Question

我已在Project Euler's Challenge 14和Haskell（ideone链接）中为C++编写了代码。他们都记得以前在数组中做过的任何计算。

分别使用ghc -O2和g++ -O3，C ++运行速度比Haskell版本快10-15倍。

虽然我理解Haskell版本可能运行速度较慢，并且Haskell是一种更好的语言，但我很高兴知道我可以对Haskell版本进行一些代码更改以使其运行得更快（理想情况是在一个因素内） 2或3的C ++版本？）

Haskell代码在这里：

import Data.Array
import Data.Word
import Data.List

collatz_array = 
  let
    upperbound = 1000000
    a = array (1, upperbound) [(i :: Word64, f i :: Int) | i <- [1..upperbound]]
    f i = i `seq`
      let
        check_f i = i `seq` if i <= upperbound then a ! i else f i
      in
        if (i == 1) then 0 else (check_f ((if (even i) then i else 3 * i + 1) `div` 2)) + 1
  in a

main = 
  putStrLn $ show $ 
   foldl1' (\(x1,x2) (y1,y2) -> if (x2 >= y2) then (x1, x2) else (y1, y2)) $! (assocs collatz_array)

修改

我现在还使用未装箱的可变数组完成了一个版本。它仍然比C ++版本慢5倍，但是有了显着的改进。代码位于ideone here。

我想知道对可变阵列版本的改进，使其更接近C ++版本。

Answer 1

您的（可变数组）代码存在一些问题：

使用折叠来查找最大链长，因为必须将数组转换为关联列表，这需要时间和C ++版本不需要的分配。
您使用even和div来测试resp除以2.这些都很慢。 g ++优化了两个操作到更快的位操作（至少在更快的平台上），但GHC不进行这些低级优化（目前），所以目前它们必须手工完成
您使用readArray和writeArray。在处理其他问题时，在C ++代码中未执行的额外边界检查也需要时间，这相当于运行时间的很大一部分（我的盒子上大约25％），因为已经完成算法中有很多读写操作。

将其纳入实施，我得到了

import Data.Array.ST
import Data.Array.Base
import Control.Monad.ST
import Data.Bits

collatz_array :: ST s (STUArray s Int Int)
collatz_array = do
    let upper = 10000000
    arr <- newArray (0,upper) 0
    unsafeWrite arr 2 1
    let check i
            | upper < i = return arr
            | i .&. 1 == 0 = do
                l <- unsafeRead arr (i `shiftR` 1)
                unsafeWrite arr i (l+1)
                check (i+1)
            | otherwise = do
                let j = (3*i+1) `shiftR` 1
                    find k l
                        | upper < k = find (next k) $! l+1
                        | k < i     = do
                            m <- unsafeRead arr k
                            return (m+l)
                        | otherwise = do
                            m <- unsafeRead arr k
                            if m == 0
                              then do
                                  n <- find (next k) 1
                                  unsafeWrite arr k n
                                  return (n+l)
                              else return (m+l)
                          where
                            next h
                                | h .&. 1 == 0 = h `shiftR` 1
                                | otherwise = (3*h+1) `shiftR` 1
                l <- find j 1
                unsafeWrite arr i l
                check (i+1)
    check 3

collatz_max :: ST s (Int,Int)
collatz_max = do
    car <- collatz_array
    (_,upper) <- getBounds car
    let find w m i
            | upper < i = return (w,m)
            | otherwise = do
                l <- unsafeRead car i
                if m < l
                  then find i l (i+1)
                  else find w m (i+1)
    find 1 0 2

main :: IO ()
main = print (runST collatz_max)

和时间（均为1000万）：

$ time ./cccoll
8400511 429

real    0m0.210s
user    0m0.200s
sys     0m0.009s
$ time ./stcoll
(8400511,429)

real    0m0.341s
user    0m0.307s
sys     0m0.033s

看起来不太糟糕。

重要说明：该代码仅适用于64位GHC（因此，特别是在Windows上，您需要ghc-7.6.1或更高版本，之前的GHC甚至在64位上也是32位-bit Windows）因为中间链元素超过32位范围。在32位系统上，由于原语，因此必须使用Integer或64位整数类型（Int64或Word64）来跟踪链，从而导致性能成本极高64位操作（算术和移位）实现为32位GHC中的C函数的外部调用（快速外部调用，但仍然比直接机器操作慢得多）。

Answer 2

ideone网站正在使用ghc 6.8.2，这已经很老了。在ghc版本7.4.1上，差异要小得多。

用ghc：

$ ghc -O2 euler14.hs && time ./euler14
(837799,329)
./euler14  0.63s user 0.04s system 98% cpu 0.685 total

使用g ++ 4.7.0：

$ g++ --std=c++0x -O3 euler14.cpp && time ./a.out
8400511 429
./a.out  0.24s user 0.01s system 99% cpu 0.252 total

对我来说，ghc版本只比c ++版本慢2.7倍。此外，这两个程序没有给出相同的结果......（不是一个好的迹象，特别是对于基准测试）

GHC优化：Collatz猜想

2 个答案:

GHC优化：Collat​​z猜想

2 个答案:

GHC优化：Collatz猜想