Perchè è l'inserimento nel mio albero più veloce in ingresso ordinato di input casuali?
https://stackoverflow.com/questions/2437733
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19-09-2019 - |
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Ora ho sempre sentito alberi binari di ricerca sono più veloci per costruire a partire dai dati selezionati in modo casuale di dati ordinati, semplicemente perché i dati ordinato richiede riequilibrio esplicito per mantenere l'altezza dell'albero al minimo.
Recentemente ho implementato un treap , un particolare tipo di albero binario di ricerca che utilizza la randomizzazione a mantenersi relativamente equilibrata. Al contrario di quello che mi aspettavo, ho scoperto che posso sempre costruire un Treap circa 2 volte più veloce e in generale più equilibrata dai dati ordinati rispetto a dati non ordinato -. E non ho idea del perché
Ecco la mia implementazione treap:
Ed ecco un programma di test:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Diagnostics;
namespace ConsoleApplication1
{
class Program
{
static Random rnd = new Random();
const int ITERATION_COUNT = 20;
static void Main(string[] args)
{
List<double> rndTimes = new List<double>();
List<double> orderedTimes = new List<double>();
rndTimes.Add(TimeIt(50, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(100, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(200, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(400, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(800, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(1000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(2000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(4000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(8000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(16000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(32000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(64000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(128000, RandomInsert));
string rndTimesAsString = string.Join("\n", rndTimes.Select(x => x.ToString()).ToArray());
orderedTimes.Add(TimeIt(50, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(100, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(200, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(400, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(800, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(1000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(2000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(4000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(8000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(16000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(32000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(64000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(128000, OrderedInsert));
string orderedTimesAsString = string.Join("\n", orderedTimes.Select(x => x.ToString()).ToArray());
Console.WriteLine("Done");
}
static double TimeIt(int insertCount, Action<int> f)
{
Console.WriteLine("TimeIt({0}, {1})", insertCount, f.Method.Name);
List<double> times = new List<double>();
for (int i = 0; i < ITERATION_COUNT; i++)
{
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
f(insertCount);
sw.Stop();
times.Add(sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
}
return times.Average();
}
static void RandomInsert(int insertCount)
{
Treap<double> tree = new Treap<double>((x, y) => x.CompareTo(y));
for (int i = 0; i < insertCount; i++)
{
tree = tree.Insert(rnd.NextDouble());
}
}
static void OrderedInsert(int insertCount)
{
Treap<double> tree = new Treap<double>((x, y) => x.CompareTo(y));
for(int i = 0; i < insertCount; i++)
{
tree = tree.Insert(i + rnd.NextDouble());
}
}
}
}
E qui è un grafico di confronto tempi di inserzione casuali e ordinati in millisecondi:
Insertions Random Ordered RandomTime / OrderedTime
50 1.031665 0.261585 3.94
100 0.544345 1.377155 0.4
200 1.268320 0.734570 1.73
400 2.765555 1.639150 1.69
800 6.089700 3.558350 1.71
1000 7.855150 4.704190 1.67
2000 17.852000 12.554065 1.42
4000 40.157340 22.474445 1.79
8000 88.375430 48.364265 1.83
16000 197.524000 109.082200 1.81
32000 459.277050 238.154405 1.93
64000 1055.508875 512.020310 2.06
128000 2481.694230 1107.980425 2.24
Non vedo nulla nel codice che fa ingresso ordinato asintoticamente più veloce di ingresso non ordinato, quindi sono in perdita per spiegare la differenza.
Perché è così molto più veloce per costruire una Treap dall'ingresso ordinato di input casuali?
Soluzione
alberi auto-bilanciamento esistono per fix i problemi legati dati non casualmente distribuiti. Per definizione, che il commercio via un po 'della performance migliore dei casi per migliorare notevolmente le prestazioni nel caso peggiore associato con BST non equilibrate, in particolare quella di input ordinato.
