩學得比較好的不用試也知道。這就是前面的用戶說要畫黃色線和紫色線時程序員比較遲疑的原因，畢竟不是三原色之一，還得試出來。
在程序員糾結畫什麼顏色好時，用戶又說了，我想把成品油的產量也加上去，顏色隨你定。程序員這才放心了，三條線正好使用三原色，正合適。當程序員正想準備實施編碼時，用戶又想起什麼事來，對程序員說，慢着！你能不能把成品油分類，像重油、輕油之類的，還有石蠟這樣的副產品也加上去。程序員稍稍想了一下，數了數：原油、天然氣、成品油、重油、輕油、石蠟。共6種，三原色佔去三種、三原色中兩兩混合又是三種，也還合適。這時候用戶跑去喝咖啡去了，臨走時對程序員說：你先假設幾個數，把圖表畫出來看看效果。程序員則繼續編碼，不一會兒，圖表出來了，圖表中的線條花花綠綠的非常好看，連程序員自己都很陶醉，等用戶過來檢查成果。
用戶喝完咖啡過來了，看着五顏色六色的圖表也覺得很不錯，他忽然想起了一個問題，又對程序員說，效果很不錯，嗯......不過，我想把成品油再細分一下，不要重油、輕油了，加上汽油、煤油、柴油、石蠟和瀝青，天然氣......也細分一下吧，甲烷和乙炔，先暫時分這兩種，以後可能分得更細......噢，要不然把所有的這些成分做在界面上，可以選擇的，我選哪個，就畫哪個，全選上就全都畫......用戶喝了咖啡，好像補充了能量，一下子想出了很多需求，滔滔不絕地向程序員表述了出來。程序員一開始還頻頻點頭，一邊點頭一邊說行、沒問題之類的，到最後，卻陷入了沉思之中。
我想大家都猜到了程序員在想什麼，如果只是規定好了要畫幾條線，哪怕是再多的線也沒問題，大不了一種顏色一種顏色地試，我們可以在Windows帶的畫圖板中一種一種地試，哪種顏色好看就用哪個，只要任何兩種顏色之間不重複就行。當用戶說完最後一條需求，程序員糾結了。因爲顏色不能再定死了，用戶選擇了幾種，程序員就得畫上幾條線，線條的數量都是不固定的，程序員怎麼能再試完再畫呢？
這就出現了這麼一個問題，如何生成指定數量的不同的顏色，另外加一個要求，顏色要儘量好看。也就是說生成的顏色要符合兩個要求，首要是區分開，其次是好看。
程序員起先是這麼想的，把RGB三原色的量分成幾份，每次加一份。比如要畫條8條不同的線，那麼，就把255分成8份，第一條線是RGB(0,0,0)，第二條線是RGB(255/8,255/8,255/8),這裏面的三個參數都要取整。第三條線就是（255*2/8,255*2/8,255*2/8)，以此類推。這樣實現起來是相當簡單，可實現效果呢，等程序員一畫出來，就傻眼了，畫出來的線既不符合第一種要求，也不符合第二條要求。第一條是黑色的，後面的依次灰度下降，全都是灰灰的線條，完全沒有一點美感可言，而且相鄰的兩條線幾乎分不出來，這個算法完全失敗了。
程序員在第一種算法的基礎上，吸取教訓，產生了第二種算法，第二種算法是這樣的，比如要生成9種線，那麼在色彩的每一個分量上都分別累加，前三個色彩在紅色分量上區分，如第一種顏色爲RGB(255/3,0,0),第二種：RGB(255*2/3,0,0),第三種(255,0,0),中間三種色彩在綠色分量上區分，後三種色彩在藍色分量上區分。這種算法在結果上與前一種算法相比有了長足的進步，相比之下美觀多了，而且在量小的情況下也容易互相區分出來。但其缺點也是明顯的，只有三種基本顏色，全靠其灰度來區分，當數量稍大時，兩種顏色很容易辨別不出來。
以上兩種算法犯的毛病有一個共同點就是沒有充分利用色彩空間。何爲色彩空間？就是將三個原色作爲三個座標軸，形成的一個正立方體，由此可見，原點的顏色爲RGB(0,0,0),即爲黑色，而與原點相對的那個點的顏色爲RGB(255,255,255),即爲白色。第一種算法產生的顏色都集中在從黑到白的這條直線上，自然就都是灰色的了。第二種算法都集中在三個座標軸上，所以可選擇的顏色相當侷促。那麼我們最終要做的就是充分利用這個色彩空間。
程序員經過長久的思考，想出了以下的方法，爲了簡單起見，不排除產生灰色的線，但要排除白色，因爲在圖表上顯示出不出來，對於給定的數，把這個數均勻地分配到色彩空間中，比如對於9這個數，我們把紅色分爲2份，這就能產生3個不同的量，0,255/2,255,把綠色分爲一份，可以產生2個不同的量，0和255，把藍色分爲一份，可以產生2個不同的量，0和255,把這其中的每一種做組合，就會產生12種組合（3*2*2),再去掉白色，還有11種，最後兩種放棄不用，完全可行。這樣，我們就充分利用了色彩空間。
有人問了，你這紅色分2份，綠色分1份，藍色分1份，這份數是怎麼出來的？這個問題正是算法最關鍵的地方，如何均分色彩空間。我們力求均勻，也就是我們儘量讓每個分量分的份數一樣，比如都分2份，但是份數一樣也會產生浪費，比如產生9種顏色，每個分量都分一份,產生2*2*2種顏色，不夠，都分兩份，就會產生3*3*3種顏色，產生27種，大部分用不着，太浪費了。於是我們把每個分量一點一點地往上加，比如都分一份不行，那麼把其中一個分量加1，也就是紅色分成2份，這下就夠了。如何找到這剛好不夠用的每份都分爲1份呢，那就只好對所要求的顏色數量進行開立方，比如9開立方就是2點幾，再取整，就是2，2的話就是分成一份，3的話就是分成2份，以此類推。我們在均分顏色空間時，就從這個開立方取整的數開始找，第一個分量加1看看夠不夠，不夠再把第二個分量加1，最差不過把三個分量都加1。
上面的這個算法是要花費一番工夫來編碼實現的，不過相對於實現之後的成就感，這點辛苦就不值得一提了。任何一個成功的算法都是經過反覆試算觀察結果最終得到的，改進不合理的算法，形成自己的思路，進而實現效果更好的算法，不正是程序員的工作職責所在嗎？爲工作中的小成就而喜悅，爲生活中的小樂趣而快樂，正是人生的一大美事。
