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ということで、Trie を OCaml から移植しました。残念ながら、tryFind に関しては、標準の Map よりも遅くなります。私はこれを理解していません - トライはもっと速いはずです。F# のコード ライブラリは、ユーザーが通常デプロイするコードよりも高速になるように、特別な方法で構築されていますか?

ここにコードがあります -

[<RequireQualifiedAccess>]
module Trie

type Node<'k, 'v when 'k : comparison> =
    { TrieMap : Map<'k, Node<'k, 'v>>
      TrieKvp : ('k list * 'v) option }
    member inline x.IsEmpty = x.TrieKvp.IsNone && x.TrieMap.IsEmpty

let inline make map kvp =
    { TrieMap = map
      TrieKvp = kvp }

let inline makeEmpty () : Node<'k, 'v> = make Map.empty None

let inline isEmpty (node : Node<'k, 'v>) = node.IsEmpty

let rec tryFind (key : 'k list) node =
    if key.IsEmpty then
        match node.TrieKvp with
        | Some (_, value) -> Some value
        | None -> None
    else
        let keyHead = key.Head
        let keyTail = key.Tail
        let optSubNode = Map.tryFind keyHead node.TrieMap
        match optSubNode with
        | Some subNode -> tryFind keyTail subNode
        | None -> None

let inline containsKey key node =
    (tryFind key node).IsSome

let rec addInternal (key : 'k list) value node =
    if key.IsEmpty then make node.TrieMap (Some (key, value))
    else
        let keyHead = key.Head
        let keyTail = key.Tail
        let newTrie =
            match Map.tryFind keyHead node.TrieMap with
            | Some subTrie -> subTrie
            | None -> makeEmpty ()
        let newTrie2 = addInternal keyTail value newTrie
        make (Map.add keyHead newTrie2 node.TrieMap) node.TrieKvp

let inline add key value node =
    addInternal key value node

let rec addMany kvps node =
    if Seq.isEmpty kvps then node
    else
        let kvpHead = Seq.head kvps
        let kvpTail = Seq.skip 1 kvps
        let newTrie = add (fst kvpHead) (snd kvpHead) node
        addMany kvpTail newTrie

let inline ofList kvps =
    addMany kvps (makeEmpty ())

let inline ofListBy by kvps =
    let pairs = List.map by kvps
    ofList pairs

let rec foldInternal folder rev node state =
    match node.TrieKvp with
    | Some (_, value) -> folder (Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap) (List.rev rev) value
    | None -> Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap

let inline fold folder state node =
    foldInternal folder [] node state

let rec map (mapper : 'k list -> 'v -> 'a) (node : Node<'k, 'v>) : Node<'k, 'a> =
    match node.TrieKvp with
    | Some (key, value) -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) (Some (key, mapper key value))
    | None -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) None

let inline toValueList node =
    fold (fun state _ value -> value :: state) [] node

let inline singleton (key, value) =
    add key value (makeEmpty ())

これは、Jon Harrop が提供したパフォーマンス テストで、改善を測定するのに十分であることがわかりました。

let xs = Array.init 1000000 (fun i -> [i])
let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let mutable t = Trie.makeEmpty()
for i=0 to xs.Length-1 do
    t <- Trie.add xs.[i] xs.[i] t
printfn "Trie took %fs to build" timer.Elapsed.TotalSeconds
timer.Restart()
for _ in 1..100 do
    for i=0 to xs.Length-1 do
        ignore(Trie.tryFind xs.[i])
printfn "Trie took %fs to search" timer.Elapsed.TotalSeconds

let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let mutable t = Map.empty
for i=0 to xs.Length-1 do
    t <- Map.add xs.[i] xs.[i] t
printfn "Map took %fs to build" timer.Elapsed.TotalSeconds
timer.Restart()
for _ in 1..100 do
    for i=0 to xs.Length-1 do
        ignore(Map.tryFind xs.[i])
printfn "Map took %fs to search" timer.Elapsed.TotalSeconds

