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java - 为什么迭代映射比迭代列表慢?

coder 2024-03-19 原文

我在面试中被问到这个问题,面试官想讨论我能想到的所有方法的权衡:

Design and implement a TwoSum class. It should support the following operations: add and find.

add - Add the number to an internal data structure.
find - Find if there exists any pair of numbers whose sum is equal to the value.

我首先提出了以下非常简单的解决方案。

设计 1:

public class TwoSumDesign1 {
  private final Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();

  public void add(int number) {
    map.put(number, map.getOrDefault(number, 0) + 1);
  }

  public boolean find(int value) {
    for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
      int i = entry.getKey();
      int j = value - i;
      if ((i == j && entry.getValue() > 1) || (i != j && map.containsKey(j))) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
}

但后来做了一些研究,我发现我们可以使用 List 来存储所有数字,并且迭代列表比迭代 keySet 更快,但我仍然不明白为什么?

引用自:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/HashMap.html

Iteration over collection views requires time proportional to the "capacity" of the HashMap instance (the number of buckets) plus its size (the number of key-value mappings). Thus, it's very important not to set the initial capacity too high (or the load factor too low) if iteration performance is important.

设计2:

public class TwoSumDesign2 {
  private final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
  private final Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();

  // Add the number to an internal data structure.
  public void add(int number) {
    if (map.containsKey(number))
      map.put(number, map.get(number) + 1);
    else {
      map.put(number, 1);
      list.add(number);
    }
  }

  // Find if there exists any pair of numbers whose sum is equal to the value.
  public boolean find(int value) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      int num1 = list.get(i), num2 = value - num1;
      if ((num1 == num2 && map.get(num1) > 1) || (num1 != num2 && map.containsKey(num2)))
        return true;
    }
    return false;
  }
}

谁能解释一下我们应该考虑这个问题的所有权衡,以及为什么第二种解决方案比迭代 map 的 keySet 更快?

最佳答案

首先,让我提一下,我们所说的性能差异几乎不值得考虑。短语“因此,如果迭代性能很重要,则不要将初始容量设置得太高(或负载因子太低)非常重要”具有误导性。这不是很重要。我宁愿用措辞“因此,您可能不想设置初始容量...”

既然我们已经了解了这一点,让我们继续讨论实际的答案。

与列表的简单组织相比,它与 HashMap 的内部数据结构的组织方式有关。

HashMap 的标准实现采用“桶”列表,其中每个桶都是节点的链表。键和值存储在这些节点中。存储桶列表并不密集,这意味着许多条目都是 null

因此,为了遍历映射的所有键,您必须遍历桶列表,并且对于每个桶,遍历桶中的节点。

由于节点的数量与键的数量一样多,因此节点的遍历时间复杂度与遍历整个 ArrayList 的时间复杂度相同,但在散列的情况下map 我们还必须计算遍历桶列表的开销。而 hashmap 的“初始大小”越大,或者填充因子越小,null 桶就会越多,这意味着桶列表中的条目会越多,你会白去访问,只会发现它们是null并继续下一个条目。

因此,遍历 HashMap 比遍历 ArrayList 稍微昂贵一些。

但是请相信我,差别很小,不值得考虑。没有人会注意到。最好根据您的目的使用正确的数据结构,而不用担心性能上的微小提升。正确的数据结构总是产生最优雅解决方案的数据结构。最优雅的解决方案是最容易阅读和理解它做什么以及如何做的解决方案。

关于java - 为什么迭代映射比迭代列表慢?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/55069980/

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