我用MATLAB 2011b 和我的MacBook Pro(Intel i7, 64位, 2.4 GHz) 尝试了以下MATLAB 代码的相同代码 :

% Processing time with Sorted data vs unsorted data
%==========================================================================
% Generate data
arraySize = 32768
sum = 0;
% Generate random integer data from range 0 to 255
data = randi(256, arraySize, 1);


%Sort the data
data1= sort(data); % data1= data  when no sorting done


%Start a stopwatch timer to measure the execution time
tic;

for i=1:100000

    for j=1:arraySize

        if data1(j)>=128
            sum=sum + data1(j);
        end
    end
end

toc;

ExeTimeWithSorting = toc - tic;

上述MATLAB代码的结果如下:

  a: Elapsed time (without sorting) = 3479.880861 seconds.
  b: Elapsed time (with sorting ) = 2377.873098 seconds.

校对:Soup

  a: Elapsed time (without sorting) = 19.8761 sec.
  b: Elapsed time (with sorting ) = 7.37778 sec.

基于这个,看来MATLAB几乎是175乘175次低于 C 执行的慢于 C 执行,没有排序和350乘350次换句话说,其效果(分支预测)是:1.46x执行和2.7x执行《公约》的《公约》。

巴恩·斯特鲁斯特鲁斯特鲁普的回答对此问题:

这听起来像面试问题。是真的吗?你怎么知道?回答效率问题而不首先做一些测量是不明智的,所以知道如何衡量是很重要的。

于是,我用百万整数的矢量尝试过,然后得到:

Already sorted    32995 milliseconds
Shuffled          125944 milliseconds

Already sorted    18610 milliseconds
Shuffled          133304 milliseconds

Already sorted    17942 milliseconds
Shuffled          107858 milliseconds

我跑了好几次才确定。 是的,这个现象是真实的。我的关键代码是:

void run(vector<int>& v, const string& label)
{
    auto t0 = system_clock::now();
    sort(v.begin(), v.end());
    auto t1 = system_clock::now();
    cout << label
         << duration_cast<microseconds>(t1 — t0).count()
         << " milliseconds\n";
}

void tst()
{
    vector<int> v(1'000'000);
    iota(v.begin(), v.end(), 0);
    run(v, "already sorted ");
    std::shuffle(v.begin(), v.end(), std::mt19937{ std::random_device{}() });
    run(v, "shuffled    ");
}

至少这个编译器、 标准库和优化设置是真实存在的。 不同的执行可以而且确实提供了不同的答案。 事实上,有人做了更系统的研究( 快速的网络搜索会找到它) , 而大多数执行都显示了这种效果。

其中一个原因是分支预测: 类算法中的关键操作是“if(v[i] < pivot]) …”对于排序序列,测试总是真实的,而对于随机序列,选定的分支则随机变化。

另一个原因是,当矢量已经分类后,我们从不需要将元素移到正确位置。这些小细节的影响是我们看到的5或6个系数。

Quicksort(以及一般分类)是一项复杂的研究,吸引了计算机科学中最伟大的一些思想。 一种良好的功能是选择良好的算法和关注硬件的运行效果的结果。

如果您想要写入高效代码, 您需要了解一些关于机器结构的知识 。

如果您对这个代码可以做的更多优化感到好奇, 请考虑 :

以原始循环开始 :

for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i)
{
    for (unsigned j = 0; j < arraySize; ++j)
    {
        if (data[j] >= 128)
            sum += data[j];
    }
}

通过循环互换,我们可以安全地将这一循环改为:

for (unsigned j = 0; j < arraySize; ++j)
{
    for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        if (data[j] >= 128)
            sum += data[j];
    }
}

然后,你可以看到,if条件条件在始终执行时为常数。i循环,这样你就可以升起if外出 :

for (unsigned j = 0; j < arraySize; ++j)
{
    if (data[j] >= 128)
    {
        for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i)
        {
            sum += data[j];
        }
    }
}

假设浮点模型允许, 内环会崩溃成一个单一的表达式( 假设浮点模型允许的话 ) 。/fp:fast被抛出,例如)

for (unsigned j = 0; j < arraySize; ++j)
{
    if (data[j] >= 128)
    {
        sum += data[j] * 100000;
    }
}

这比以前快了十万倍

当对数组进行排序时,数据在 0 到 255 之间分布, 大约在迭代的前半部不会输入if- 声明if报表如下。 )

if (data[c] >= 128)
    sum += data[c];

The question is: What makes the above statement not execute in certain cases as in case of sorted data? Here comes the "branch predictor". A branch predictor is a digital circuit that tries to guess which way a branch (e.g. an if-then-else分支预测器的目的是改善教学管道的流量。 分支预测器在实现高效运行方面发挥着关键作用 !

