Question

我非常喜欢关于Frank Nelson Cole的故事，他在1903年在一个着名的“没有语言的演讲”中展示了2 ^ 67 - 1的素数因子化。目前，使用以下天真算法可以很容易地找到因子分解：

(def mersenne67 (dec (expt 2 67)))

(->> (iterate inc 2)
     (filter #(zero? (rem mersenne67 %)))
     (first))

但是我注意到这个Clojure代码大约是等效Java或Kotlin代码的两倍。（我机器上约40秒~20秒）
这是我将它与之比较的Java：

  public static BigInteger mersenne() {
    BigInteger mersenne67 = 
      BigInteger.valueOf(2).pow(67).subtract(BigInteger.ONE);

    return Stream.iterate(BigInteger.valueOf(2), (x -> x.add(BigInteger.ONE)))
      .filter(x -> mersenne67.remainder(x).equals(BigInteger.ZERO))
      .findFirst()
      .get();
  }

在较低级别重写Clojure代码没有任何区别：

(def mersenne67 (-> (BigInteger/valueOf 2)
                (.pow (BigInteger/valueOf 67))
                (.subtract BigInteger/ONE)))

(->> (iterate #(.add ^BigInteger % BigInteger/ONE) (BigInteger/valueOf 2))
     (filter #(= BigInteger/ZERO (.remainder ^BigInteger mersenne67 %)))
     (first))

使用VisualVM分析代码后，主要嫌疑人似乎是clojure.lang.Iterate.first()，这几乎完全解释了这些函数运行的时间差异。 Java的等效java.util.stream.ReferencePipeline.findFirst()只运行一小部分（~22 vs~2秒）。这引出了我的问题：Java（和Kotlin）如何在这项任务上花费更少的时间？

Answer 1

您的问题是您无法有效地迭代iterate。这就是您在分析时看到first的原因。当然，这是clojure的所有核心功能与大量不同数据结构一起工作的结果。

避免这种情况的最好方法是使用reduce，它为对象本身提供了在循环中调用函数的任务。

所以这大约快2倍：

(reduce
      (fn [_ x]
        (when (identical? BigInteger/ZERO (.remainder ^BigInteger mersenne67 x))
          (reduced x)))
      nil
      (iterate #(.add ^BigInteger % BigInteger/ONE) (BigInteger/valueOf 2)))

Answer 2

我提前为严肃挖掘道歉，但我有点担心ClojureMostly的回答。它肯定能及时解决问题，但对我来说它看起来像是一个肮脏的黑客：传递匿名减少函数，它忽略当前结果（_）并在第一个因子被找到（减少）后立即结束。

如何使用传感器和转换功能：

(defn first-factor-tr 
  [^BigInteger n] 
  (transduce
    (comp (filter #(identical? BigInteger/ZERO (.remainder ^BigInteger n %))) (take 1))
    conj nil
    (iterate #(.add ^BigInteger % BigInteger/ONE) (BigInteger/valueOf 2))))

过滤掉集合中的所有值，余数为零（过滤器...）并取第一个（取......）。

此解决方案的执行时间与reduce：

的执行时间相同

(defn first-factor-reduce 
  [^BigInteger n] 
  (reduce
    (fn [_ x]
      (when (identical? BigInteger/ZERO (.remainder ^BigInteger n x))
            (reduced x)))
    nil
    (iterate #(.add ^BigInteger % BigInteger/ONE) (BigInteger/valueOf 2))))

=> (time (first-factor-tr mersenne67))
"Elapsed time: 20896.594178 msecs"
(193707721)
=> (time (first-factor-reduce mersenne67))
"Elapsed time: 20424.323894 msecs"
193707721

为什么Clojure会花很多时间在clojure.lang.Iterate.first上？

2 个答案: