php - 为什么自我实现的快速排序比内部快速排序更快？

作为一名主要的 PHP 开发人员(和自学)，我从来没有真正有理由知道或理解排序算法等背后的算法，除了快速排序平均是最快的，而且它通常是 PHP 排序函数背后的算法。

但是我很快就会有一个未决的面试，他们建议了解像这样的基本算法。所以我打开了 http://www.geeksforgeeks.org/quick-sort/ 并实现了我自己的 QuickSort 和 Partition 函数，当然，用于练习，用于按其中一个值对数组进行排序。我想出了这个(我使用的是 PHP 7.1，所以相当多的语法是相对较新的)

function Partition(array &$Array, $Column, int $Low, int $High): int {
    $Pivot = $Array[$High][$Column];

    $i = $Low - 1;

    for ($j = $Low; $j <= $High - 1; $j++) {
        if ($Array[$j][$Column] > $Pivot) {
            $i++;
            [$Array[$i], $Array[$j]] = [$Array[$j], $Array[$i]];
        }
    }

    [$Array[$i + 1], $Array[$High]] = [$Array[$High], $Array[$i + 1]];
    return $i + 1;
}

function QuickSort(array &$Array, $Column, int $Low = 0, ?int $High = null): void {
    $High = $High ?? (count($Array) - 1);

    if ($Low < $High) {
        $PartitionIndex = Partition($Array, $Column, $Low, $High);

        QuickSort($Array, $Column, $Low, $PartitionIndex - 1);
        QuickSort($Array, $Column, $PartitionIndex + 1, $High);
    }
}

它有效!惊人的!所以我想，使用它没有意义，因为这个算法的 PHP 解释版本不可能比编译的 C 版本更快(就像在 usort 中使用的那样)。但最重要的是，我决定对这两种方法进行基准测试。

令我惊讶的是，我的速度更快!

$Tries = 1000;
$_Actions = $Actions;

$Start = microtime(true);
for ($i = 0; $i < $Tries; $i++) {
    $Actions = $_Actions;
    usort($Actions, function($a, $b) {
        return $b['Timestamp'] <=> $a['Timestamp'];
    });
}
echo microtime(true) - $Start, "\n";

$Start = microtime(true);
for ($i = 0; $i < $Tries; $i++) {
    $Actions = $_Actions;
    QuickSort($Actions, 'Timestamp');
}
echo microtime(true) - $Start, "\n";

这给了我关于第一个的 1.274071931839 和第二个的 0.87327885627747 的一致数字。

有什么愚蠢的东西我错过了会导致这种情况吗？ usort 真的没有使用快速排序的实现吗？是不是因为我没有考虑数组键(在我的情况下我不需要键/值对保持不变)？

以防万一有人想要在 PHP 中完成的 QuickSort 函数，这就是我最终得到的，它按列对数组进行降序排序，时间大约是原生 usort 的一半。 (迭代，不递归，分区函数也被内联了)

function array_column_sort_QuickSort_desc(array &$Array, $Column, int $Start = 0, int $End = null): void {
    $End = $End ?? (count($Array) - 1);

    $Stack = [];
    $Top = 0;

    $Stack[$Top++] = $Start;
    $Stack[$Top++] = $End;

    while ($Top > 0) {
        $End = $Stack[--$Top];
        $Start = $Stack[--$Top];

        if ($Start < $End) {
            $Pivot = $Array[$End][$Column];

            $PartitionIndex = $Start;

            for ($i = $Start; $i < $End; $i++) {
                if ($Array[$i][$Column] >= $Pivot) {
                    [$Array[$i], $Array[$PartitionIndex]] = [$Array[$PartitionIndex], $Array[$i]];
                    $PartitionIndex++;
                }
            }

            [$Array[$End], $Array[$PartitionIndex]] = [$Array[$PartitionIndex], $Array[$End]];

            $Stack[$Top++] = $Start;
            $Stack[$Top++] = $PartitionIndex - 1;

            $Stack[$Top++] = $PartitionIndex + 1;
            $Stack[$Top++] = $End;
        }
    }
}

最佳答案

考虑传递给 QuickSort 的参数和传递给 usort() 的参数之间的区别。 usort() 有一个更通用的接口(interface)，它根据比较函数进行操作。您的 QuickSort 专门用于您的特定类型的数据，并通过 > 运算符执行比较。

那么，性能差异很可能是由于评估函数调用相对于评估单个 > 操作的成本要高得多。这种差异很容易抵消 usort() 可能具有的任何固有的效率优势。此外，由于它依赖于用 PHP 编写的比较函数，因此 usort() 的操作涉及运行大量 PHP，而不仅仅是编译的 C 代码。

如果您想进一步探索这一点，请考虑修改您的实现以呈现与 usort() 相同的接口(interface)。我倾向于猜测 usort() 会通过这种手卷变体赢得苹果对苹果的比较，但众所周知，性能很难预测。这就是我们测试的原因。