Si sta effettivamente overthinking questo problema, perché più lento inserimento dei dati casuali vs. ordinato di dati è una caratteristica di qualsiasi albero bilanciato. Provatelo su un AVL e vedrete gli stessi risultati.
Cameron avuto l'idea giusta, rimuovendo il controllo prioritario per forzare il caso peggiore. Se lo si fa e strumento il vostro albero in modo da poter vedere come molti riequilibra stanno accadendo per ogni inserto, diventa in realtà molto evidente quello che sta succedendo. Quando si inseriscono dati ordinati, l'albero gira sempre a sinistra e figlio destro della radice è sempre vuoto. Inserimento risulta sempre esattamente un riequilibrio perché il nodo di inserimento ha figli e non si verifica alcun ricorsione. D'altra parte, quando lo si esegue sui dati casuali, quasi subito si inizia a vedere più riequilibra accadendo su ogni inserto, come molti come 5 o 6 di loro nel caso più piccolo (50 inserti), in quanto sta accadendo su sottostrutture come bene.
Con la priorità checking riaccesa, non solo sono riequilibra tipicamente meno costoso a causa di più nodi di essere spinti nel sottoalbero di sinistra (dove non vengono mai fuori perché non inserimenti avvengono lì), ma sono anche meno probabile che si verifichi. Perché? Perché nel treap, nodi ad alta priorità a galla, e le costanti di sinistra-rotazioni (non accompagnate da destra-rotazioni) iniziano a spingere tutti i nodi ad alta priorità nel sottoalbero sinistro pure. Il risultato è che riequilibra accada meno frequentemente a causa della distribuzione non uniforme della probabilità.
Se il codice strumento di riequilibrio vedrete che questo è vero; sia per l'input ordinato e casuali, si finisce con i numeri quasi identiche di-rotazioni a sinistra, ma l'ingresso casuale dà anche lo stesso numero di rotazioni a destra-, che rende per il doppio in tutto. Questo non dovrebbe sorprendere - ingresso gaussiana dovrebbe tradursi in una distribuzione gaussiana di rotazioni. Potrai anche vedere che ci sono solo circa il 60-70% come molti di alto livello riequilibra per l'ingresso ordinato, che forse è sorprendente, e ancora una volta, questo è dovuto al input ordinato scherzi con la natura distribuzione di priorità.
Si può anche verificare questo controllando l'albero pieno alla fine di un ciclo di inserimento. Con l'ingresso casuale, priorità tendono a diminuire piuttosto linearmente dal livello; con l'ingresso ordinato, le priorità tendono a rimanere molto alto fino ad arrivare a uno o due livelli dal basso.
Spero di aver fatto un lavoro decente spiegare questo ... fatemi sapere se niente di tutto ciò è troppo vago.
Altri suggerimenti
ho eseguito il codice, e penso che abbia a che fare con il numero di giri. Durante l'immissione ordinata, il numero di rotazioni sono ottimali, e l'albero dovrà mai ruotare avanti.
Durante casuale di ingresso dell'albero dovrà eseguire più rotazioni, perché può essere necessario ruotare avanti e indietro.
Per trovare davvero fuori, avrei dovuto aggiungere i contatori per il numero di rotazioni a destra ea sinistra per ogni corsa. Probabilmente si può farlo da soli.
UPDATE:
ho messo i punti di interruzione su rotateleft e rotateright. Durante rotateright ingresso ordinato non viene mai utilizzato. Durante l'ingresso a caso, entrambi sono colpiti, e mi sembra che essi siano utilizzati più frequentemente.
