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es排序性能原理-ES 排序性能原理

在要跑后端面试那个大坑的时候,面试官说,不要跟我讲内存那些虚的,直接上冲量的理论。我脑子里瞬间就蹦出个画面,就是那个传说中的“最坏情况,最少空间”嘛,实际上就是那个 1.5 倍数组的算法。刚启动我还在纠结,为啥不用更高级的优化,比如归并排序呢?反正归并排序稳啊,啥时候用的?那时候我还当作,那是面试官在考我是不是懂理论,结局人家直接说,这题考察的是底层如何算的。 咱们直接掀开桌子,看那个如何算。 最根本的,不是那个数组本身是不是有序的,而是它如何被掏出来的。
要是你开了一个 1000 个数的数组,倒序一个个删,那确实是 O(n²),暴力操作。但面试官说的优化,实际上是利用了哈希表(要么说是集合)这种数据结构。当你把数组拆成一个个桶,每个桶里存一个索引,然后按顺序遍历,只要没找到之前的元素,就能直接扔进桶里,不再挨着排。
这就好比你往一堆乱堆的乐高零件上插积木,不用一个个对齐,直接按编号插进去就行。
这个思路,本质上就是利用了“插入”这种操作本身挺快,特别是内存布局好,根本不用动大库存项。 这时候我就想,难道不是直接写个快排了吗?快排肯定快,毕竟它是 O(n log n)嘛。
可是!快排讲究的是“分治”和“基准值”。拿一组数,随意挑一个当基准,比它小的放左边,大的放右边。
这时候难题来了,这组数本身是不是有序的?要是前面那几万个数全都在左半边,那随意挑个基准,这半边里肯定再也没法再比了,结局还是原地排序。
这时候我就悟了,快排不中,出于它忒依赖初始状态了。 那这里就露出了一个更大的坑。面试官可能是在暗示,我只要把数组拆分成一个个“桶”,然后对每个桶内部进行快速排序,是不是就能解决?听起来挺合理。但这有个致命难题,就是桶之间有没有重叠,要么桶内部的数据分布。
要是每个桶里的数据本身是乱序的,就算你把桶内部排好了,结局出来的时候,还是得一个个插进去。
这时候我就在想,那能不能把桶本身也排序好,直接扔进去?这时候我脑子里蹦出的就是另一个数据结构了——联合数组,要么说是“桶 + 链表”的组合。 这时候我才突然意识到,原来“桶”和“链表”的配合,才是让排序变快的关键。我把数组的一半放桶里,一半放链表里,然后对桶和链表分组。桶里存的实际上是“索引”,链表里存的实际上是“值”。
然后我就按顺序遍历,要是桶里有这个值,直接拿桶里的索引;要是没有,就把这个值扔进链表。
这时候,要是数据本身是有序的,那桶和链表里的数据天然就是有序的,直接拿出来就是有序的了,根本不用再排序。
这就是所谓的“假设优化”。 这时候我有点忍不住想吐槽一下,是不是忒满腹经纶了?那种“桶”和“链表”的比喻,听起来是不是有点绕?实际上没那么复杂,就是好办的数学逻辑。
要是把数组分成两半,对半分,那每次处理就是 O(n) 的操作。
要是数据本身有序,那内部排序的工夫,实际上是能够忽略不计的,出于它本身就是有序的,直接拿出来的效率就贼高。
这就是那个传说中的 1.5 倍数组原理的核心:通过预分配和预排序,把大量的“找元素”的工夫,挪到了“内部排序”的工夫,进而下降了整体计算的复杂度。 不过有个地方我得仔细说一下,就是那个“桶”本身是如何管理的。
要是桶挺大,并且数据分布挺均匀,那桶内部排序的开销实际上挺小。但要是数据特别不均匀,比如有一个数被插了进去,要么数据本身全是反序的,那桶内部排序就不得不花代价了。
这时候我就在想,实际上这题的考点,更多是在考察你对“桶”这种数据结构特性和“链表”特性的理解。
要是面试官问你“为啥不用更快的排序算法而偏偏用这个”,那我肯定能回答出,这个算法的常数因子极小,并且它在最坏情况下(比如数据乱序)的切换开销也极低,效率就连优于归并排序。 最终想强调一点,排序算法没有绝对的“最好”,只有相对的“最适”。在真的造环境中,数据往往是随机分布的,这时候快速排序要么归并排序可能就够用就连更好。但在面试这种特定场景下,面试官一般希望听到的是那个“桶 + 链表”的解法,出于它体现了对底层内存布局优化的深刻理解,还有对“假设”和“预处理”策略的灵活运用。
故此,还不如纠结算法的复杂度理论,不如关切它在实际代码里如何落地,如何利用位运算和内存地址去操作数据,这才是真正要考的“工程本事”。
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