Optimization 在Mathematica中，传递包含大量数据的变量会花费大量内存和时间吗？

我正在编写一个基于Ukkonen算法的Mathematica后缀树构造算法

我的问题是，将我的整个树结构（我存储在一个列表中）传递给一个函数进行搜索，会花费我的程序大量的内存和时间，因为我必须在算法中多次使用一些函数吗

例如，我有一个搜索特定节点的子节点的函数，我使用

Select

函数搜索整个树

getChildren[parentID_] := Select[tree, #[[3]] == parentID &];

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但是我需要访问树，所以将整个树结构传递给函数合理吗？因为似乎没有一种方法可以使变量在整个笔记本中成为全局变量。或者有其他方法可以解决这个问题吗？

不，传递表达式不需要额外的内存。在函数式语言中，Mathematica对象通常是：不能修改它们，而是在使用某些函数对它们进行变换时创建一个新对象。这也意味着，如果不转换它们，它们就不会被复制，无论在函数之间传递了多少

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从用户的角度来看，Mathematica表达式是树，但我认为它们在内部存储为，即同一子表达式在内存中只能存储一次，而不管它在完整表达式中出现多少次（例如，请参见的文档页）

下面是一个例子来说明：

首先，确保

输入

/

输出

不会占用额外内存：

In[1]:= $HistoryLength = 0;

检查内存使用情况：

In[2]:= MemoryInUse[]
Out[2]= 13421756

让我们创建一个占用大量内存的表达式：

In[3]:= s = f@Range[1000000];

In[4]:= MemoryInUse[]
Out[4]= 17430260

现在把这个表达式重复一百次

In[5]:= t = ConstantArray[s, 100];

。。。请注意，内存使用几乎没有增加：

In[6]:= MemoryInUse[]
Out[6]= 18264676

具有误导性，因为它不报告实际使用的物理内存，但报告如果不允许公共子表达式共享相同内存时将使用的内存：

In[7]:= ByteCount[t]
Out[7]= 400018040

值得注意的一点是：如果从

s

中删除

f[…]

，并将

s

和

t

都设置为普通的数字数组，那么这种内存共享将不会发生，内存使用量将跃升到~400 MB

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无论您将

树

设置为全局变量还是

getChildren

的参数，都不会影响内存使用。

进一步了解Szabolcs的答案，如果您确实需要修改数据，您可能会发现关于“按引用传递”的问题很有用：

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您的意思是“没有办法使变量在整个笔记本中成为全局变量”吗？如果定义

tree=5

，则

tree

在

Global

上下文中到处都是5（这是默认值）。默认情况下，它是全局的，除非你在追求其他行为。回答得很好！为了进一步确认您描述的图片，可以对

t

中的某个元素进行赋值，例如：

t[[1,1]]=2

，并注意到与单个

s

实例的大小相对应的内存消耗立即增加。您观察数字数组的原因很微妙：这只是因为

Range

生成压缩数组，并且您使用了

ConstantArray

（而不是例如

Table

）。关键是，

ConstantArray

将从压缩数组中生成压缩数组，并且您不能在大型压缩数组中共享内存，因为它是。。。。。。基于直接C的内存布局。您是否应该使用

ur=Developer`FromPackedArray[Range[1000000]]；t=ConstantArray[ur，{100}]

或

r=Range[1000000]；t=表[r，{100}]，您会看到相同的内存共享，因为结果没有打包（这意味着有中间指针，共享是可能的-或者至少这是我目前对此的描述）。我会稍微将关于不变性的声明更改为：“除非存储在变量中，否则不能修改它们“-Mathematica不是一种纯粹的函数式语言，可变性是可能的。@LeonidShifrin@Szabolcs我的测试表明，在第一个示例中，
ConstantArray
也消耗了相同数量的内存。看看怎么解释？@user15964我看不出有什么问题。在第一种情况下，构建一个压缩数组，并将其包装到
f
中。在第二种情况下，您构建了一个对
f[first array]
的引用的常量数组。也许，指针和整数各占用8个字节，这就是为什么内存使用量增加的大小是相同的。我现在没有时间深入研究了。既然你提到了这个话题，让我提一下，虽然这个问题的公认答案确实有效，但从程序设计的角度来看，我通常建议不要以那种方式使用
未评估的
：应该设计自包含的函数，然而，只有当用户没有忘记在参数周围包装
Unevaluated
时，函数才会工作，而且，对于函数本身，没有办法捕捉到这种遗漏。依我看，在这种情况下，Hold属性比
未评估的属性更可取。@Leonid-我更改了链接以参考您的答案。（无论如何，这是我的第一个意图。）谢谢，但我的回答也不是一般性的建议——这个问题受到CDF的限制，其中明确的Hold属性不能附加到符号上。显然，这里还没有人问过一个简单的问题，比如“在数学中通过引用传递”（或者至少我知道），而对这样一个话题进行讨论似乎是非常可取的。@LeonidShifrin，我想问一下，你是否有一个更新版本的struct/object方法，显示在你的帖子末尾。我喜欢它，并想检查一下，如果你有一个更新的版本，在我写的演示使用。如果没有什么变化，我会的