Question

我有用Java和C＃编写的N-queen问题。您可以找到有关8-queen问题here的更多信息。

这是Java代码：

package nqueens;
import java.util.Arrays;
public class NQueens {
  public static void main(String args[]) {
    int n = 13;
    int[] ploca = new int[n];
    postaviKraljicuNaPlocu(0, ploca);
  }
  private static void postaviKraljicuNaPlocu(int Ki, int[] ploca) {
    int n = ploca.length;
    if (Ki == n) {
      System.out.println(Arrays.toString(ploca));
    } else {
      for (int kolona = 0; kolona < n; kolona++) {
        if (jeLiSigurnoMjesto(kolona, Ki, ploca)) {
          ploca[Ki] = kolona;
          postaviKraljicuNaPlocu(Ki + 1, ploca);
          ploca[Ki] = -1;
        }
      }
    }
  }
  private static boolean jeLiSigurnoMjesto(int kolona, int Ki, int[] ploca) {
    for (int i = 0; i < Ki; i++) {
      if (ploca[i] == kolona) { 
        return false;
      }
      if (Math.abs(ploca[i] - kolona) == Math.abs(i - Ki)) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

这是C＃代码：

using System;
namespace nkraljica
{
    public class NKraljica
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            int n = 13;
            int[] ploca = new int[n];
            postaviKraljicuNaPlocu(0, ploca);
        }
        private static void postaviKraljicuNaPlocu(int Ki, int[] ploca)
        {
            int n = ploca.Length;
            if (Ki == n)
            {
                Console.WriteLine(string.Join("", ploca));
            }
            else
            {
                for (int kolona = 0; kolona < n; kolona++)
                {
                    if (jeLiSigurnoMjesto(kolona, Ki, ploca))
                    {
                        ploca[Ki] = kolona;
                        postaviKraljicuNaPlocu(Ki + 1, ploca);
                        ploca[Ki] = -1;
                    }
                }
            }
        }
        private static bool jeLiSigurnoMjesto(int kolona, int Ki, int[] ploca)
        {
            for (int i = 0; i < Ki; i++)
            {
                if (ploca[i] == kolona)
                {
                    return false;
                }
                if (Math.Abs(ploca[i] - kolona) == Math.Abs(i - Ki))
                {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    }
}

对于N = 13，Java代码在1.7秒内完成，但C＃在17,3秒内完成。差异为何如此之大？

Answer 1

要真正了解这一点，您需要分析c＃代码以确定花费时间的位置。过去，我已成功使用dotTrace profiler这样的任务; Visual Studio还有一个built-in profiler;可以找到更多建议here。

为了让我们对时差给出很多意见，您需要详细描述构建和运行环境。你正在构建调试或（希望）发布？你使用的是什么版本的.Net和Visual Studio？什么版本的Java，以及什么构建工具？

话虽这么说，我在VS 2008 / .Net 3.5 / Release版本中尝试了一下你的c＃代码，并发现了以下内容：

使用Visual Studio运行：
- 运行代码的总时间大约是10.7秒，可重复。
- 如果我将调用替换为Console.WriteLine()并将结果保存在StringBuilder中，则时间会减少到4.9秒。显然Console.WriteLine非常慢！
- 如果我只是取消对Console.WriteLine()的调用并用假人替换它们，那么时间几乎没有改变。所以StringBuilder非常快。
- 如果我使用内联检查替换对Math.Abs()的调用，则时间减少到4.0秒。可能.Net没有优化或内联对Math.Abs()的调用，而Java确实这样做。
从命令行运行，或者在没有附加Visual Studio的情况下运行：
- 使用Console.WriteLine()的总时间：9-10秒，可重复。
- 使用StringBuilder日志记录的总时间：3.0秒。
- 使用虚拟记录的总时间：3.0秒。
- 内联版Math.Abs()的总时间：1.6秒。

由此，我得出结论：

使用Visual Studio附加运行可以显着降低的速度，即使在发布模式下也是如此。（另请参阅here。）确保在计时性能时从命令行运行Java和c＃可执行文件。
Console.WriteLine()速度很慢 - 足够慢以至于它占据了算法所花费的时间。 Java等价物可能更快，如果是这样可以解释一些差异。
可能Java在内联或优化对Math.Abs()的调用方面做得更好。手动内联呼叫的改进非常重要。

