목록을 반복하는 것이 색인을 생성하는 것보다 빠른 이유는 무엇입니까?

ADT 목록에 대한 Java 문서를 읽으면 다음과 같이 말합니다.

List 인터페이스는 목록 요소에 대한 위치 (인덱싱) 액세스를위한 네 가지 방법을 제공합니다. 목록 (예 : Java 배열)은 0부터 시작합니다. 이러한 작업은 일부 구현 (예 : LinkedList 클래스)의 인덱스 값에 비례하여 시간에 따라 실행될 수 있습니다. 따라서 호출자가 구현을 알지 못하는 경우 목록의 요소를 반복하는 것이 일반적으로 목록을 통해 색인화하는 것보다 낫습니다.

이것이 정확히 무엇을 의미합니까? 나는 도출 된 결론을 이해하지 못한다.

연결 목록에서 각 요소에는 다음 요소에 대한 포인터가 있습니다.

head -> item1 -> item2 -> item3 -> etc.

에 액세스하려면 item3직접 점프 할 수 없기 때문에 item3에 도달 할 때까지 모든 노드를 통해 머리에서 걸어야한다는 것을 분명히 알 수 있습니다.

따라서 각 요소의 값을 인쇄하려면 다음과 같이 작성하면됩니다.

for(int i = 0; i < 4; i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

무슨 일이 일어나는가 :

head -> print head
head -> item1 -> print item1
head -> item1 -> item2 -> print item2
head -> item1 -> item2 -> item3 print item3

인덱싱 할 때마다 목록의 처음부터 다시 시작되고 모든 항목을 거치기 때문에 이것은 매우 비효율적 입니다. 이는 복잡성이 O(N^2)목록을 순회하는 것임을 의미 합니다!

대신 내가 이렇게했다면 :

for(String s: list) {
    System.out.println(s);
}

그러면 무슨 일이 일어나는가 :

head -> print head -> item1 -> print item1 -> item2 -> print item2 etc.

모든 단일 순회에서 O(N).

지금의 다른 구현하려고 List하는 ArrayList, 하나는 간단한 배열에 의해 백업됩니다. 이 경우 배열이 연속적이므로 임의의 위치로 무작위 점프를 허용하므로 위의 두 순회 모두 동일합니다.

대답은 여기에 암시되어 있습니다.

이러한 작업은 일부 구현 (예 : LinkedList 클래스)의 인덱스 값에 비례하여 시간에 따라 실행될 수 있습니다.

연결 목록에는 고유 한 색인이 없습니다. 호출 .get(x)은 목록 구현이 첫 번째 항목을 찾고 .next()x-1 번 호출 해야합니다 (O (n) 또는 선형 시간 액세스의 경우). 여기서 배열 지원 목록은 backingarray[x]O (1) 또는 상수 시간 으로 인덱싱 할 수 있습니다 .

JavaDoc forLinkedList 를 보면 주석이 표시됩니다.

모든 작업은 이중 연결 목록에 대해 예상 할 수있는대로 수행됩니다. 목록으로 인덱싱하는 작업은 지정된 인덱스에 더 가까운 처음부터 끝까지 목록을 순회합니다.

반면 JavaDoc를위한ArrayList 대응을 갖는다

List 인터페이스의 크기 조정 가능 배열 구현. 모든 선택적 목록 작업을 구현하고 null을 포함한 모든 요소를 ​​허용합니다. List 인터페이스를 구현하는 것 외에도이 클래스는 목록을 저장하기 위해 내부적으로 사용되는 배열의 크기를 조작하는 메서드를 제공합니다. (이 클래스는 비 동기화된다는 점을 제외하면 Vector와 거의 동일합니다.)

는 size, isEmpty, get, set, iterator, 및 listIterator처리는, 일정한 시간에 실행됩니다. 추가 작업은 상각 된 일정 시간에 실행됩니다. 즉, n 개의 요소를 추가하려면 O (n) 시간이 필요합니다. 다른 모든 작업은 선형 시간으로 실행됩니다 (대략적으로 말하면). 상수 요소는 LinkedList구현에 비해 낮습니다 .

"Java Collections Framework에 대한 Big-O 요약"이라는 제목 의 관련 질문 에는 도움이 될 수있는 "Java Collections JDK6" 자원을 가리키는 대답이 있습니다 .

받아 들여지는 대답은 가장 확실하지만 사소한 결함을 지적 할 수 있습니까? 튜더 인용 :

이제 List의 다른 구현 인 ArrayList로 이동하면 간단한 배열이 지원됩니다. 이 경우 배열이 연속적이므로 임의의 위치로 무작위 점프를 허용하기 때문에 위의 두 순회 모두 동일 합니다.

이것은 완전히 사실이 아닙니다. 사실은

ArrayList를 사용하면 손으로 쓴 카운트 루프가 약 3 배 빠릅니다.

출처 : 성능을위한 설계, Google의 Android 문서

필기 루프는 인덱싱 된 반복을 참조합니다. 향상된 for 루프와 함께 사용되는 반복기 때문이라고 생각합니다. 연속 배열로 뒷받침되는 구조에서 약간의 성능 저하를 가져옵니다. 나는 또한 이것이 Vector 클래스에 대해 사실이라고 생각합니다.

내 규칙은 가능할 때마다 향상된 for 루프를 사용하고 성능에 대해 정말로 관심이 있다면 ArrayLists 또는 Vectors에만 인덱스 된 반복을 사용하는 것입니다. 대부분의 경우이를 무시할 수도 있습니다. 컴파일러가 백그라운드에서이를 최적화 할 수 있습니다.

Android 개발의 맥락에서 ArrayLists의 두 순회가 반드시 동일하지는 않다는 점을 지적하고 싶습니다 . 생각을위한 음식.

와 같이 조회 오프셋이있는 목록을 반복하는 것은 화가의 알고리즘 인 Shlemieli 과 유사 합니다 .

Shlemiel은 거리 화가로 취직하여 길 중간에 점선을 그립니다. 첫날 그는 페인트 캔을 도로에 꺼내 300 야드의 도로를 완주합니다. "그건 꽤 좋다!" 그의 상사는 "당신은 빠른 일꾼입니다!"라고 말합니다. 그리고 그에게 코펙을 지불합니다.

다음날 Shlemiel은 150 야드 밖에 나가지 않습니다. "음, 어제만큼 좋지는 않지만, 당신은 여전히 ​​빠른 일꾼입니다. 150 야드는 존경 할 만합니다."그리고 그에게 코펙을 지불합니다.

다음날 Shlemiel은 도로의 30 야드를 그립니다. "단 30!" 그의 상사를 외친다. "그건 용납 할 수없는 일입니다! 첫날에 당신은 그렇게 많은 일을 10 배나 했어요! 무슨 일 이죠?"

"나는 그것을 도울 수 없습니다"라고 Shlemiel은 말합니다. "매일 페인트 통에서 점점 멀어집니다!"

소스 .

이 작은 이야기는 내부적으로 무슨 일이 일어나고 있고 왜 그렇게 비효율적인지 이해하는 것을 더 쉽게 만들 수 있습니다.

LinkedList구현 의 i 번째 요소를 찾기 위해 i 번째 까지 모든 요소를 ​​살펴 봅니다.

그래서

for(int i = 0; i < list.length ; i++ ) {
    Object something = list.get(i); //Slow for LinkedList
}