UPDATE 2:
Ho aggiunto un po 'di uscita al 50 articolo corsa ordinata (sostituendo con numeri interi per chiarezza), per saperne di più:
TimeIt(50, OrderedInsert)
LastValue = 0, Top.Value = 0, Right.Count = 0, Left.Count = 0
RotateLeft @value=0
LastValue = 1, Top.Value = 1, Right.Count = 0, Left.Count = 1
LastValue = 2, Top.Value = 1, Right.Count = 1, Left.Count = 1
LastValue = 3, Top.Value = 1, Right.Count = 2, Left.Count = 1
RotateLeft @value=3
RotateLeft @value=2
RotateLeft @value=1
LastValue = 4, Top.Value = 4, Right.Count = 0, Left.Count = 4
LastValue = 5, Top.Value = 4, Right.Count = 1, Left.Count = 4
LastValue = 6, Top.Value = 4, Right.Count = 2, Left.Count = 4
RotateLeft @value=6
LastValue = 7, Top.Value = 4, Right.Count = 3, Left.Count = 4
LastValue = 8, Top.Value = 4, Right.Count = 4, Left.Count = 4
RotateLeft @value=8
RotateLeft @value=7
LastValue = 9, Top.Value = 4, Right.Count = 5, Left.Count = 4
LastValue = 10, Top.Value = 4, Right.Count = 6, Left.Count = 4
RotateLeft @value=10
RotateLeft @value=9
RotateLeft @value=5
RotateLeft @value=4
LastValue = 11, Top.Value = 11, Right.Count = 0, Left.Count = 11
LastValue = 12, Top.Value = 11, Right.Count = 1, Left.Count = 11
RotateLeft @value=12
LastValue = 13, Top.Value = 11, Right.Count = 2, Left.Count = 11
RotateLeft @value=13
LastValue = 14, Top.Value = 11, Right.Count = 3, Left.Count = 11
LastValue = 15, Top.Value = 11, Right.Count = 4, Left.Count = 11
RotateLeft @value=15
RotateLeft @value=14
LastValue = 16, Top.Value = 11, Right.Count = 5, Left.Count = 11
LastValue = 17, Top.Value = 11, Right.Count = 6, Left.Count = 11
RotateLeft @value=17
LastValue = 18, Top.Value = 11, Right.Count = 7, Left.Count = 11
LastValue = 19, Top.Value = 11, Right.Count = 8, Left.Count = 11
RotateLeft @value=19
LastValue = 20, Top.Value = 11, Right.Count = 9, Left.Count = 11
LastValue = 21, Top.Value = 11, Right.Count = 10, Left.Count = 11
RotateLeft @value=21
LastValue = 22, Top.Value = 11, Right.Count = 11, Left.Count = 11
RotateLeft @value=22
RotateLeft @value=20
RotateLeft @value=18
LastValue = 23, Top.Value = 11, Right.Count = 12, Left.Count = 11
LastValue = 24, Top.Value = 11, Right.Count = 13, Left.Count = 11
LastValue = 25, Top.Value = 11, Right.Count = 14, Left.Count = 11
RotateLeft @value=25
RotateLeft @value=24
LastValue = 26, Top.Value = 11, Right.Count = 15, Left.Count = 11
LastValue = 27, Top.Value = 11, Right.Count = 16, Left.Count = 11
RotateLeft @value=27
LastValue = 28, Top.Value = 11, Right.Count = 17, Left.Count = 11
RotateLeft @value=28
RotateLeft @value=26
RotateLeft @value=23
RotateLeft @value=16
RotateLeft @value=11
LastValue = 29, Top.Value = 29, Right.Count = 0, Left.Count = 29
LastValue = 30, Top.Value = 29, Right.Count = 1, Left.Count = 29
LastValue = 31, Top.Value = 29, Right.Count = 2, Left.Count = 29
LastValue = 32, Top.Value = 29, Right.Count = 3, Left.Count = 29
RotateLeft @value=32
RotateLeft @value=31
LastValue = 33, Top.Value = 29, Right.Count = 4, Left.Count = 29
RotateLeft @value=33
RotateLeft @value=30
LastValue = 34, Top.Value = 29, Right.Count = 5, Left.Count = 29
RotateLeft @value=34
LastValue = 35, Top.Value = 29, Right.Count = 6, Left.Count = 29
LastValue = 36, Top.Value = 29, Right.Count = 7, Left.Count = 29
LastValue = 37, Top.Value = 29, Right.Count = 8, Left.Count = 29
RotateLeft @value=37
LastValue = 38, Top.Value = 29, Right.Count = 9, Left.Count = 29
LastValue = 39, Top.Value = 29, Right.Count = 10, Left.Count = 29
RotateLeft @value=39
LastValue = 40, Top.Value = 29, Right.Count = 11, Left.Count = 29
RotateLeft @value=40
RotateLeft @value=38
RotateLeft @value=36
LastValue = 41, Top.Value = 29, Right.Count = 12, Left.Count = 29
LastValue = 42, Top.Value = 29, Right.Count = 13, Left.Count = 29
RotateLeft @value=42
LastValue = 43, Top.Value = 29, Right.Count = 14, Left.Count = 29
LastValue = 44, Top.Value = 29, Right.Count = 15, Left.Count = 29
RotateLeft @value=44
LastValue = 45, Top.Value = 29, Right.Count = 16, Left.Count = 29
