首页
学习
活动
专区
圈层
工具
发布
社区首页 >问答首页 >如何在Java中实现多线程MergeSort

如何在Java中实现多线程MergeSort
EN

Stack Overflow用户
提问于 2018-04-26 06:30:04
回答 1查看 2.3K关注 0票数 1

我发现的大多数合并排序示例都运行在单个线程中。这首先克服了使用合并排序算法的一些优点。有人能说明用多线程在java中编写合并排序算法的正确方法吗?

该解决方案应在适用的情况下使用最新版本java的特性。许多已经在堆栈溢出上的解决方案使用普通线程。我正在寻找一个用RecursiveTask演示RecursiveTask的解决方案,这似乎是RecursiveTask类的主要用例。

重点应该是在可能的情况下,展示一种性能优越的算法,包括时间和空间复杂度。

注意到:建议的重复问题都不适用,因为它们都不提供使用递归任务的解决方案,这正是这个问题所要求的。

EN

回答 1

Stack Overflow用户

回答已采纳

发布于 2018-04-26 06:30:04

对于合并排序来说,最方便的多线程范例是叉-连接范例。这是Java 8及更高版本提供的。下面的代码演示了使用叉连接进行合并排序.

代码语言:javascript
复制
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MergeSort<N extends Comparable<N>> extends RecursiveTask<List<N>> {
    private List<N> elements;

    public MergeSort(List<N> elements) {
        this.elements = new ArrayList<>(elements);
    }

    @Override
    protected List<N> compute() {
        if(this.elements.size() <= 1)
            return this.elements;
        else {
            final int pivot = this.elements.size() / 2;
            MergeSort<N> leftTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(0, pivot));
            MergeSort<N> rightTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(pivot, this.elements.size()));

            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            List<N> left = leftTask.join();
            List<N> right = rightTask.join();

            return merge(left, right);
        }
    }

    private List<N> merge(List<N> left, List<N> right) {
        List<N> sorted = new ArrayList<>();
        while(!left.isEmpty() || !right.isEmpty()) {
            if(left.isEmpty())
                sorted.add(right.remove(0));
            else if(right.isEmpty())
                sorted.add(left.remove(0));
            else {
                if( left.get(0).compareTo(right.get(0)) < 0 )
                    sorted.add(left.remove(0));
                else
                    sorted.add(right.remove(0));
            }
        }

        return sorted;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();
        List<Integer> result = forkJoinPool.invoke(new MergeSort<Integer>(Arrays.asList(7,2,9,10,1)));
        System.out.println("result: " + result);
    }
}

虽然更少直接向前,但是下面的代码变量消除了对ArrayList的过度复制。初始未排序列表只创建一次,对子列表的调用不需要自己执行任何复制。在每次算法分叉时复制数组列表之前。另外,现在,当合并列表而不是创建一个新列表并在其中复制值时,每次我们重用左列表并将我们的值插入其中时。通过避免额外的复制步骤,我们可以提高性能。我们在这里使用LinkedList,因为与ArrayList相比,插入相当便宜。我们还消除了对remove的调用,这在ArrayList上也是很昂贵的。

代码语言:javascript
复制
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MergeSort<N extends Comparable<N>> extends RecursiveTask<List<N>> {
    private List<N> elements;

    public MergeSort(List<N> elements) {
        this.elements = elements;
    }

    @Override
    protected List<N> compute() {
        if(this.elements.size() <= 1)
            return new LinkedList<>(this.elements);
        else {
            final int pivot = this.elements.size() / 2;
            MergeSort<N> leftTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(0, pivot));
            MergeSort<N> rightTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(pivot, this.elements.size()));

            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            List<N> left = leftTask.join();
            List<N> right = rightTask.join();

            return merge(left, right);
        }
    }

    private List<N> merge(List<N> left, List<N> right) {
        int leftIndex = 0;
        int rightIndex = 0;
        while(leftIndex < left.size() || rightIndex < right.size()) {
            if(leftIndex >= left.size())
                left.add(leftIndex++, right.get(rightIndex++));
            else if(rightIndex >= right.size())
                return left;
            else {
                if( left.get(leftIndex).compareTo(right.get(rightIndex)) < 0 )
                    leftIndex++;
                else
                    left.add(leftIndex++, right.get(rightIndex++));
            }
        }

        return left;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();
        List<Integer> result = forkJoinPool.invoke(new MergeSort<Integer>(Arrays.asList(7,2,9,-7,777777,10,1)));
        System.out.println("result: " + result);
    }
}