注: より高速な検索データ構造を念頭に置いている場合は、永続的なデータ構造が必要であることに注意してください。

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3 に答える 3

4

残念ながら、tryFindに関しては、標準のマップよりも実行速度が遅くなります。私はこれを理解していません-トライはもっと速いはずのようです。

Mapここでの簡単なベンチマークは、少なくとも単純な場合よりもトライがすでに高速であることを示しています。

do
    let n = 0
    let xs = Array.init 1000000 (fun i -> [i])
    let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
    let mutable t = Trie.makeEmpty()
    for i=0 to xs.Length-1 do
        t <- Trie.add xs.[i] xs.[i] t
    printfn "Trie took %fs to build" timer.Elapsed.TotalSeconds
    timer.Restart()
    for _ in 1..100 do
        for i=0 to xs.Length-1 do
            ignore(Trie.tryFind xs.[i])
    printfn "Trie took %fs to search" timer.Elapsed.TotalSeconds

    let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
    let mutable t = Map.empty
    for i=0 to xs.Length-1 do
        t <- Map.add xs.[i] xs.[i] t
    printfn "Map took %fs to build" timer.Elapsed.TotalSeconds
    timer.Restart()
    for _ in 1..100 do
        for i=0 to xs.Length-1 do
            ignore(Map.tryFind xs.[i])
    printfn "Map took %fs to search" timer.Elapsed.TotalSeconds

どちらの場合も、トライをビルドするのに4秒、ビルドするのに8.7秒、検索しようMapとし0.7ています。

ただし、実装には改善の余地がたくさんあります。私は最近、ここで公開されたF#での最適化された汎用永続ハッシュトライの実装に関する記事を書きました。

後のコメントは、これを使用して文字列にマップすることだけを望んでいることを意味します。もしそうなら、文字列キーにトライを特化する方がはるかに効率的です。

編集

KVBは、「改善の余地」について詳しく説明することを提案したので、ここにいくつかのフィードバックがあります。

  • 最適化として慎重に使用inlineし、説得力のあるパフォーマンス測定に基づいてのみ使用してください。
  • 関数emptyではなく値を作成します。
  • 可能な限り避けList.headてください。List.tail代わりにパターンマッチングを使用してください。
  • 可能な場合は一般性を避けてください(たとえば、この場合は文字列キーのハードコード)。
于 2012-07-14T10:36:58.883 に答える
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よし、もう少し考えた後、パフォーマンスの本当の違いは、キーに文字列ではなくリストを使用することにあるという仮説を立てた。文字列 (および配列) は、キャッシュの一貫性がはるかに優れています。それで、キーを 'k リストから文字列に変更して、ほら!私のアプリケーションでは、実際にパフォーマンスが Map よりも優れています!

ここにコードがあります -

[<RequireQualifiedAccess>]
module StringTrie

type Node<'v> =
    { TrieMap : Map<char, Node<'v>>
      TrieKvp : (string * 'v) option }
    member inline x.IsEmpty = x.TrieKvp.IsNone && x.TrieMap.IsEmpty

let inline make map kvp =
    { TrieMap = map
      TrieKvp = kvp }

let inline makeEmpty () : Node<'v> = make Map.empty None

let inline isEmpty (node : Node<'v>) = node.IsEmpty

let rec tryFindInternal (key : string) index node =
    if key.Length = index then
        match node.TrieKvp with
        | Some (_, value) -> Some value
        | None -> None
    else
        let optSubNode = Map.tryFind key.[index] node.TrieMap
        match optSubNode with
        | Some subNode -> tryFindInternal key (index + 1) subNode
        | None -> None

let inline tryFind (key : string) node =
    tryFindInternal key 0 node

let inline containsKey key node =
    (tryFind key node).IsSome

let rec addInternal (key : string) index value node =
    if key.Length = index then make node.TrieMap (Some (key, value))
    else
        let char = key.[index]
        let newTrie =
            match Map.tryFind char node.TrieMap with
            | Some subTrie -> subTrie
            | None -> makeEmpty ()
        let newTrie2 = addInternal key (index + 1) value newTrie
        make (Map.add char newTrie2 node.TrieMap) node.TrieKvp

let inline add key value node =
    addInternal key 0 value node

let rec addMany kvps node =
    if Seq.isEmpty kvps then node
    else
        let kvpHead = Seq.head kvps
        let kvpTail = Seq.skip 1 kvps
        let newTrie = add (fst kvpHead) (snd kvpHead) node
        addMany kvpTail newTrie

let inline ofList kvps =
    addMany kvps (makeEmpty ())