我没有在我的计算机上安装Java来自行运行比较。

这是我用来进行测试的代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Timers;
using System.Diagnostics;

namespace nkraljica
{
    public class NKraljicaMain
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            int n = 13;

            var stopwatch = new Stopwatch();

            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            Abs.NKraljica.postaviKraljicuNaPlocu(n, Console.WriteLine);
            stopwatch.Stop();
            var consoleElapsed = stopwatch.Elapsed;

            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            StringBuilder sb1 = new StringBuilder();
            Abs.NKraljica.postaviKraljicuNaPlocu(n, s => sb1.AppendLine(s));
            stopwatch.Stop();

            var sbElapsed = stopwatch.Elapsed;

            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            string lastLine = null;
            Abs.NKraljica.postaviKraljicuNaPlocu(n, s => lastLine = s);
            stopwatch.Stop();

            var nologElapsed = stopwatch.Elapsed;

            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            StringBuilder sb2 = new StringBuilder();
            Inline.NKraljica.postaviKraljicuNaPlocu(n, s => sb2.AppendLine(s));
            stopwatch.Stop();

            var inlineElapsed = stopwatch.Elapsed;

            Debug.Assert(sb1.ToString() == sb2.ToString());

            Console.WriteLine(string.Format("Console logging time = {0}", consoleElapsed));
            Console.WriteLine(string.Format("StringBuilder logging time = {0}", sbElapsed));
            Console.WriteLine(string.Format("Dummy logging time = {0}", nologElapsed));
            Console.WriteLine(string.Format("Inline Abs + StringBuilder logging time = {0}", inlineElapsed));

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

namespace nkraljica.Abs
{
    public class NKraljica
    {
        public static void postaviKraljicuNaPlocu(int n, Action<string> reportFunc)
        {
            int[] ploca = new int[n];
            postaviKraljicuNaPlocu(0, ploca, reportFunc);
        }

        private static void postaviKraljicuNaPlocu(int Ki, int[] ploca, Action<string> reportFunc)
        {
            int n = ploca.Length;
            if (Ki == n)
            {
                reportFunc(ploca.Aggregate(new StringBuilder(), (sb, i) => sb.Append(i)).ToString());
            }
            else
            {
                for (int kolona = 0; kolona < n; kolona++)
                {
                    if (jeLiSigurnoMjesto(kolona, Ki, ploca))
                    {
                        ploca[Ki] = kolona;
                        postaviKraljicuNaPlocu(Ki + 1, ploca, reportFunc);
                        ploca[Ki] = -1;
                    }
                }
            }
        }
        private static bool jeLiSigurnoMjesto(int kolona, int Ki, int[] ploca)
        {
            for (int i = 0; i < Ki; i++)
            {
                if (ploca[i] == kolona)
                {
                    return false;
                }
                if (Math.Abs(ploca[i] - kolona) == Math.Abs(i - Ki))
                {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    }
}

namespace nkraljica.Inline
{
    public class NKraljica
    {
        public static void postaviKraljicuNaPlocu(int n, Action<string> reportFunc)
        {
            int[] ploca = new int[n];
            postaviKraljicuNaPlocu(0, ploca, reportFunc);
        }

        private static void postaviKraljicuNaPlocu(int Ki, int[] ploca, Action<string> reportFunc)
        {
            int n = ploca.Length;
            if (Ki == n)
            {
                reportFunc(ploca.Aggregate(new StringBuilder(), (sb, i) => sb.Append(i)).ToString());
            }
            else
            {
                for (int kolona = 0; kolona < n; kolona++)
                {
                    if (jeLiSigurnoMjesto(kolona, Ki, ploca))
                    {
                        ploca[Ki] = kolona;
                        postaviKraljicuNaPlocu(Ki + 1, ploca, reportFunc);
                        ploca[Ki] = -1;
                    }
                }
            }
        }
        private static bool jeLiSigurnoMjesto(int kolona, int Ki, int[] ploca)
        {
            for (int i = 0; i < Ki; i++)
            {
                if (ploca[i] == kolona)
                {
                    return false;
                }
                int diff1 = ploca[i] - kolona;
                int diff2 = i - Ki;
                if (diff1 == diff2 || diff1 == checked(-diff2))
                {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    }
}

Java与C＃算法执行

1 个答案: