2014-10-05 2 views
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Java로 프로그램을 작성했습니다. 그것은 선형 방정식의 시스템을 해결하기 위해 두 가지 방법을 사용하며 각 방법의 실행 시간을 계산하려고합니다.다른 메소드 호출 순서가 다른 실행 시간 결과

두 가지 방법의 실행 순서를 변경하면 실행 시간이 달라지는 것을 발견했습니다.

왜 그렇습니까?

/*using direct_method and Jacobi_method to resolve the linear equation,and compare each running time*/ 
public class Jacobi_iterat { 

    /*Jacobi part*/ 
    /*find lower triangular matrix*/ 
    private static float[][] find_lower(float data[][],int k){ 
     int length=data.length; 
     float data2[][]=new float[length][length]; 
     if(k>=0){ 
      for(int i=0;i<=length-k-1;i++){ 
       for(int j=0;j<=i+k;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
      } 
      for(int i=length-k;i<length;i++){ 
       for(int j=0;j<length;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
      } 
     } 
     else{ 
      for(int i=-k;i<length;i++){ 
       for(int j=0;j<=i+k;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
      } 
     } 
     return data2; 
    } 

    /*negative of the matrix*/ 
    private static float[][] opposite_matrix(float[][] data){ 
     int M=data.length; 
     int N=data[0].length; 
     float data_temp[][]=new float[M][N]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<N;j++){ 
       data_temp[i][j]=-data[i][j]; 
      } 
     } 
     return data_temp; 
    } 

    /*inverse matrix of the diagnal matrix*/ 
    private static float[][] inv_diagnal(float[][] data){ 
     int M=data.length; 
     int N=data[0].length; 
     float[][] data2=new float[M][N]; 
     float fenzi=1; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<N;j++){ 
       if(i==j){ 
        data2[i][j]=fenzi/data[i][j]; 
       } 
      } 
     } 
     return data2; 
    } 

    /*upper triangular matrix*/ 
    private static float[][] find_upper(float[][] data,int k){ 
     int length=data.length; 
     int M=length-k; 
     float[][] data2=new float[length][length]; 
     if(k>=0){ 
      for(int i=0;i<M;i++){ 
       for(int j=k;j<length;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
       k+=1; 
      } 
     } 
     else { 
      for(int i=0;i<-k;i++){ 
       for(int j=0;j<length;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
      } 
      for(int i=-k;i<length;i++){ 
       for(int j=i+k;j<length;j++){ 
        data2[i][j]=data[i][j]; 
       } 
      } 
     } 
     return data2; 
    } 

    /*add two matrix*/ 
    private static float[][] matrix_add(float[][] data1,float[][] data2){ 
     int M=data1.length; 
     int N=data1[0].length; 
     float data[][]=new float[M][N]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<N;j++){ 
       data[i][j]=data1[i][j]+data2[i][j]; 
      } 
     } 
     return data; 
    } 
    private static float[] matrix_add2(float[] data1,float[] data2){ 
     int M=data1.length; 
     float data[]=new float[M]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
       data[i]=data1[i]+data2[i]; 
     } 
     return data; 
    } 

    /*multiply two matrix*/ 
    private static float[][] multiply(float[][] data1,float[][] data2){ 
     int M=data1.length; 
     int N=data1[0].length; 
     int K=data2[0].length; 
     float[][] data3=new float[M][K]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<K;j++){ 
       for(int k=0;k<N;k++){ 
        data3[i][j]+=data1[i][k]*data2[k][j]; 
       } 
      } 
     } 
     return data3; 
    } 
    private static float[] multiply2(float[][] data1,float[] data2){ 
     int M=data1.length; 
     int N=data1[0].length; 
     float[] data3=new float[M]; 
     for(int k=0;k<M;k++){ 
       for(int j=0;j<N;j++){ 
        data3[k]+=data1[k][j]*data2[j]; 
       } 
     } 
     return data3; 
    } 
    /*calculate the diagnal matrix */ 
    private static float[][] find_diagnal(float A[][]) { 
     int m = A.length; 
     int n = A[0].length; 
     float B[][] = new float[m][n]; 
     for (int i = 0; i < m; i++) { 
      for (int j = 0; j < n; j++) { 
       if (i == j) { 
        B[i][j] = A[i][j]; 
       } 
      } 
     } 
     return B; 