让我们做一些板凳标记 来更好理解它

性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性能、性if如果条件总是真实的,或者总是假的,处理器中的分支预测逻辑将拾取该模式。另一方面,如果该模式无法预测,那么,if- 声明会更贵得多

让我们用不同的条件来衡量这个循环的性能:

for (int i = 0; i < max; i++)
    if (condition)
        sum++;

以下是环绕时间与不同的真假模式 :

Condition                Pattern             Time (ms)
-------------------------------------------------------
(i & 0×80000000) == 0    T repeated          322

(i & 0xffffffff) == 0    F repeated          276

(i & 1) == 0             TF alternating      760

(i & 3) == 0             TFFFTFFF…           513

(i & 2) == 0             TTFFTTFF…           1675

(i & 4) == 0             TTTTFFFFTTTTFFFF…   1275

(i & 8) == 0             8T 8F 8T 8F …       752

(i & 16) == 0            16T 16F 16T 16F …   490

“A “坏“真实的假造模式可以使if- 计算速度比“或”慢6倍。良好当然,哪一种模式是好的,哪一种模式是坏的,取决于汇编者的确切指示和具体处理者。

因此,部门预测对业绩的影响是毫无疑问的!

其他答复的假设是,一个人需要对数据进行分类是不正确的。

以下代码不排序整个阵列,但只排序其中的200个元素部分,因此运行速度最快。

只对 K 元素部分进行排序,以线性时间完成预处理,O(n),而不是O(n.log(n))排序整个阵列需要时间 。

#include <algorithm>
#include <ctime>
#include <iostream>

int main() {
    int data[32768]; const int l = sizeof data / sizeof data[0];

    for (unsigned c = 0; c < l; ++c)
        data[c] = std::rand() % 256;

    // sort 200-element segments, not the whole array
    for (unsigned c = 0; c + 200 <= l; c += 200)
        std::sort(&data[c], &data[c + 200]);

    clock_t start = clock();
    long long sum = 0;

    for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i) {
        for (unsigned c = 0; c < sizeof data / sizeof(int); ++c) {
            if (data[c] >= 128)
                sum += data[c];
        }
    }

    std::cout << static_cast<double>(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << std::endl;
    std::cout << "sum = " << sum << std::endl;
}

这个“证明”也与任何算法问题无关, 比如排序顺序, 并且确实是分支预测。

由于一种被称为分支预测的现象,分类的阵列的处理速度要快于未排序的阵列。

分支预测器是一个数字电路(在计算机结构中),它试图预测一个分支会走哪条路,从而改善教学管道的流量。电路/计算机预测下一步并进行执行。

错误的预测导致回到前一步,执行另一个预测。 假设预测是正确的,代码将持续到下一步骤。 错误的预测导致重复同一步骤,直到出现正确的预测。

你问题的答案很简单

在未排列的阵列中,计算机进行多次预测,导致误差的可能性增加。而在分类的阵列中,计算机的预测减少,误差的可能性减少。 做更多的预测需要更多的时间。

排序的数组: 直路

____________________________________________________________________________________
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

未排列的队列: 曲线路

______   ________
|     |__|

部门预测: 猜测/预测哪条道路是直的,未检查就沿着这条道路走

___________________________________________ Straight road
 |_________________________________________|Longer road

虽然两条道路都到达同一目的地,但直路更短,另一条更长。如果你错误地选择另一条道路,就没有回头路,所以如果你选择更长的路,你就会浪费一些更多的时间。这与计算机中发生的事情相似,我希望这能帮助你更好地了解。

我还想列举:@Simon_ weaver评论中:

它不会减少预测数量 — — 它会减少不正确的预测。 它仍然必须通过循环预测每一次...