let inline ofListBy by kvps =
    let pairs = List.map by kvps
    ofList pairs

let rec foldInternal folder rev node state =
    match node.TrieKvp with
    | Some (_, value) -> folder (Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap) (List.rev rev) value
    | None -> Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap

let inline fold folder state node =
    foldInternal folder [] node state

let rec map (mapper : string -> 'v -> 'a) (node : Node<'v>) : Node<'a> =
    match node.TrieKvp with
    | Some (key, value) -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) (Some (key, mapper key value))
    | None -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) None

let inline toValueList node =
    fold (fun state _ value -> value :: state) [] node

let inline singleton (key, value) =
    add key value (makeEmpty ())

また、一般的に配列で動作し、高速なバージョンも作成しました-

[<RequireQualifiedAccess>]
module ArrayTrie

type Node<'k, 'v when 'k : comparison> =
    { TrieMap : Map<'k, Node<'k, 'v>>
      TrieKvp : ('k array * 'v) option }
    member inline x.IsEmpty = x.TrieKvp.IsNone && x.TrieMap.IsEmpty

let inline make map kvp =
    { TrieMap = map
      TrieKvp = kvp }

let inline makeEmpty () : Node<'k, 'v> = make Map.empty None

let inline isEmpty (node : Node<'k, 'v>) = node.IsEmpty

let rec tryFindInternal (key : 'k array) index node =
    if key.Length = index then
        match node.TrieKvp with
        | Some (_, value) -> Some value
        | None -> None
    else
        let optSubNode = Map.tryFind key.[index] node.TrieMap
        match optSubNode with
        | Some subNode -> tryFindInternal key (index + 1) subNode
        | None -> None

let inline tryFind (key : 'k array) node =
    tryFindInternal key 0 node

let inline containsKey key node =
    (tryFind key node).IsSome

let rec addInternal (key : 'k array) index value node =
    if key.Length = index then make node.TrieMap (Some (key, value))
    else
        let char = key.[index]
        let newTrie =
            match Map.tryFind char node.TrieMap with
            | Some subTrie -> subTrie
            | None -> makeEmpty ()
        let newTrie2 = addInternal key (index + 1) value newTrie
        make (Map.add char newTrie2 node.TrieMap) node.TrieKvp

let inline add key value node =
    addInternal key 0 value node

let rec addMany kvps node =
    if Seq.isEmpty kvps then node
    else
        let kvpHead = Seq.head kvps
        let kvpTail = Seq.skip 1 kvps
        let newTrie = add (fst kvpHead) (snd kvpHead) node
        addMany kvpTail newTrie

let inline ofList kvps =
    addMany kvps (makeEmpty ())

let inline ofListBy by kvps =
    let pairs = List.map by kvps
    ofList pairs

let rec foldInternal folder rev node state =
    match node.TrieKvp with
    | Some (_, value) -> folder (Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap) (List.rev rev) value
    | None -> Map.fold (fun state key value -> foldInternal folder (key :: rev) value state) state node.TrieMap

let inline fold folder state node =
    foldInternal folder [] node state

let rec map (mapper : 'k array -> 'v -> 'a) (node : Node<'k, 'v>) : Node<'k, 'a> =
    match node.TrieKvp with
    | Some (key, value) -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) (Some (key, mapper key value))
    | None -> make (Map.map (fun _ value -> map mapper value) node.TrieMap) None

let inline toValueList node =
    fold (fun state _ value -> value :: state) [] node

let inline singleton (key, value) =
    add key value (makeEmpty ())

パフォーマンスが向上すると思われる唯一の方法は、インデックスを何度も実行するのではなく、文字列への内部ポインタを取得して inc することです。これは F# では簡単ではないように見えますが、C# の配列では少なくとも可能のようです。

于 2012-07-15T01:00:04.107 に答える
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なぜそうではないでしょうか?OCaml はどうですか? あなたTrieはの観点から実装されているので、少なくともいくつかの入力Mapよりも遅くなると思います。サイズが非常に大きい場合など、場合によっては、Mapそれでもパフォーマンスが優れている可能性があります。Map

また、ルックアップのパフォーマンスが主な関心事である場合は、Trie をフリーズして にDictionary基づくノードを使用してみませんか?

于 2012-07-13T14:17:32.220 に答える