Самый быстрый способ определить, содержит ли 2D-массив элемент?

Если массив не отсортирован каким-то образом, я не вижу, как что-то будет быстрее, чем проверка каждого значения с помощью двух операторов. Если он отсортирован, вы можете использовать двоичный поиск.

Изменить: Если вам нужно сделать это несколько раз, ваш подход будет зависеть от данных. Если целые числа в пределах этого массива вмещают только до 256, вы можете иметь логический массив этой длины и проходить через значения в ваших данных, переворачивая биты внутри булевого массива. Если целые числа могут быть выше, вы можете использовать HashSet. Первый вызов вашей функции будет немного медленным, потому что он должен будет индексировать данные. Но последующими вызовами были бы O (1).

Edit1:

Это будет индексировать данные в первом прогоне, при этом сравнительный анализ обнаружил, что Contains занимает 0 миллисекунд для запуска после первого запуска, 13 для индексации. Если бы у меня было больше времени, я мог бы использовать многопоточность и вернуть результат, асинхронно продолжать индексирование при первом вызове. Кроме того, поскольку массивы являются ссылочными типами, изменение значения данных, переданных до или после его индексации, обеспечит странную функциональность, так что это всего лишь образец и должен быть реорганизован до использования.

private class DataContainer
{
    private readonly int[,] _data;
    private HashSet<int> _index;

    public DataContainer(int[,] data)
    {
        _data = data;
    }

    public bool Contains(int value)
    {

        if (_index == null)
        {
            _index = new HashSet<int>();
            for (int i = 0; i < _data.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < _data.GetLength(1); j++)
                {
                    _index.Add(_data[i, j]);
                }
            }
        }
        return _index.Contains(value);
    }
}