为什么递归MergeSort比迭代MergeSort快？

Question

我刚刚实现了这两种算法，当我绘制结果时，我感到很惊讶！递归实现显然比迭代实现更快。之后，我将插入排序与两者结合起来，结果是一样的。

在讲座中，我们常常看到递归比阶乘计算中的迭代要慢，但是这里似乎并非如此。我很确定我的密码是对的。对这种行为的解释是什么？ (10)看起来像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

正如注释中所说的，编辑重新加载的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++];
        }
    }
}

排序递归：

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);

}

排序迭代：

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，现在的差别是成比例的(非事实真相者)。如果有人有更多的想法。非常感谢:)

新的*新的情节

​

这里是我(老师的一个，事实上)的方法来策划：

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

我想我没有答案，因为我没有试过你的代码。我会给你一个想法：

( a) CPU具有L1缓存和指令预取。当完成所有排序时，递归版本可能具有更好的引用局部性，并且它正在完成一堆合并，同时弹出所有帧(出于其他cpu优化的原因)。

( b)同时，JIT编译器对递归进行疯狂的处理，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。还可能希望尝试更改JIT编译的阈值，从而使JIT编译速度更快，从而最小化热身时间。

( c) system.arraycopy是一种本地方法，尽管经过优化，但它应该有开销。

( d)迭代版本在循环中似乎有更多的算法。

( e)这是对微观基准的尝试.您需要筛选出GC，并让测试运行数十次，如果不是数百次的话。读读JMH。也可以尝试不同的GC和-Xmx。