Быстрое пересечение множеств: C++ по сравнению с C#

Вы ВСЕГДА передаете векторы по стоимости. Что было бы нормально, если бы вы их тоже не копировали.

модуль вставки не помещал значения в конец вектора, где он выполняется быстро. Он сделал это только при первой вставке, после чего он вставил значение в начало массива (где конец использовался для указания).

вы дважды искали значение в версии хеш-карты, когда вы обновляли значение. Почему обновляется это событие значения?

запустите этот код и опубликуйте свои тайминги.

// MapPerformance.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <hash_map>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <algorithm>
#include <set>

#include <boost\unordered\unordered_set.hpp>

#include "timer.h"

using namespace std;
using namespace stdext;
using namespace boost;

int runIntersectionTest(const vector<int>& set1, const vector<int>& set2)
{
    // hash_map<int,int> theMap;
    // map<int,int> theMap;
    unordered_set<int> theSet;      

     theSet.insert( set1.begin(), set2.end() );

    int intersectionSize = 0;

    vector<int>::const_iterator set2_end = set2.end();

    for ( vector<int>::const_iterator iterator = set2.begin(); iterator != set2_end; ++iterator )
    {
        if ( theSet.find(*iterator) != theSet.end() )
        {
                intersectionSize++;
        }
    }

    return intersectionSize;
}

int runSetIntersection( vector<int> set1, vector<int> set2)
{   
    // Sort the data
    sort(set1.begin(),set1.end());
    sort(set2.begin(),set2.end());

    vector<int> intersection;
    intersection.reserve(1000);

    set_intersection(set1.begin(),set1.end(), set2.begin(), set2.end(), back_inserter(intersection));

    return intersection.size(); 
}

void createSets( vector<int>& set1, vector<int>& set2 )
{
    srand ( time(NULL) );

    set1.reserve(100000);
    set2.reserve(1000);

    // Create 100,000 values for set1
    for ( int i = 0; i < 100000; i++ )
    {
        int value = 1000000000 + i;
        set1.push_back(value);
    }

    // Try to get half of our values intersecting
    float ratio = 200000.0f / RAND_MAX;


    // Create 1,000 values for set2
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        int random = rand() * ratio + 1;

        int value = 1000000000 + random;
        set2.push_back(value);
    }

    // Make sure set1 is in random order (not sorted)
    random_shuffle(set1.begin(),set1.end());
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int intersectionSize = 0;

    vector<int> set1, set2;     
    createSets( set1, set2 );

    Timer timer;
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runIntersectionTest(set1, set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using unordered_map) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    timer.Reset();
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runSetIntersection(set1,set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using set_intersection) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    getchar();

    return 0;
}

Latest benchmark:

Found the intersection of 504 values (using unordered_map) 1000 times, in 28827.6ms
Found the intersection of 495 values (using set_intersection) 1000 times, in 9817.69ms
Found the intersection of 504 values (using unordered_set) 1000 times, in 24769.1ms

I think the 504 - 495 difference happens because there are a couple dupe values.

Code:

// MapPerformance.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <hash_map>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <algorithm>
#include <set>
#include <unordered_set>

#include <boost\unordered\unordered_map.hpp>

#include "timer.h"

using namespace std;
using namespace stdext;
using namespace boost;
using namespace tr1;


int runIntersectionTest2(const vector<int>& set1, const vector<int>& set2)
{
    // hash_map<int,int> theMap;
    // map<int,int> theMap;
    unordered_set<int> theSet;      

     theSet.insert( set1.begin(), set1.end() );

    int intersectionSize = 0;

    vector<int>::const_iterator set2_end = set2.end();

    for ( vector<int>::const_iterator iterator = set2.begin(); iterator != set2_end; ++iterator )
    {
        if ( theSet.find(*iterator) != theSet.end() )
        {
                intersectionSize++;
        }
    }

    return intersectionSize;
}

int runIntersectionTest(const vector<int>& set1, const vector<int>& set2)
{
    // hash_map<int,int> theMap;
    // map<int,int> theMap;
    unordered_map<int,int> theMap;  

    vector<int>::const_iterator set1_end = set1.end();

    // Now intersect the two sets by populating the map
    for ( vector<int>::const_iterator iterator = set1.begin(); iterator != set1_end; ++iterator )
    {
        int value = *iterator;

        theMap[value] = 1;
    }

    int intersectionSize = 0;

    vector<int>::const_iterator set2_end = set2.end();

    for ( vector<int>::const_iterator iterator = set2.begin(); iterator != set2_end; ++iterator )
    {
        int value = *iterator;

        unordered_map<int,int>::iterator foundValue = theMap.find(value);

        if ( foundValue != theMap.end() )
        {
            theMap[value] = 2;

            intersectionSize++;
        }
    }

    return intersectionSize;