LastValue = 46, Top.Value = 29, Right.Count = 17, Left.Count = 29
RotateLeft @value=46
RotateLeft @value=45
LastValue = 47, Top.Value = 29, Right.Count = 18, Left.Count = 29
LastValue = 48, Top.Value = 29, Right.Count = 19, Left.Count = 29
LastValue = 49, Top.Value = 29, Right.Count = 20, Left.Count = 29
Gli articoli ordinati sempre viene aggiunto al lato destro della struttura, in modo naturale. Quando il lato destro diventa più grande di quello sinistro, un rotateleft accade. Rotateright non accade mai. Un nuovo nodo superiore è selezionato o meno ogni volta che l'albero raddoppia. La casualità dei nervosismo valore di priorità un po ', così va 0, 1, 4, 11, 29 in questa esecuzione.
Una corsa casuale rivela qualcosa di interessante:
TimeIt(50, RandomInsert)
LastValue = 0,748661640914465, Top.Value = 0,748661640914465, Right.Count = 0, Left.Count = 0
LastValue = 0,669427539533669, Top.Value = 0,748661640914465, Right.Count = 0, Left.Count = 1
RotateRight @value=0,669427539533669
LastValue = 0,318363281115127, Top.Value = 0,748661640914465, Right.Count = 0, Left.Count = 2
RotateRight @value=0,669427539533669
LastValue = 0,33133987678743, Top.Value = 0,748661640914465, Right.Count = 0, Left.Count = 3
RotateLeft @value=0,748661640914465
LastValue = 0,955126694382693, Top.Value = 0,955126694382693, Right.Count = 0, Left.Count = 4
RotateRight @value=0,669427539533669
RotateLeft @value=0,33133987678743
RotateLeft @value=0,318363281115127
RotateRight @value=0,748661640914465
RotateRight @value=0,955126694382693
LastValue = 0,641024029180884, Top.Value = 0,641024029180884, Right.Count = 3, Left.Count = 2
LastValue = 0,20709771951991, Top.Value = 0,641024029180884, Right.Count = 3, Left.Count = 3
LastValue = 0,830862050331599, Top.Value = 0,641024029180884, Right.Count = 4, Left.Count = 3
RotateRight @value=0,20709771951991
RotateRight @value=0,318363281115127
LastValue = 0,203250563798123, Top.Value = 0,641024029180884, Right.Count = 4, Left.Count = 4
RotateLeft @value=0,669427539533669
RotateRight @value=0,748661640914465
RotateRight @value=0,955126694382693
LastValue = 0,701743399585478, Top.Value = 0,641024029180884, Right.Count = 5, Left.Count = 4
RotateLeft @value=0,669427539533669
RotateRight @value=0,701743399585478
RotateLeft @value=0,641024029180884
LastValue = 0,675667521858433, Top.Value = 0,675667521858433, Right.Count = 4, Left.Count = 6
RotateLeft @value=0,33133987678743
RotateLeft @value=0,318363281115127
RotateLeft @value=0,203250563798123
LastValue = 0,531275219531392, Top.Value = 0,675667521858433, Right.Count = 4, Left.Count = 7
RotateRight @value=0,748661640914465
RotateRight @value=0,955126694382693
RotateLeft @value=0,701743399585478
LastValue = 0,704049674190604, Top.Value = 0,675667521858433, Right.Count = 5, Left.Count = 7
RotateRight @value=0,203250563798123
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
LastValue = 0,161392807104342, Top.Value = 0,161392807104342, Right.Count = 13, Left.Count = 0
RotateRight @value=0,203250563798123
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
RotateLeft @value=0,161392807104342
LastValue = 0,167598206162266, Top.Value = 0,167598206162266, Right.Count = 13, Left.Count = 1
LastValue = 0,154996359793002, Top.Value = 0,167598206162266, Right.Count = 13, Left.Count = 2
RotateLeft @value=0,33133987678743
LastValue = 0,431767346538495, Top.Value = 0,167598206162266, Right.Count = 14, Left.Count = 2
RotateRight @value=0,203250563798123
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
RotateLeft @value=0,167598206162266
LastValue = 0,173774613614089, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 14, Left.Count = 3
RotateRight @value=0,830862050331599
LastValue = 0,76559642412029, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 15, Left.Count = 3
RotateRight @value=0,76559642412029
RotateLeft @value=0,748661640914465
RotateRight @value=0,955126694382693
RotateLeft @value=0,704049674190604
