2.3.27 #
解答 #
实验结果如下:
P.S. 测试机上的缓存是 L1 128K,L2 512K,L3 4MB。
代码 #
QuickSortIgnore
public class QuickSortIgnore : BaseSort
{
/// <summary>
/// 切换到插入排序的阈值。
/// </summary>
public int M { get; set; }
/// <summary>
/// 默认构造函数。
/// </summary>
public QuickSortIgnore()
{
M = 10;
}
/// <summary>
/// 用快速排序对数组 a 进行升序排序。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要排序的类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要排序的数组。</param>
public override void Sort<T>(T[] a)
{
Shuffle(a);
Sort(a, 0, a.Length - 1);
// 插入排序处理小数组
for (var i = 0; i < a.Length; i++)
for (var j = i; j > 0 && Less(a[j], a[j - 1]); j--)
Exch(a, j, j - 1);
Debug.Assert(IsSorted(a));
}
/// <summary>
/// 用快速排序对数组 a 的 lo ~ hi 范围排序。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要排序的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要排序的数组。</param>
/// <param name="lo">排序范围的起始下标。</param>
/// <param name="hi">排序范围的结束下标。</param>
protected void Sort<T>(T[] a, int lo, int hi) where T: IComparable<T>
{
if (hi <= lo) // 别越界
return;
if (hi - lo <= M)
{
return; // 直接忽略
}
var j = Partition(a, lo, hi);
Sort(a, lo, j - 1);
Sort(a, j + 1, hi);
}
/// <summary>
/// 对数组进行切分,返回枢轴位置。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要切分的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要切分的数组。</param>
/// <param name="lo">切分的起始点。</param>
/// <param name="hi">切分的末尾点。</param>
/// <returns>枢轴下标。</returns>
private int Partition<T>(T[] a, int lo, int hi) where T : IComparable<T>
{
int i = lo, j = hi + 1;
var v = a[lo];
while (true)
{
while (Less(a[++i], v))
if (i == hi)
break;
while (Less(v, a[--j]))
if (j == lo)
break;
if (i >= j)
break;
Exch(a, i, j);
}
Exch(a, lo, j);
return j;
}
/// <summary>
/// 打乱数组。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要打乱的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要打乱的数组。</param>
private void Shuffle<T>(T[] a)
{
var random = new Random();
for (var i = 0; i < a.Length; i++)
{
var r = i + random.Next(a.Length - i);
var temp = a[i];
a[i] = a[r];
a[r] = temp;
}
}
}
QuickSortInsertion
public class QuickSortInsertion : BaseSort
{
/// <summary>
/// 切换到插入排序的阈值。
/// </summary>
public int M { get; set; }
/// <summary>
/// 默认构造函数。
/// </summary>
public QuickSortInsertion()
{
M = 10;
}
/// <summary>
/// 用快速排序对数组 a 进行升序排序。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要排序的类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要排序的数组。</param>
public override void Sort<T>(T[] a)
{
Shuffle(a);
Sort(a, 0, a.Length - 1);
Debug.Assert(IsSorted(a));
}
/// <summary>
/// 用快速排序对数组 a 的 lo ~ hi 范围排序。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要排序的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要排序的数组。</param>
/// <param name="lo">排序范围的起始下标。</param>
/// <param name="hi">排序范围的结束下标。</param>
protected void Sort<T>(T[] a, int lo, int hi) where T: IComparable<T>
{
if (hi <= lo) // 别越界
return;
if (hi - lo <= M)
{
// 调用插入排序
for (var i = lo; i <= hi; i++)
for (var k = i; k > lo && Less(a[k], a[k - 1]); k--)
Exch(a, k, k - 1);
return;
}
var j = Partition(a, lo, hi);
Sort(a, lo, j - 1);
Sort(a, j + 1, hi);
}
/// <summary>
/// 对数组进行切分,返回枢轴位置。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要切分的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要切分的数组。</param>
/// <param name="lo">切分的起始点。</param>
/// <param name="hi">切分的末尾点。</param>
/// <returns>枢轴下标。</returns>
private int Partition<T>(T[] a, int lo, int hi) where T : IComparable<T>
{
int i = lo, j = hi + 1;
var v = a[lo];
while (true)
{
while (Less(a[++i], v))
if (i == hi)
break;
while (Less(v, a[--j]))
if (j == lo)
break;
if (i >= j)
break;
Exch(a, i, j);
}
Exch(a, lo, j);
return j;
}
/// <summary>
/// 打乱数组。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">需要打乱的数组类型。</typeparam>
/// <param name="a">需要打乱的数组。</param>
private void Shuffle<T>(T[] a)
{
var random = new Random();
for (var i = 0; i < a.Length; i++)
{
var r = i + random.Next(a.Length - i);
var temp = a[i];
a[i] = a[r];
a[r] = temp;
}
}
}
测试用例
var insertion = new QuickSortInsertion();
var ignore = new QuickSortIgnore();
var arraySize = 20000; // 初始数组大小。
const int mSteps = 1; // M 值的递增次数。
const int trialTimes = 4; // 每次实验的重复次数。
const int trialLevel = 10; // 双倍递增的次数。
Console.WriteLine("M\tn\t\tignore\tinsert\tratio");
for (var i = 0; i < mSteps; i++)
{
var array = arraySize;
for (var j = 0; j < trialLevel; j++)
{
double timeIgnore = 0;
double timeInsertion = 0;
for (var k = 0; k < trialTimes; k++)
{
var a = SortCompare.GetRandomArrayInt(array);
var b = new int[a.Length];
a.CopyTo(b, 0);
timeInsertion += SortCompare.Time(insertion, b);
timeIgnore += SortCompare.Time(ignore, a);
}
timeIgnore /= trialTimes;
timeInsertion /= trialTimes;
if (array < 10000000)
Console.WriteLine(
ignore.M
+ "\t"
+ array
+ "\t\t"
+ timeIgnore
+ "\t"
+ timeInsertion
+ "\t"
+ timeIgnore / timeInsertion);
else
Console.WriteLine(
ignore.M + "\t" + array + "\t" + timeIgnore + "\t" + timeInsertion + "\t" + timeIgnore / timeInsertion);
array *= 2;
}
ignore.M++;
}