为什么递归MergeSort比迭代MergeSort更快？

Question

我刚刚实现了这两种算法,当我绘制结果时我很惊讶!递归实现显然比迭代实现快.之后,我添加了插入排序和两者,结果是一样的.

在讲座中,我们使用看到递归在迭代中比在因子计算中慢,但在这里似乎并非如此.我很确定我的代码是正确的.这种行为的言论是什么？看起来java(10)在递归模式下自动实现多线程,因为当我显示小动画时,插入排序与合并操作并行工作.

如果这些代码不足以理解这里是我的github:Github

EDIT RELOADED 如评论中所述,我应该比较类似的东西,所以现在合并方法在迭代和递归中是相同的.

private void merge(ArrayToSort<T> array, T[] sub_array,
                   int min, int mid, int max) {
    //we make a copy of the array.
    if (max + 1 - min >= 0) System.arraycopy(array.array, min, sub_array, min, max + 1 - min);

    int i = min, j = mid + 1;

    for (var k = min; k <= max; k++) {

        if (i > mid) {
            array.array[k] = sub_array[j++];
        } else if (j > max) {
            array.array[k] = sub_array[i++];
        } else if (sub_array[j].compareTo(sub_array[i]) < 0) {
            array.array[k] = sub_array[j++];
        } else {
            array.array[k] = sub_array[i++];
        }
    }
}

递归排序:

public void Sort(ArrayToSort<T> array) {
    T sub[] = (T[]) new Comparable[array.Length];
    sort(array, sub, 0, array.Length - 1);
}

private InsertionSort<T> insertionSort = new InsertionSort<>();
private void sort(ArrayToSort<T> array, T[] sub_array, int min, int max) {
    if (max <= min) return;
    if (max <= min + 8 - 1) {
        insertionSort.Sort(array, min, max);
        return;
    }
    var mid = min + (max - min) / 2;
    sort(array, sub_array, min, mid);
    sort(array, sub_array, mid + 1, max);
    merge(array, sub_array, min, mid, max);

}

迭代排序:

private InsertionSort<T> insertionSort = new InsertionSort<>();
public void Sort(ArrayToSort<T> array) {

    int length = array.Length;
    int maxIndex = length - 1;

    T temp[] = (T[]) new Comparable[length];

    for (int i = 0; i < maxIndex; i += 8) {
        insertionSort.Sort(array, i, Integer.min(i + 8 - 1, maxIndex));
    }

    System.arraycopy(array.array, 0, temp, 0, length);

    for (int m = 8; m <= maxIndex; m = 2 * m) {
        for (int i = 0; i < maxIndex; i += 2 * m) {

            merge(array, temp, i, i + m - 1,
                    Integer.min(i + 2 * m - 1, maxIndex));
        }
    }
}

在新的情节中,我们可以看到现在的差异是成比例的(非业余的).如果有人有更多想法...非常感谢:)
新的*新情节

这是我的(老师的一个事实)方法绘制:

for (int i = 0; i < nbSteps; i++) {
    int N = startingCount + countIncrement * i;
    for (ISortingAlgorithm<Integer> algo : algorithms) {

        long time = 0;
        for (int j = 0; j < folds; j++) {
            ArrayToSort<Integer> toSort = new ArrayToSort<>(
                    ArrayToSort.CreateRandomIntegerArray(N, Integer.MAX_VALUE, (int) System.nanoTime())
            );
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            algo.Sort(toSort);
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            time += (endTime - startTime);
            assert toSort.isSorted();
        }
        stringBuilder.append(N + ", " + (time / folds) + ", " + algo.Name() + "\n");
        System.out.println(N + ", " + (time / folds) + ", " + algo.Name());
    }

}

Answer 1

我认为我没有答案，因为我没有尝试你的代码。我给你一些想法：

a) CPU有L1缓存和指令预取。当所有排序完成后，递归版本可能具有更好的引用局部性，并且在弹出所有帧时通过一堆合并完成（出于其他 cpu 优化原因）

b) 同时，JIT 编译器对递归做了疯狂的事情，特别是由于尾递归和内联。我建议您尝试不使用 JIT 编译器，只是为了好玩。还可能想尝试更改 JIT 编译的阈值，以便更快地进行 JIT 编译，从而最大限度地缩短预热时间。

c) system.arraycopy 是一个本机方法，尽管经过了优化，但它应该有开销。

d) 迭代版本似乎在循环中有更多算术。

e) 这是微基准测试的尝试。您需要排除 GC 并让测试运行数十次甚至数百次。阅读 JMH。还可以尝试不同的 GC 和 -Xmx。