RotateLeft @value=0,675667521858433
LastValue = 0,75742144871383, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 16, Left.Count = 3
LastValue = 0,346844367844446, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 17, Left.Count = 3
RotateRight @value=0,830862050331599
LastValue = 0,787565814232251, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 18, Left.Count = 3
LastValue = 0,734950566540915, Top.Value = 0,173774613614089, Right.Count = 19, Left.Count = 3
RotateLeft @value=0,20709771951991
RotateRight @value=0,318363281115127
RotateLeft @value=0,203250563798123
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
RotateRight @value=0,75742144871383
RotateLeft @value=0,173774613614089
LastValue = 0,236504829598826, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 17, Left.Count = 6
RotateLeft @value=0,830862050331599
RotateLeft @value=0,787565814232251
RotateLeft @value=0,76559642412029
RotateRight @value=0,955126694382693
LastValue = 0,895606500048007, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 18, Left.Count = 6
LastValue = 0,599106418713511, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 19, Left.Count = 6
LastValue = 0,8182332901369, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 20, Left.Count = 6
RotateRight @value=0,734950566540915
LastValue = 0,704216948572647, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 21, Left.Count = 6
RotateLeft @value=0,346844367844446
RotateLeft @value=0,33133987678743
RotateRight @value=0,431767346538495
RotateLeft @value=0,318363281115127
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
RotateRight @value=0,75742144871383
LastValue = 0,379157059536854, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 22, Left.Count = 6
RotateLeft @value=0,431767346538495
LastValue = 0,46832062046431, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 23, Left.Count = 6
RotateRight @value=0,154996359793002
LastValue = 0,0999000217299443, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 23, Left.Count = 7
RotateLeft @value=0,20709771951991
LastValue = 0,229543754006524, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 23, Left.Count = 8
RotateRight @value=0,8182332901369
LastValue = 0,80358425984326, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 24, Left.Count = 8
RotateRight @value=0,318363281115127
LastValue = 0,259324726769386, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 25, Left.Count = 8
RotateRight @value=0,318363281115127
LastValue = 0,307835293145774, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 26, Left.Count = 8
RotateLeft @value=0,431767346538495
LastValue = 0,453910283024381, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 27, Left.Count = 8
RotateLeft @value=0,830862050331599
LastValue = 0,868997387527021, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 28, Left.Count = 8
RotateLeft @value=0,20709771951991
RotateRight @value=0,229543754006524
RotateLeft @value=0,203250563798123
LastValue = 0,218358597354199, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 28, Left.Count = 9
RotateRight @value=0,0999000217299443
RotateRight @value=0,161392807104342
LastValue = 0,0642934488431986, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 28, Left.Count = 10
RotateRight @value=0,154996359793002
RotateLeft @value=0,0999000217299443
LastValue = 0,148295871982489, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 28, Left.Count = 11
LastValue = 0,217621828065078, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 28, Left.Count = 12
RotateRight @value=0,599106418713511
LastValue = 0,553135806020878, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 29, Left.Count = 12
LastValue = 0,982277666210326, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 30, Left.Count = 12
RotateRight @value=0,8182332901369
LastValue = 0,803671114520948, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 31, Left.Count = 12
RotateRight @value=0,203250563798123
