解读费布纳契数列:非递归与记忆递归的计时比较
一分耕耘,一分收获!既然打开了这篇文章《解读费布纳契数列:非递归与记忆递归的计时比较》,就坚持看下去吧!文中内容包含等等知识点...希望你能在阅读本文后,能真真实实学到知识或者帮你解决心中的疑惑,也欢迎大佬或者新人朋友们多留言评论,多给建议!谢谢!
看完麻省理工学院关于动态规划的讲座后,我想练习一下斐波那契。我首先编写了简单的递归实现,然后添加了记忆功能。这是记忆版本:
package main
import (
"fmt"
)
func fib_memoized(n int, memo map[int]int64) int64 {
memoized, ok := memo[n]
if ok {
return memoized
}
if n < 2 {
return int64(n)
}
f := fib_memoized(n-2, memo) + fib_memoized(n-1, memo)
memo[n] = f
return f
}
func main() {
memo := make(map[int]int64)
for i := 0; i < 10000; i++ {
fmt.printf("fib(%d) = %d\n", i, fib_memoized(i, memo))
}
}
然后我继续编写该程序的非递归版本:
package main
import (
"fmt"
)
func fib(n int) int64 {
var f1 int64 = 1
var f2 int64 = 0
for i := 0; i < n; i++ {
f1, f2 = f2, f1+f2
}
return f2
}
func main() {
for i := 0; i < 10000; i++ {
fmt.Printf("fib(%d) = %d\n", i, fib(i))
}
}
令我困惑的是,记忆版本的性能似乎至少与非递归版本一样好,有时甚至超过它。当然,与简单的递归实现相比,我期望记忆化能够带来巨大的改进,但我只是无法弄清楚为什么/如何记忆化版本可以与非递归版本相当,甚至超越其非递归版本。 p>
我确实尝试查看两个版本的程序集输出(使用 go 工具编译 -s 获得),但无济于事。我仍然在记忆版本中看到 call 指令,在我看来,这应该会产生足够的开销来证明它至少比非递归版本稍微优于。
有更懂行的人可以帮助我了解发生了什么吗?
附注我知道整数溢出;我用了10000只是为了增加负载。
谢谢。
正确答案
需要记住的一件非常重要的事情:memo 在测试平台的迭代之间被保留。因此,记忆版本在 main 中的循环每次迭代最多有两次递归调用。 ie。您允许记忆版本在各个迭代之间保留内存,而迭代版本需要在每次迭代中从头开始计算。
下一点:
编写基准测试很棘手。微小的细节可能对结果产生重大影响。例如。对 printf 的调用很可能需要相当长的时间来执行,但实际上并没有考虑斐波那契计算的运行时间。我没有任何可用的环境来测试这些 io 操作对时序的实际影响有多大,但很可能相当大。特别是因为您的算法运行了相当小的 10000 次迭代,或者仅仅 100 微秒,如 @Brackens answer 中所示。
总结一下:
从基准测试中删除 io,在每次迭代中从空的 memo 开始,并增加迭代次数以获得更好的计时。
我认为您在问为什么记忆递归实现并不比迭代快很多执行。尽管您提到了您没有展示的“朴素递归实现”?
使用基准测试,您可以看到两者的性能具有可比性,也许迭代速度更快一些:
package kata
import (
"fmt"
"os"
"testing"
)
func fib_memoized(n int, memo map[int]int64) int64 {
memoized, ok := memo[n]
if ok {
return memoized
}
if n < 2 {
return int64(n)
}
f := fib_memoized(n-2, memo) + fib_memoized(n-1, memo)
memo[n] = f
return f
}
func fib(n int) int64 {
var f1 int64 = 1
var f2 int64 = 0
for i := 0; i < n; i++ {
f1, f2 = f2, f1+f2
}
return f2
}
func benchmarkfib(b *testing.b) {
out, err := os.create("/dev/null")
if err != nil {
b.fatal("can't open: ", err)
}
b.run("recursive memoized", func(b *testing.b) {
memo := make(map[int]int64)
for j := 0; j < b.n; j++ {
for i := 0; i < 100; i++ {
fmt.fprintf(out, "fib(%d) = %d\n", i, fib_memoized(i, memo))
}
}
})
b.run("iterative", func(b *testing.b) {
for j := 0; j < b.n; j++ {
for i := 0; i < 100; i++ {
fmt.fprintf(out, "fib(%d) = %d\n", i, fib(i))
}
}
})
}
% go test -bench=. goos: darwin goarch: amd64 pkg: github.com/brackendawson/kata cpu: Intel(R) Core(TM) i7-8850H CPU @ 2.60GHz BenchmarkLoop/Recursive_Memoized-12 13424 91082 ns/op BenchmarkLoop/Iterative-12 13917 82837 ns/op PASS ok github.com/brackendawson/kata 4.323s
我预计你的记忆递归实现不会更快,因为:
- go 没有良好的尾部调用优化 (tco)。正如您可能从程序集中看到的,仍然存在 call,只有可以优化 call,递归通常才会更快。
- 您的记忆递归实现不是尾部调用,递归调用必须是函数中的最后一个语句才能使用 tco。
到这里,我们也就讲完了《解读费布纳契数列:非递归与记忆递归的计时比较》的内容了。个人认为,基础知识的学习和巩固,是为了更好的将其运用到项目中,欢迎关注golang学习网公众号,带你了解更多关于的知识点!
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