}

int runSetIntersection(const vector<int>& set1_unsorted, const vector<int>& set2_unsorted)
{   
    // Create two vectors
    std::vector<int> set1(set1_unsorted.size());
    std::vector<int> set2(set2_unsorted.size());

    // Copy the unsorted data into them
    std::copy(set1_unsorted.begin(), set1_unsorted.end(), set1.begin());
    std::copy(set2_unsorted.begin(), set2_unsorted.end(), set2.begin());

    // Sort the data
    sort(set1.begin(),set1.end());
    sort(set2.begin(),set2.end());

    vector<int> intersection;
    intersection.reserve(1000);

    set_intersection(set1.begin(),set1.end(), set2.begin(), set2.end(), back_inserter(intersection));

    return intersection.size(); 
}

void createSets( vector<int>& set1, vector<int>& set2 )
{
    srand ( time(NULL) );

    set1.reserve(100000);
    set2.reserve(1000);

    // Create 100,000 values for set1
    for ( int i = 0; i < 100000; i++ )
    {
        int value = 1000000000 + i;
        set1.push_back(value);
    }

    // Try to get half of our values intersecting
    float ratio = 200000.0f / RAND_MAX;


    // Create 1,000 values for set2
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        int random = rand() * ratio + 1;

        int value = 1000000000 + random;
        set2.push_back(value);
    }

    // Make sure set1 is in random order (not sorted)
    random_shuffle(set1.begin(),set1.end());
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int intersectionSize = 0;

    vector<int> set1, set2; 
    createSets( set1, set2 );

    Timer timer;
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runIntersectionTest(set1, set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using unordered_map) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    timer.Reset();
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runSetIntersection(set1,set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using set_intersection) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    timer.Reset();
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runIntersectionTest2(set1,set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using unordered_set) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    getchar();

    return 0;
}

Обновление:

Я изменил код set_intersection, чтобы использовать векторы и сортировать их (вместо использования класса сортированного набора), и теперь это НАМНОГО быстрее:

Found the intersection of 319 values (using unordered_map) 1000 times, in 22187.5ms
Found the intersection of 315 values (using set_intersection) 1000 times, in 2401.62ms

Помните: больший набор создается отсортированным, поэтому в этом примере сортировка может не занять много времени.

Код C ++:

// MapPerformance.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <hash_map>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <algorithm>
#include <set>

#include <boost\unordered\unordered_map.hpp>

#include "timer.h"

using namespace std;
using namespace stdext;
using namespace boost;

int runIntersectionTest(vector<int> set1, vector<int> set2)
{
    // hash_map<int,int> theMap;
    // map<int,int> theMap;
    unordered_map<int,int> theMap;

    // Now intersect the two sets by populating the map
    for ( vector<int>::iterator iterator = set1.begin(); iterator != set1.end(); iterator++ )
    {
        int value = *iterator;

        theMap[value] = 1;
    }

    int intersectionSize = 0;

    for ( vector<int>::iterator iterator = set2.begin(); iterator != set2.end(); iterator++ )
    {
        int value = *iterator;

        unordered_map<int,int>::iterator foundValue = theMap.find(value);

        if ( foundValue != theMap.end() )
        {
            theMap[value] = 2;

            intersectionSize++;
        }
    }

    return intersectionSize;

}

int runSetIntersection(vector<int> set1, vector<int> set2)
{   
    sort(set1.begin(),set1.end());
    sort(set2.begin(),set2.end());

    set<int> intersection;

    set_intersection(set1.begin(),set1.end(), set2.begin(), set2.end(), inserter(intersection, intersection.end()));

    return intersection.size(); 
}



int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    srand ( time(NULL) );

    vector<int> set1;
    vector<int> set2;

    set1.reserve(10000);
    set2.reserve(1000);

    // Create 100,000 values for set1
    for ( int i = 0; i < 100000; i++ )
    {
        int value = 1000000000 + i;
        set1.push_back(value);
    }

    // Create 1,000 values for set2
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        int random = rand() % 200000 + 1;
        random *= 10;

        int value = 1000000000 + random;
        set2.push_back(value);
    }

    int intersectionSize = 0;


    Timer timer;
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runIntersectionTest(set1, set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using unordered_map) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    timer.Reset();
    for ( int i = 0; i < 1000; i++ )
    {
        intersectionSize = runSetIntersection(set1,set2);
    }
    timer.Stop();

    cout << "Found the intersection of " << intersectionSize << " values (using set_intersection) 1000 times, in " << timer.GetMilliseconds() << "ms" << endl;

    getchar();

    return 0;
}

Хорошо, после большого количества отзывов я несколько раз обновлял исходный вопрос:

• Каждый тест теперь запускается 1000 раз
• В коде C # теперь используется таймер с более высоким разрешением
• Теперь структуры данных заполняются ПЕРЕД тестами.

