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python - F# 或 Ocaml 优化

问题描述

我试图理解为什么以下 Python 代码比 F# 和 Ocaml 版本运行得更快：

from sys import stdin, stdout

def read():
    return stdin.readline().rstrip()
    
def readints():
    return [int(x) for x in read().split()]

_, _, q = readints()
A = readints()
B = readints()

for _ in range(q):
    arr = [0]*4001
    l1, r1, l2, r2 = readints()
    for i in range(l1-1, r1):
        arr[A[i]] ^= 1
    for i in range(l2-1, r2):
        arr[B[i]] ^= 1
    result = sum(arr)
    stdout.write(str(result)+"\n")

这是我花了几个小时学习该语言的 Ocaml 版本：

let open Printf in
let parse_line () =
    read_line()
    |> String.trim
    |> Str.split (Str.regexp_string " ")
    |> Array.of_list
    |> Array.map int_of_string in
let nmq = parse_line() in
let n = nmq.(0) in
let m = nmq.(1) in
let q = nmq.(2) in
let a = parse_line() in
let b = parse_line() in
for i = 1 to q do
    let arr = Array.create 4001 0 in
    let llrr = parse_line() in
    let l1 = llrr.(0) in
    let r1 = llrr.(1) in
    let l2 = llrr.(2) in
    let r2 = llrr.(3) in
    for i = l1-1 to r1-1 do
        arr.(a.(i)) <- arr.(a.(i)) lxor 1
    done;
    for i = l2-1 to r2-1 do
        arr.(b.(i)) <- arr.(b.(i)) lxor 1
    done;
    printf "%d\n" (Array.fold_left (+) 0 arr)
done;

这是相同的，但在 F#

open System
open System.IO
let out = new StreamWriter(Console.OpenStandardOutput())
let readints () = [ for x in stdin.ReadLine().TrimEnd().Split() -> int(x) ]
let mutable [ _; _; q ] = readints()
let a = readints()
let b = readints()
for _ in 1..q do
  let arr = Array.create 4001 0
  let [ l1; r1; l2; r2 ] = readints()
  for i in l1-1 .. r1-1 do
    arr.[a.[i]] <- arr.[a.[i]] ^^^ 1
  for i in l2-1 .. r2-1 do
    arr.[b.[i]] <- arr.[b.[i]] ^^^ 1
  out.WriteLine(Array.sum(arr))
out.Close()

示例输入：

5 5 2     
76 56 34 52 12
10 91 86 10 91    
1 5 2 5
2 2 2 5

输出：

7
3

关于如何提高 Ocaml 或 F# 程序的性能的任何想法？谢谢！

更新

实现@FyodorSoikin 和@JL0PD，F# 代码现在通过了 5 个测试用例中的 2 个：

open System
open System.IO

let out = new StreamWriter(Console.OpenStandardOutput())

let readints () = [| for x in stdin.ReadLine().TrimEnd().Split() -> int(x) |]

let mutable q = readints().[2]
let a = readints()
let b = readints()

for t=1 to q do
  let arr = Array.zeroCreate 4001
  let llrr = readints()
  let l1 = llrr.[0]
  let r1 = llrr.[1]
  let l2 = llrr.[2]
  let r2 = llrr.[3]
  for i = l1-1 to r1-1 do
    arr.[a.[i]] <- arr.[a.[i]] ^^^ 1
  for i = l2-1 to r2-1 do
    arr.[b.[i]] <- arr.[b.[i]] ^^^ 1
  out.WriteLine(Array.sum(arr))

out.Close()

标签： pythonf#ocaml

解决方案

这是一个更惯用的 OCaml 代码，虽然你没有告诉任务是什么，所以实现只是尽可能接近你的

open Printf

let parse_line () =
  read_line () |> String.trim |>
  String.split_on_char ' ' |>
  List.map int_of_string |>
  Array.of_list


let main () =
  match parse_line () with
  | [|n;m;q|] ->
    let a = parse_line () in
    let b = parse_line () in
    let arr = Array.make 4001 0 in
    for i = 1 to q do
      match parse_line () with
      | [|l1; r1; l2; r2 |] ->
        Array.fill arr 0 (Array.length arr) 0;
        for i = l1-1 to r1-1 do
          arr.(a.(i)) <- arr.(a.(i)) lxor 1
        done;
        for i = l2-1 to r2-1 do
          arr.(b.(i)) <- arr.(b.(i)) lxor 1
        done;
        printf "%d\n" (Array.fold_left (+) 0 arr)
      | _ -> failwith "wrong input: expects four numbers"
    done
  | _ -> failwith "wrong input on line 1: expects three numbers"

let () = main ()

它使用了一个更高效的parse_line函数，它不依赖于正则表达式进行字符串拆分，尽管我认为它并不重要，因为它不经常被调用（假设它q很小）。另一个小的优化是我将数组创建移出循环并用零重新填充它，而不是在每次迭代时创建一个新的（也是一个小的优化，考虑到 OCaml 的速度有多快，我不希望它产生很大的影响） s GC 正在工作）。

更好的实现将完全避开中间arr值。

另外，我真的不认为 Python 实现在绝对数字上比 OCaml 或 F# 快，我认为它没有通过测试，因为它比其他 OCaml 实现慢。

PS找到实际任务后，我可以看到它q可能会很大并且parse_line会成为瓶颈，这里有很大的改进空间。

此外，您的方法的最弱点是您正在执行 4k 迭代并创建一个 4k 条目数组，两者都是完全不必要的并且对性能至关重要。您只需要计算主题的数量，因此为每个可能的主题编号分配一个包含 4k 个条目的数组并不是最优的。您可以为此使用哈希表。

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