Java 为什么位图排序不会比合并排序快很多？

我正在编写Peals程序，第一篇文章是关于在已知范围内对数字进行排序的。作为一个聪明的解决方案，他们提供了一个位图的实现，将输入文件中的所有数字设置为位图中的一，然后简单地对其进行迭代以打印结果。假设这应该比更传统的排序算法（如quicksort或mergesort）快得多

为了测试这一点，我自己用Java编写了位图排序。当我发现使用merge-sort的Unix-sort命令仍然快得多时，我并不感到惊讶。我认为这是因为它是用C编写的，可能是一些非常聪明的人对它进行了高度优化

于是，我编写了自己的合并排序，也是用Java编写的。令我惊讶的是，我的BitmapSort速度更快，但只差一点点。对于一个非常大的输入文件（+-800000个整数），bitmapsort的速度仅快30%

以下是我的位图排序和位图实现：

import java.util.Scanner;
import java.io.FileReader;
import java.io.File;

class BitmapSort {
    Scanner sc;

    BitmapSort() throws Exception {
        sc = new Scanner(new File("numbers.txt"));
    }

    void start() {
        BitMap map = new BitMap(3000000);
        while (sc.hasNextInt()) {
            map.set(sc.nextInt());
        }
        for (int i = 0; i < 3000000; i++) {
            if (map.isSet(i)) {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new BitmapSort().start();
    }
}


class BitMap {

    byte[] bits;
    int size;


    BitMap(int n) {
        size = n;
        bits = new byte[(int) Math.ceil((double) n / (double) Byte.SIZE)];
        for (Byte b : bits) {
            b = 0;
        }
    }

    private String toBinary(byte b) {
        return String.format(Integer.toBinaryString(b & 0xFF)).replace(' ', '0');
    }

    void set(int i) {
        int index = i / Byte.SIZE;
        bits[index] = (byte) ((bits[index] | (byte) (1 << (Byte.SIZE - 1 - (i % Byte.SIZE)))));
    }

    void unset(int i) {
        int index = i / Byte.SIZE;
        bits[index] = (byte) ((bits[index] ^ (byte) (1 << (Byte.SIZE - 1 - (i % Byte.SIZE)))));
    }

    boolean isSet(int i) {
        int index = i / Byte.SIZE;
        byte mask = (byte) ((bits[index] & (byte) (1 << (Byte.SIZE - 1 - (i % Byte.SIZE)))));
        return (bits[index] & mask) != 0;
    }

}

import java.util.Scanner；
导入java.io.FileReader；
导入java.io.File；
类位图排序{
扫描仪sc；
BitmapSort（）引发异常{
sc=新扫描仪（新文件（“numbers.txt”）；
}
void start（）{
位图映射=新位图（3000000）；
while（sc.hasnetint（））{
map.set（sc.nextInt（））；
}
对于（int i=0；i<3000000；i++）{
if（地图isSet（i））{
系统输出打印LN（i）；
}
}
}
公共静态void main（字符串[]args）引发异常{
新建BitmapSort（）.start（）；
}
}
类位图{
字节[]位；
整数大小；
位图（int n）{
尺寸=n；
bits=新字节[（int）Math.ceil（（double）n/（double）byte.SIZE）]；
for（字节b：位）{
b=0；
}
}
专用字符串toBinary（字节b）{
返回String.format（Integer.toBinaryString（b&0xFF））.replace（“”，'0'）；
}
无效集（int i）{
int index=i/Byte.SIZE；
位[索引]=（字节）（（位[索引]|（字节））（1首先，编程珍珠（Programming Pearls）的文章是在内存层次结构的影响变得像今天这样严重之前撰写的。800K字节的映射添加了大量随机访问内存流量，很可能导致缓存未命中。Mergesorts往往具有良好的本地内存性能。
我怀疑您的位集排序是IO限制的。它是如何实现的r格式化是否将所有数字读入内存，然后将性能计时到内存中的数据上？此外，我可以在您的实现中看到一些错误。
for（Byte b:bits）{b=0；}
并不像你想象的那样。它实际上对
位绝对没有影响
unset
正在执行一个切换而不是一个unset操作。谢谢！我的程序中没有使用unset操作，所以这不是一个真正的问题。构造函数中的for循环是不幸的，但与J一样也不应该是一个问题ava自动将字节初始化为0（对吗？）。通过先读入，然后进行基准测试，bitmapsort的速度大约快了54%，这是令人鼓舞的。尽管如此，我还是希望它更快…我确实看到了答案。但是，我有一些问题。为什么在java中使用BitSet来实现此目的时要创建位图。在构造函数中设置0的目的是什么。默认情况下，它是零？当你说它快了30%时-你是如何测量的？涉及哪些方法？在合并排序中没有文件读取（IO）但在位图排序中，您有IO操作。最后，您不需要检查每个位是否已设置。检查位集中的nextSetBit方法比您的有效得多。啊，很好！我没有想到。谢谢！@Gene-我不明白。这两种方法都创建数组[]80k。一个和另一个有何不同？在这两种方法中，他们都是使用索引访问数组。-为我的错误道歉ignorance@Mani位图方法从文件中读取随机整数，并在相应的位置设置一个位。由于输入是随机的，所以内存中的位置也是随机的。@Linus。在数组中设置随机数发生在n本地内存（RAM）是否会导致性能下降？（同意从文件部分读取。在本文中不应考虑这一点，因为我们正在比较排序算法而不是读取部分）。我认为这发生在O（1）中时间。谢谢。@Mani随机访问大块内存确实会导致程序运行速度比按顺序和/或本地访问慢得多。请阅读“内存层次结构”。当按本地和/或顺序访问时，现代内存的运行速度要快几个数量级。
import java.util.Scanner;
import java.io.FileReader;
import java.io.File;

class MergeSort {
    Scanner sc;
    static int times;

    MergeSort() throws Exception {
        sc = new Scanner(new File("numbers.txt"));
        times = 0;
    }


    int[] mergeSort(int[] input) {
        if (input.length <= 1) {
            return input;
        }

        int middle = input.length / 2;

        int[] left = new int[middle];
        int[] right;
        if (input.length % 2 == 0) {
            right = new int[middle];
        } else {
            right = new int[middle + 1];
        }

        for (int i = 0; i < middle; i++) {
            left[i] = input[i];
        }
        for (int i = middle; i < input.length; i++) {
            right[i - middle] = input[i];
        }
        left = mergeSort(left);
        right = mergeSort(right);
        return merge(left, right);
    }

    int[] merge(int[] left, int[] right) {
        times++;
        int[] result = new int[left.length + right.length];
        int left_size = 0;
        int right_size = 0;
        int result_size = 0;
        while (left_size < left.length || right_size < right.length) {
            if (left_size < left.length && right_size < right.length) {
                if (left[left_size] <= right[right_size]) {
                    result[result_size] = left[left_size];
                    left_size++;
                    result_size++;
                } else {
                    result[result_size] = right[right_size];
                    right_size++;
                    result_size++;
                }
            } else if (left_size < left.length) {
                result[result_size] = left[left_size];
                left_size++;
                result_size++;
            } else if (right_size < right.length) {
                result[result_size] = right[right_size];
                right_size++;
                result_size++;
            }
        }
        return result;
    }

    void start() {
        int[] input = new int[838662];
        int i = 0;
        while (sc.hasNextInt()) {
            input[i] = sc.nextInt();
            i++;
        }


        int[] result = mergeSort(input);
        for (int j : result) {
            System.out.printf("%d\n", j);
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new MergeSort().start();
    }
}