В результате C # все еще примерно в 5 раз быстрее, чем C ++.

Спасибо всем за ваши идеи / предложения.

Включены ли флаги оптимизации C ++?

Я знаю, что ваше решение работает хорошо, но пробовали ли вы использовать реализации STL:

• включает
• set_intersection

Возможно, он уже оптимизирован для вашей платформы, поэтому я бы попробовал

Возможно, стоит также взглянуть на контейнер boost Disjoint Set , который специально оптимизирован для определенных видов операций с большими наборами.

Он работает, рассматривая группу множеств как объединение нескольких непересекающихся множеств, что позволяет очень дешево строить другие множества, такие как пересечения или объединения, после того, как начальный набор непересекающихся множеств построен. Если вы ожидаете выполнения множества операций над наборами, которые не сильно меняются, вы, вероятно, можете ожидать, что это будет очень быстро. Если, с другой стороны, вы будете использовать каждый набор один раз и выбросить его, вероятно, это не поможет.

В любом случае, вы окажете себе услугу, если хотя бы поэкспериментируете с этим, чтобы увидеть, не повлияет ли это на ваш конкретный случай.

Я бы изменил C ++ "runIntersectionTest" так, чтобы он принимал константные ссылки на контейнеры, а не создавал их для копирования при каждом вызове. (Код C # будет использовать ссылки)

Используйте это ...

vector<int> set1(10000);
vector<int> set2(1000);

... для получения векторов ненулевого начального размера. Тогда не используйте push_back, а просто обновите значения напрямую.

Поскольку вы используете Visual Studio, вам следует проверить, установлено ли у вас _SECURE_SCL значение 1 (обычно, если вы не установили его явно, это будет 1). Если он установлен, весь STL-код будет проверяться по диапазону, даже в релиз-билдах. Обычно замедление кода на 10-15%.

Похоже, Microsoft не знала, что, например, std :: vector уже имеет интерфейс, если вы хотите, чтобы проверка диапазона была: std :: vector :: at ()!

(Извините, пришлось отключить мой сундук)

В любом случае основная неэффективность заключается в том, что вы копируете контейнеры вместо того, чтобы передавать их по значению. Используйте ссылки (пытайтесь) сравнить яблоки и яблоки вместо яблок и бананов.

Одна проблема, которую я сразу вижу, заключается в том, что вы передаете наборы в C ++ по значению, а не по константной ссылке. Таким образом, вы копируете их каждый раз, когда передаете!

Кроме того, я бы не стал использовать набор для цели set_intersection . Я бы использовал что-то вроде

int runSetIntersection(const set<int>& set1, const set<int>& set2)
{   
    vector<int> intersection;
    intersection.reserve(10000) // or whatever the max is

    set_intersection(set1.begin(),set1.end(), set2.begin(), set2.end(), back_inserter(intersection));

    return intersection.size(); 
}

Этот код, однако, по-прежнему выделяется внутри функции. Еще быстрее было бы

int runSetIntersection(const set<int>& set1, const set<int>& set2, vector<int>& scratch)
{   
    scratch.reserve(10000) // or whatever the max is

    set_intersection(set1.begin(),set1.end(), set2.begin(), set2.end(), back_inserter(scratch));

    return scratch.size(); 
}

А затем выделить царапины перед запуском таймера.

Хотя, если вы просто ищете размер, рукописный цикл for в сочетании с set :: find может дать еще лучшие результаты .

Кстати, если у вас большие отсортированные наборы, std::set_intersection не самый быстрый алгоритм. std::set_intersection выполняет до 2*(m+n)-1 сравнений, но алгоритмы вроде алгоритма Baeza-Yates могут быть быстрее. Для малых m Баеза-Йейтс равен O(m * log(n)), а для n = alpha * m — O(n). Основная идея состоит в том, чтобы сделать своего рода двухсторонний бинарный поиск.

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.91.7899&rep=rep1&type=pdf

Экспериментальный анализ алгоритма быстрого пересечения отсортированных последовательностей Рикардо Баэса-Йейтс и Алехандро Сэлинджер

ИЛИ

Р. Баеза-Йейтс. Алгоритм быстрого пересечения множеств для отсортированных последовательностей. В Материалы 15-го ежегодного симпозиума по комбинаторному сопоставлению образов (CPM 2004), Springer LNCS 3109, стр. 400-408, Стамбул, Турция, июль 2004 г.

Ниже приведены объяснение и реализация Эрика Фрея, где он показывает значительно более быстрые результаты, чем std::set_intersection с бинарным зондом. Я еще не пробовал его код.
http://fawx.com/

1. Выберите срединный элемент A в меньший набор.
2. Найдите его элемент позиции вставки, B, в больший набор.
3. Если A и B равны, добавьте элемент к результат.
4. Повторите шаги 1–4 для непустых подмножеств по обе стороны от элементов A и B.