RotateRight @value=0,218358597354199
LastValue = 0,19310415405459, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 31, Left.Count = 13
LastValue = 0,0133136604043253, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 31, Left.Count = 14
RotateLeft @value=0,46832062046431
RotateRight @value=0,531275219531392
RotateRight @value=0,641024029180884
RotateRight @value=0,675667521858433
RotateRight @value=0,75742144871383
LastValue = 0,483394719419719, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 32, Left.Count = 14
RotateLeft @value=0,431767346538495
RotateRight @value=0,453910283024381
LastValue = 0,453370328738061, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 33, Left.Count = 14
LastValue = 0,762330518459124, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 34, Left.Count = 14
LastValue = 0,699010426969738, Top.Value = 0,236504829598826, Right.Count = 35, Left.Count = 14
Rotazioni non accadono tanto perché l'albero è sbilanciato, ma a causa delle priorità, che sono selezionati in modo casuale. Per esempio otteniamo 4 rotazioni al 13 inserimento. Abbiamo un albero bilanciato a 5/7 (che va bene), ma arriva a 13/0! Sembrerebbe che l'uso di priorità casuali merita ulteriori indagini. In ogni caso, è evidente che gli inserti casuali causare molte più rotazioni, rispetto agli inserti ordinati.
ho aggiunto il calcolo della deviazione standard, e cambiato il test per l'esecuzione alla massima priorità (per ridurre il rumore il più possibile). Questo sono i risultati:
Random Ordered
0,2835 (stddev 0,9946) 0,0891 (stddev 0,2372)
0,1230 (stddev 0,0086) 0,0780 (stddev 0,0031)
0,2498 (stddev 0,0662) 0,1694 (stddev 0,0145)
0,5136 (stddev 0,0441) 0,3550 (stddev 0,0658)
1,1704 (stddev 0,1072) 0,6632 (stddev 0,0856)
1,4672 (stddev 0,1090) 0,8343 (stddev 0,1047)
3,3330 (stddev 0,2041) 1,9272 (stddev 0,3456)
7,9822 (stddev 0,3906) 3,7871 (stddev 0,1459)
18,4300 (stddev 0,6112) 10,3233 (stddev 2,0247)
44,9500 (stddev 2,2935) 22,3870 (stddev 1,7157)
110,5275 (stddev 3,7129) 49,4085 (stddev 2,9595)
275,4345 (stddev 10,7154) 107,8442 (stddev 8,6200)
667,7310 (stddev 20,0729) 242,9779 (stddev 14,4033)
Ho ho fatto funzionare un profiler di campionamento ed ecco i risultati (numero di volte che il programma è stato in questo metodo):
Method Random Ordered
HeapifyRight() 1.95 5.33
get_IsEmpty() 3.16 5.49
Make() 3.28 4.92
Insert() 16.01 14.45
HeapifyLeft() 2.20 0.00
Conclusione: il caso ha un abbastanza ragionevole distribuzione tra la rotazione a destra ea sinistra, mentre l'hanno ordinato mai ruota sinistra
.Ecco il mio programma migliorato "punto di riferimento":
static void Main(string[] args)
{
Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;
Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.RealTime;
List<String> rndTimes = new List<String>();
List<String> orderedTimes = new List<String>();
rndTimes.Add(TimeIt(50, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(100, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(200, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(400, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(800, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(1000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(2000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(4000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(8000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(16000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(32000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(64000, RandomInsert));
rndTimes.Add(TimeIt(128000, RandomInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(50, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(100, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(200, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(400, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(800, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(1000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(2000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(4000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(8000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(16000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(32000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(64000, OrderedInsert));
