arrays - Clojure中Heap的算法(能否高效实现？)

Question

堆的算法枚举数组的排列。 Wikipedia's article on the algorithm罗伯特·塞奇威克 (Robert Sedgewick) 表示，该算法的结论是“当时通过计算机生成排列的最有效算法”，因此尝试实现它自然会很有趣。

该算法主要是在可变数组中进行一系列交换，因此我考虑在 Clojure 中实现它，其序列是不可变的。我将以下内容放在一起，完全避免了可变性:

(defn swap [a i j]
  (assoc a j (a i) i (a j)))

(defn generate-permutations [v n]
  (if (zero? n)
    ();(println (apply str a));Comment out to time just the code, not the print
    (loop [i 0 a v]
      (if (<= i n)
        (do
          (generate-permutations a (dec n))
          (recur (inc i) (swap a (if (even? n) i 0) n)))))))

(if (not= (count *command-line-args*) 1)
  (do (println "Exactly one argument is required") (System/exit 1))
  (let [word (-> *command-line-args* first vec)]
    (time (generate-permutations word (dec (count word))))))

对于 11 个字符的输入字符串，该算法(在我的计算机上)运行需要 7.3 秒(运行 10 次以上的平均值)。

使用字符数组的等效 Java 程序运行时间为 0.24 秒。

所以我想让 Clojure 代码更快。我使用了带有类型提示的 Java 数组。这是我尝试过的:

(defn generate-permutations [^chars a n]
  (if (zero? n)
    ();(println (apply str a))
    (doseq [i (range 0 (inc n))]
      (generate-permutations a (dec n))
      (let [j (if (even? n) i 0) oldn (aget a n) oldj (aget a j)]
        (aset-char a n oldj) (aset-char a j oldn)))))

(if (not= (count *command-line-args*) 1)
  (do
    (println "Exactly one argument is required")
    (System/exit 1))
  (let [word (-> *command-line-args* first vec char-array)]
    (time (generate-permutations word (dec (count word))))))

嗯，它慢。现在，11 个字符的数组的平均时间为 9.1 秒(即使有类型提示)。

我知道可变数组不是 Clojure 方式，但是有什么方法可以达到 Java 算法的性能吗？

Answer 1

Clojure 并不完全是为了避免可变状态。 Clojure 对于何时应该使用它有非常强烈的意见。

在这种情况下，我强烈建议找到一种使用 transient 重写算法的方法，因为它们是专门设计的，通过避免重新分配内存并允许集合可变来节省时间本地，只要对集合的引用永远不会离开创建它的函数。最近，通过使用它们，我成功地将内存密集型操作的时间缩短了近 10 倍。

这篇文章很好地解释了瞬变!

http://hypirion.com/musings/understanding-clojure-transients

此外，您可能希望考虑以允许使用 recur 递归调用generatePermutations 的方式重写循环结构，而不是使用整个名称。您可能会获得性能提升，并且对堆栈的负担也会大大减少。

我希望这有帮助。