我们还可以通过使用迭代器来进一步改进代码,而不是在执行合并时直接调用get。这样做的原因是,按索引访问LinkedList的时间性能(线性)很差,因此,通过使用迭代器,我们消除了在每个get上内部迭代链接列表所造成的减速。迭代器上对next的调用是常数时间,而不是调用获取的线性时间。下面的代码被修改为使用迭代器。

代码语言:javascript
复制
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MergeSort<N extends Comparable<N>> extends RecursiveTask<List<N>> {
    private List<N> elements;

    public MergeSort(List<N> elements) {
        this.elements = elements;
    }

    @Override
    protected List<N> compute() {
        if(this.elements.size() <= 1)
            return new LinkedList<>(this.elements);
        else {
            final int pivot = this.elements.size() / 2;
            MergeSort<N> leftTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(0, pivot));
            MergeSort<N> rightTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(pivot, this.elements.size()));

            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            List<N> left = leftTask.join();
            List<N> right = rightTask.join();

            return merge(left, right);
        }
    }

    private List<N> merge(List<N> left, List<N> right) {
        ListIterator<N> leftIter = left.listIterator();
        ListIterator<N> rightIter = right.listIterator();
        while(leftIter.hasNext() || rightIter.hasNext()) {
            if(!leftIter.hasNext()) {
                leftIter.add(rightIter.next());
                rightIter.remove();
            }
            else if(!rightIter.hasNext())
                return left;
            else {
                N rightElement = rightIter.next();
                if( leftIter.next().compareTo(rightElement) < 0 )
                    rightIter.previous();
                else {
                    leftIter.previous();
                    leftIter.add(rightElement);
                }
            }
        }

        return left;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();
        List<Integer> result = forkJoinPool.invoke(new MergeSort<Integer>(Arrays.asList(7,2,9,-7,777777,10,1)));
        System.out.println("result: " + result);
    }
}

最后,最复杂的版本的代码,这个迭代使用一个完全就地操作.只创建了初始的ArrayList,也没有创建任何额外的集合。因此,逻辑尤其难以遵循(因此,我将其保存到最后)。但应该尽可能接近理想的实现。

代码语言:javascript
复制
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MergeSort<N extends Comparable<N>> extends RecursiveTask<List<N>> {
    private List<N> elements;

    public MergeSort(List<N> elements) {
        this.elements = elements;
    }

    @Override
    protected List<N> compute() {
        if(this.elements.size() <= 1)
            return this.elements;
        else {
            final int pivot = this.elements.size() / 2;
            MergeSort<N> leftTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(0, pivot));
            MergeSort<N> rightTask = new MergeSort<N>(this.elements.subList(pivot, this.elements.size()));

            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            List<N> left = leftTask.join();
            List<N> right = rightTask.join();

            merge(left, right);
            return this.elements;
        }
    }

    private void merge(List<N> left, List<N> right) {
        int leftIndex = 0;
        int rightIndex = 0;
        while(leftIndex < left.size() ) {
            if(rightIndex == 0) {
                if( left.get(leftIndex).compareTo(right.get(rightIndex)) > 0 ) {
                    swap(left, leftIndex++, right, rightIndex++);
                } else {
                    leftIndex++;
                }
            } else {
                if(rightIndex >= right.size()) {
                    if(right.get(0).compareTo(left.get(left.size() - 1)) < 0 )
                        merge(left, right);
                    else
                        return;
                }
                else if( right.get(0).compareTo(right.get(rightIndex)) < 0 ) {
                    swap(left, leftIndex++, right, 0);
                } else {
                    swap(left, leftIndex++, right, rightIndex++);
                }
            }
        }

        if(rightIndex < right.size() && rightIndex != 0)
            merge(right.subList(0, rightIndex), right.subList(rightIndex, right.size()));
    }

    private void swap(List<N> left, int leftIndex, List<N> right, int rightIndex) {
        //N leftElement = left.get(leftIndex);
        left.set(leftIndex, right.set(rightIndex, left.get(leftIndex)));
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();
        List<Integer> result = forkJoinPool.invoke(new MergeSort<Integer>(new ArrayList<>(Arrays.asList(5,9,8,7,6,1,2,3,4))));
        System.out.println("result: " + result);
    }
}
票数 4
EN
页面原文内容由Stack Overflow提供。腾讯云小微IT领域专用引擎提供翻译支持
原文链接:

https://stackoverflow.com/questions/50036207

复制
相关文章

相似问题

领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档