orderedTimes.Add(TimeIt(128000, OrderedInsert));
var result = string.Join("\n", (from s in rndTimes
join s2 in orderedTimes
on rndTimes.IndexOf(s) equals orderedTimes.IndexOf(s2)
select String.Format("{0} \t\t {1}", s, s2)).ToArray());
Console.WriteLine(result);
Console.WriteLine("Done");
Console.ReadLine();
}
static double StandardDeviation(List<double> doubleList)
{
double average = doubleList.Average();
double sumOfDerivation = 0;
foreach (double value in doubleList)
{
sumOfDerivation += (value) * (value);
}
double sumOfDerivationAverage = sumOfDerivation / doubleList.Count;
return Math.Sqrt(sumOfDerivationAverage - (average * average));
}
static String TimeIt(int insertCount, Action<int> f)
{
Console.WriteLine("TimeIt({0}, {1})", insertCount, f.Method.Name);
List<double> times = new List<double>();
for (int i = 0; i < ITERATION_COUNT; i++)
{
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
f(insertCount);
sw.Stop();
times.Add(sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
}
return String.Format("{0:f4} (stddev {1:f4})", times.Average(), StandardDeviation(times));
}
Sì, è il numero di rotazioni che sta causando il tempo supplementare. Ecco quello che ho fatto:
- Rimuovere le linee di controllo prioritario
HeapifyLefteHeapifyRightcosì rotazioni sono sempre fatto. - Aggiunto un
Console.WriteLinedopo il caso inRotateLefteRotateRight. - Aggiunto un
Console.WriteLinenella parteIsEmptydel metodoInsertper vedere ciò che è stato inserito. - Ran il test una volta con 5 valori ciascuna.
Output:
TimeIt(5, RandomInsert)
Inserting 0.593302943554382
Inserting 0.348900582338171
RotateRight
Inserting 0.75496212381635
RotateLeft
RotateLeft
Inserting 0.438848891499848
RotateRight
RotateLeft
RotateRight
Inserting 0.357057290783644
RotateLeft
RotateRight
TimeIt(5, OrderedInsert)
Inserting 0.150707998383189
Inserting 1.58281302712057
RotateLeft
Inserting 2.23192588297274
RotateLeft
Inserting 3.30518679009061
RotateLeft
Inserting 4.32788012657682
RotateLeft
Risultato: 2 volte il numero di rotazioni su dati casuali
.Si sta vedendo solo una differenza di circa 2x. A meno che non hai sintonizzati di botte fuori da questo codice, che è fondamentalmente nel rumore. La maggior parte dei programmi ben scritti, soprattutto quelli che coinvolgono la struttura dei dati, può facilmente avere più margine di miglioramento rispetto a quello. Ecco un esempio.
Ho appena eseguito il codice e ha preso un paio di stackshots. Ecco quello che ho visto:
a caso di inserimento:
1 Insert:64 -> HeapifyLeft:81 -> RotateRight:150
1 Insert:64 -> Make:43 ->Treap:35
1 Insert:68 -> Make:43
Inserisci ordinato:
1 Insert:61
1 OrderedInsert:224
1 Insert:68 -> Make:43
1 Insert:68 -> HeapifyRight:90 -> RotateLeft:107
1 Insert:68
1 Insert:68 -> Insert:55 -> IsEmpty.get:51
Questo è un grazioso piccolo numero di campioni, ma suggerisce nel caso di input casuali che rendono (linea 43) sta consumando una frazione maggiore di tempo. Cioè questo codice:
private Treap<T> Make(Treap<T> left, T value, Treap<T> right, int priority)
{
return new Treap<T>(Comparer, left, value, right, priority);
}
Allora ho preso 20 stackshots del codice a caso Inserisci per avere una migliore idea di quello che stava facendo:
1 Insert:61
4 Insert:64
3 Insert:68
2 Insert:68 -> Make:43
1 Insert:64 -> Make:43
1 Insert:68 -> Insert:57 -> Make:48 -> Make:43
2 Insert:68 -> Insert:55
1 Insert:64 -> Insert:55
1 Insert:64 -> HeapifyLeft:81 -> RotateRight:150
1 Insert:64 -> Make:43 -> Treap:35
1 Insert:68 -> HeapifyRight:90 -> RotateLeft:107 -> IsEmpty.get:51
1 Insert:68 -> HeapifyRight:88
1 Insert:61 -> AnonymousMethod:214
Questo rivela alcune informazioni.