;

/*
* baeza_intersect
*/
template< template  class Probe,
  class RandomAccessIterator, class OutputIterator>
void baeza_intersect(RandomAccessIterator begin1, RandomAccessIterator end1,
                     RandomAccessIterator begin2, RandomAccessIterator end2,
                     OutputIterator out)
{
  RandomAccessIterator probe1, probe2;

if ( (end1 - begin1) < ( end2 - begin2 ) )
  {
    if ( begin1 == end1 )
      return;
    probe1 = begin1 + ( ( end1 - begin1 ) >> 1 );
    probe2 = lower_bound< Probe >( begin2, end2, *probe1 );
    baeza_intersect< Probe >(begin1, probe1, begin2, probe2, out); // intersect left
    if (! (probe2 == end2 || *probe1 < *probe2 ))
      *out++ = *probe2++;
    baeza_intersect< Probe >(++probe1, end1, probe2, end2, out); // intersect right
  }
  else
  {
    if ( begin2 == end2 )
      return;
    probe2 = begin2 + ( ( end2 - begin2 ) >> 1 );
    probe1 = lower_bound< Probe >( begin1, end1, *probe2 );
    baeza_intersect< Probe >(begin1, probe1, begin2, probe2, out); // intersect left
    if (! (probe1 == end1 || *probe2 < *probe1 ))
      *out++ = *probe1++;
    baeza_intersect< Probe >(probe1, end1, ++probe2, end2, out); // intersect right
  }
}

/*
* with a comparator
*/
 template< template  class Probe,
      class RandomAccessIterator, class OutputIterator, class Comparator >
    void baeza_intersect(RandomAccessIterator begin1, RandomAccessIterator end1,
                         RandomAccessIterator begin2, RandomAccessIterator end2,
                         OutputIterator out, Comparator cmp)
    {
      RandomAccessIterator probe1, probe2;

  if ( (end1 - begin1) < ( end2 - begin2 ) )
  {
    if ( begin1 == end1 )
      return;
    probe1 = begin1 + ( ( end1 - begin1 ) >> 1 );
    probe2 = lower_bound< Probe >( begin2, end2, *probe1, cmp );
    baeza_intersect< Probe >(begin1, probe1, begin2, probe2, out, cmp); // intersect left
    if (! (probe2 == end2 || cmp( *probe1, *probe2 ) ))
      *out++ = *probe2++;
    baeza_intersect< Probe >(++probe1, end1, probe2, end2, out, cmp); // intersect right
  }
  else
  {
    if ( begin2 == end2 )
      return;
    probe2 = begin2 + ( ( end2 - begin2 ) >> 1 );
    probe1 = lower_bound< Probe >( begin1, end1, *probe2, cmp );
    baeza_intersect< Probe >(begin1, probe1, begin2, probe2, out, cmp); // intersect left
    if (! (probe1 == end1 || cmp( *probe2, *probe1 ) ))
      *out++ = *probe1++;
    baeza_intersect< Probe >(probe1, end1, ++probe2, end2, out, cmp); // intersect right
  }
}


// probe.hpp

/**
* binary probe: pick the next element by choosing the halfway point between low and high
*/
template< class RandomAccessIterator, class T >
struct binary_probe
{
  RandomAccessIterator operator()(RandomAccessIterator begin, RandomAccessIterator end, const T & value)
  {
    return begin + ( (end - begin) >> 1);
  }
};

/**
* lower_bound: like stl's lower_bound but with different kinds of probing
* note the appearance of the rare template parameter template!
*/
template< template  class Probe, class RandomAccessIterator, class T >
RandomAccessIterator lower_bound(RandomAccessIterator begin, RandomAccessIterator end, const T & value)
{
  RandomAccessIterator pit;
  Probe< RandomAccessIterator, T > pfunc; // probe-functor (wants to get func'd up)

while ( begin < end )
  {
    pit = pfunc(begin, end, value);
    if ( *pit < value )
      begin = pit + 1;
    else
      end = pit;
  }
  return begin;
}

/*
* this time with a comparator!
*/
template< template  class Probe, class RandomAccessIterator, class T, class Comparator >
RandomAccessIterator lower_bound(RandomAccessIterator begin, RandomAccessIterator end, const T & value, Comparator cmp)
{
  RandomAccessIterator pit;
  Probe< RandomAccessIterator, T > pfunc;

while ( begin < end )
  {
    pit = pfunc(begin, end, value);
    if ( cmp(*pit, value) )
      begin = pit + 1;
    else
      end = pit;
  }
  return begin;
}