Vector与List在对序列元素进行增删操作时性能的比较

Posted 2023-02-21 akynazh

我们知道vector结构 与 list结构 在对序列元素进行增删操作时的性能有差异，现在我们在实际的学生成绩管理程序中进行测试比较。

习题来源：《accelerated C++》P85: 习题5-2：

编写完整的新版计算学生成绩的程序，并且使用vector抽取不及格的学生的记录。然后再编写一个使用list的版本。对与100行，1000行，10000行的输入文件，分别比较这两个版本的性能差异。

ps: 由于只有extract_fails函数部分涉及对序列元素的增删操作，所以测试点为使用extract_fails函数的部分代码。每种规模的测试共进行5次。

两者测试点处代码是相同的：

	clock_t start = clock();
	fail_students = extract_fails(students);
	clock_t end = clock(); 
	cout << "time = " << (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<< "s" << endl; 

基于vector结构的extract_fails函数：

vector<Student_info> extract_fails(vector<Student_info>& students)

	vector<Student_info> fail;
	vector<Student_info>::iterator iter = students.begin();
	while(iter != students.end())
		if(fgrade(*iter))
			fail.push_back(*iter);
			iter = students.erase(iter);//使得iter指向被删除元素之后跟着的元素 
		else
			++iter;
	
	return fail;

改写后的基于list结构的extract_fails函数：

list<Student_info> extract_fails(list<Student_info>& students)

	list<Student_info> fail;
	list<Student_info>::iterator iter = students.begin();
	while(iter != students.end())
		if(fgrade(*iter))
			fail.push_back(*iter);
			iter = students.erase(iter);//使得iter指向被删除元素之后跟着的元素 
		else
			++iter;
	
	return fail;

vector测试结果：

100组数据： 0.001s 0.001s 0.001s 0.001s 0.001s
1000组数据: 0.024s 0.023s 0.022s 0.024s 0.023s
10000组数据: 2.232s 2.243s 2.146s 2.141s 2.235s

list测试结果：

//100数据： 0.000s 0.000s 0.000s 0.000s 0.000s（数值太小以至于精度不够）
//1000数据: 0.001s 0.001s 0.001s 0.001s 0.001s
//10000数据: 0.009s 0.008s 0.007s 0.007s 0.008s

现象与分析：对比vector的测试结果，可以发现，list结构在对序列元素进行增删操作时时间明显快于vector，并且随着数据规模的增大，时间差异体现的更加明显。

结论:（1）list结构更适用于序列的增删操作（在这部分操作上时间复杂度明显低于vector）。
（2）随着数据规模增大，list的性能优势体现的更加明显。**

附上改写后的基于list结构的代码：

#include<algorithm>//sort
#include<iomanip>//setprecision
#include<ios>//streamsize
#include<iostream>
#include<string>
#include<list>
#include<stdexcept>//domain_error 

using namespace std;	

struct Student_info
	string name;
	double midterm,final;
	list<double> homework;
; //学生结构体 

//计算中值的函数
double median(list<double> LIST)

	if(LIST.size()==0)
		throw domain_error("median of an empty vector");
	LIST.sort();
	list<double>::iterator iter = LIST.begin(); 
	if(LIST.size()%2 != 0)
	
		list<double>::size_type i = 0;
		while(i != LIST.size()/2)
			i++;	
			iter++;
		
		return *iter;
	
	else
	
		list<double>::size_type i = 0;
		while(i != LIST.size()/2)
			i++;
			iter++;
		
		return (*iter+*(++iter))/2;
	


//三个计算grade的函数，利用了重载，这里省略了函数内容。
double grade(double midterm,double final,double homework)
double grade(double midterm,double final,const list<double>& hw)
double grade(const Student_info& s)

//两个输入成绩的函数，同样利用了重载，省略了函数内容。
istream& read_hw(istream& in,list<double>& hw)
istream& read(istream& is, Student_info& s)


bool compare(const Student_info& x,const Student_info& y)

	return x.name<y.name;
//用于sort的第三个参数，谓词，用于按名字进行的排名 

//判断最终成绩是否及格 
bool fgrade(const Student_info& s)

	return grade(s) < 60;


//测试点函数
//剔除不及格学生，并且得到不及格学生的名单fail 
list<Student_info> extract_fails(list<Student_info>& students)

	list<Student_info> fail;
	list<Student_info>::iterator iter = students.begin();
	while(iter != students.end())
		if(fgrade(*iter))
			fail.push_back(*iter);
			iter = students.erase(iter);//使得iter指向被删除元素之后跟着的元素 
		else
			++iter;
	
	return fail;


int main()

	list<Student_info> students, fail_students;
	Student_info record;
	string::size_type maxlen = 0;
	while(read(cin,record))
		maxlen=max(maxlen,record.name.size());
		students.push_back(record);
	//找出最长的名字长度
	
	//同样的，对extract_fails函数部分进行测试
	//测试点
	clock_t start = clock();
	fail_students = extract_fails(students);
	clock_t end = clock(); 
	cout << "time = " << (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<< "s" << endl;
	
	//根据名字进行排序
	students.sort(compare);
	fail_students.sort(compare);
	
	cout << "students who have passed:" << endl << endl;
	list<Student_info>::iterator iter1 = students.begin(),
						   iter2 = fail_students.begin();
	while(iter1 != students.end())
		cout << (*iter1).name << string(maxlen + 1 - (*iter1).name.size(), ' ');
		try
			double final_grade = grade(*iter1);
			streamsize prec = cout.precision();
			cout << setprecision(3) << final_grade//保留三位有效数字
				 << setprecision(prec) << endl;
		catch(domain_error e)
		cout << e.what();
		
	cout<<endl;
	iter1++;
	
	
	cout << "students who have failed:" << endl << endl;
	while(iter2 != fail_students.end())
		cout << (*iter2).name << string(maxlen + 1 - (*iter2).name.size(), ' ');
		try
			double final_grade = grade(*iter2);
			streamsize prec = cout.precision();
			cout << setprecision(3) << final_grade
				 << setprecision(prec) << endl;
		catch(domain_error e)
		cout << e.what();
		
	cout << endl;
	iter2++;
	
	return 0;

注：参考书籍《accelerated C++》