Il 25% del tempo è trascorso in linea di make: 43 o suoi callees
.
Il 15% del tempo è trascorso in quella linea, non in una routine riconosciuta, in altre parole, in new fare un nuovo nodo.
90% del tempo viene speso in linee Inserire: 64 e 68 (che chiamano marca e heapify
.
10% del tempo è trascorso in RotateLeft e Destra.
Il 15% del tempo è trascorso in heapify o dei suoi callees.
Ho fatto anche una discreta quantità di single-stepping (a livello di sorgente), ed è venuto il sospetto che, dal momento che l'albero è immutabile, spende un sacco di tempo a fare nuovi nodi perché non vuole cambiare quelli vecchi. Poi i vecchi sono rifiuti raccolti perché nessuno si riferisce a loro più.
Questo ha avuto modo di essere inefficiente.
Sto ancora non rispondendo alla domanda del perché l'inserimento di numeri ordinata è più veloce di numeri generati in modo casuale, ma in realtà non mi sorprende, perché l'albero è immutabile.
Non credo che ci si può aspettare qualsiasi ragionamento prestazioni di algoritmi di alberi di riportare facilmente agli alberi immutabili, perché il minimo cambiamento profondo nella struttura induce a essere ricostruito sulla via del ritorno fuori, ad un costo elevato in new -ing e garbage collection.
@Guge è giusto. Tuttavia, v'è un po 'più piccolo ad esso. Non sto dicendo che è il fattore più importante in questo caso -. Tuttavia è lì ed è difficile fare nulla al riguardo
Per un ingresso ordinato, le ricerche probabile toccare i nodi che sono caldi nella cache. (Questo è vero in generale per alberi bilanciati come alberi AVL, alberi rosso-neri, B-alberi, ecc.)
Dal inserti iniziano con una ricerca, questo ha un effetto sulla inserimento / cancellazione delle prestazioni pure.
Anche in questo caso, non sto sostenendo che è il fattore più significativo in ogni e tutti i casi. E 'lì, comunque, e probabilmente porterà a ingressi ordinati essere sempre più veloce di quelli casuali in queste strutture di dati.
Aaronaught ha fatto un lavoro veramente decente spiegare questo.
Per questi due casi particolari, trovo più facile da afferrare in termini di lunghezze percorso di inserimento.
Per input casuali, il percorso di inserimento scende a una delle foglie e la lunghezza del percorso - così il numero di rotazioni -. Sono delimitate dalla altezza dell'albero
Nel caso ordinato, si cammina sul colonna vertebrale destra del treap e il limite è la lunghezza della colonna vertebrale, che è inferiore o uguale al l'altezza.
Dal momento che si ruota nodi lungo il percorso di inserimento e il vostro percorso di inserimento è la colonna vertebrale in questo caso, queste rotazioni sarà sempre accorciare la colonna vertebrale (che si tradurrà in un percorso di inserimento più breve al prossimo inserimento, dal momento che il percorso di inserimento è solo il colonna vertebrale ecc.)
Modifica:. Per il caso casuale corsa ad innesto è 1,75x più
Prova questo:. Database su treap
