为什么矢量比unordered_map快？

Posted 2021-03-27

我在LeetCode上解决了一个问题，但是还没有人能够解释我的问题。

问题是这样的：

给定一个任意赎金票据字符串和另一个包含所有杂志字母的字符串，写一个函数，如果赎金票据可以从杂志上构建，它将返回true;否则，它将返回false。

杂志字符串中的每个字母只能在赎金票据中使用一次。

注意：您可以假设两个字符串仅包含小写字母。

canConstruct("a", "b") -> false
canConstruct("aa", "ab") -> false
canConstruct("aa", "aab") -> true

My code (which takes 32ms):

class Solution {
public:
    bool canConstruct(string ransomNote, string magazine) {
        if(ransomNote.size() > magazine.size()) return false;
        unordered_map<char, int> m;

        for(int i = 0; i < magazine.size(); i++)
            m[magazine[i]]++;

        for(int i = 0; i < ransomNote.size(); i++)
        {
            if(m[ransomNote[i]] <= 0) return false;
            m[ransomNote[i]]--;
        }
        return true;
    }
};

The code (which I dont know why is faster - takes 19ms):

bool canConstruct(string ransomNote, string magazine) {
        int lettersLeft = ransomNote.size(); // Remaining # of letters to be found in magazine
        int arr[26] = {0};
        for (int j = 0; j < ransomNote.size(); j++) {
            arr[ransomNote[j] - 'a']++; // letter - 'a' gives a value of 0 - 25 for each lower case letter a-z
        }

        int i = 0;
        while (i < magazine.size() && lettersLeft > 0) {
            if (arr[magazine[i] - 'a'] > 0) {
                arr[magazine[i] - 'a']--;
                lettersLeft--;
            }
            i++;
        }
        if (lettersLeft == 0) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

这两者具有相同的复杂性并使用相同的结构来解决问题，但我不明白为什么一个人花费的时间几乎是另一个的两倍。查询向量的时间是O（1），但对于unordered_map它是相同的。向其中任何一个添加条目/密钥的情况相同。

请问，有人可以解释为什么运行时间变化如此之大？

答案

首先要注意的是，虽然查询unordered_map的平均时间是不变的，但最糟糕的情况不是O(1)。你可以看到here它实际上升到O(N)的顺序，N表示容器的大小。

其次，由于vector分配了内存的连续部分，因此即使在最坏的情况下，访问该内存也非常高效且实际上是恒定的。 （即简单的指针算法，而不是计算更复杂的散列函数的结果）还有可能涉及可能涉及的顺序存储器的各种级别的缓存（即，取决于您的代码运行的平台），这可能是与使用vector的代码相比，使用unordered_map执行代码的速度更快。

实质上，就复杂性而言，vector的最坏情况性能比unordered_map更有效。最重要的是，大多数硬件系统都提供缓存等功能，这使得vector的使用范围更大。 （即O(1)操作中较小的常数因素）

另一答案

您的第二种方法使用普通C数组，其中访问元素是一个简单的指针取消引用。但unordered_map的情况并非如此。有两点需要注意：

1. 首先，访问元素不是简单的指针取消引用。它必须做其他工作来维护它的内部结构。 unordered_map实际上是一个哈希表，C ++标准间接要求it to be implemented using open addressing，这是一个比简单数组访问更复杂的算法。
2. 其次，O（1）访问平均而不是最坏情况。

由于这些原因，即使它们具有相同的运行时复杂性，也难怪阵列版本比unordered_map工作得更好。这是另一个具有相同运行时复杂度的代码执行不同的示例。

只有当你有大量的钥匙时才会看到unordered_map的好处（这里与固定的26相对）。