    } 
    /*Jacobi_method*/ 
    private static float[] Jacobi_method(float[][] A,float[] B,float[] X){ 
     float[][] D=find_diagnal(A); 
     float[][] inv_D=inv_diagnal(D); 
     float[][] opposite_D=opposite_matrix(inv_D); 
     float[][] L=find_lower(A, -1); 
     float[][] U=find_upper(A, 1); 
     float[][] Bo=multiply(opposite_D,matrix_add(L, U)); 
     float[] F=multiply2(inv_D, B); 

     return matrix_add2(multiply2(Bo, X),F); 

    } 

    /*calculate the two norm between two vector*/ 
    private static double cal_error(float[] X1,float[] X2){ 
     int M=X1.length; 
     double temp=0; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      temp+=Math.pow((X1[i]-X2[i]),2); 
     } 
     temp=Math.sqrt(temp); 
     return temp; 
    } 

    /*end of Jacobi part*/ 

    /*direct method part*/ 
    private static float[] cal_direct(float[][] A,float[] B){ 
     int M=A[0].length; 
     float X[]=new float[M]; 
     float[][] inv_A=inv(A); 
     X=multiply2(inv_A, B); 
     return X; 


    } 

    /*transpose of the matrix*/ 
    private static float [][]trans(float[][] data){ 
     int i=data.length; 
     int j=data[0].length; 
     float[][] data2=new float[j][i]; 
     for(int k2=0;k2<j;k2++){ 
      for(int k1=0;k1<i;k1++){ 
       data2[k2][k1]=data[k1][k2]; 
      } 
     } 


     return data2; 

    } 

    /*calculate the ajoint matrix of the matrix*/ 
    private static float[][] ajoint(float[][] data) { 
     int M=data.length; 
     int N=data[0].length; 
     float data2[][]=new float[M][N]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<N;j++){ 
      if((i+j)%2==0){ 
       data2[i][j]=cal_det(get_complement(data, i, j)); 
      } 
      else{ 
       data2[i][j]=-cal_det(get_complement(data, i, j)); 
      } 
      } 
     } 

     return trans(data2); 


    } 


    /*inverse of the matrix*/ 
    private static float[][] inv(float [][] data){ 
     int M=data.length; 
     int N=data[0].length; 
     float data2[][]=new float[M][N]; 
     float det_val=cal_det(data); 
     data2=ajoint(data); 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<N;j++){ 
       data2[i][j]=data2[i][j]/det_val; 
      } 
     } 

     return data2; 
    } 

    /* calculate the determinant of the matrix*/ 
    private static float cal_det(float[][] data) { 
     float ans=0; 

     if(data[0].length==2){ 
      ans=data[0][0]*data[1][1]-data[0][1]*data[1][0]; 
     } 
     else{ 
      for(int i=0;i<data[0].length;i++){ 

       float[][] data_temp=get_complement(data, 0, i); 
       if(i%2==0){ 

        ans=ans+data[0][i]*cal_det(data_temp); 
       } 
       else{ 
        ans=ans-data[0][i]*cal_det(data_temp); 
       } 
      } 
     } 
     return ans; 

    } 

    private static float[][] get_complement(float[][] data, int i, int j) { 


     int x = data.length; 
     int y = data[0].length; 


     float data2[][] = new float[x - 1][y - 1]; 
     for (int k = 0; k < x - 1; k++) { 
      if (k < i) { 
       for (int kk = 0; kk < y - 1; kk++) { 
        if (kk < j) { 
         data2[k][kk] = data[k][kk]; 
        } else { 
         data2[k][kk] = data[k][kk + 1]; 
        } 
       } 

      } else { 
       for (int kk = 0; kk < y - 1; kk++) { 
        if (kk < j) { 
         data2[k][kk] = data[k + 1][kk]; 
        } else { 
         data2[k][kk] = data[k + 1][kk + 1]; 
        } 
       } 
      } 
     } 
     return data2; 

    } 

    /*end of direct method part*/ 

    public static void main(String args[]){ 
     System.out.println("input the dimensions of the coefficient square:"); 
     Scanner scan=new Scanner(System.in); 
     int M=scan.nextInt(); 
     System.out.println("input the dimensions of the equation value vector:"); 
     int K=scan.nextInt(); 
     if(M!=K){ 
      System.out.println("the number of equations and unknowns are not equal!"); 
      System.exit(0); 
     } 

     System.out.println("input coefficient matrix:"); 
     float[][] A=new float[M][M]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      for(int j=0;j<M;j++){ 
       A[i][j]=scan.nextFloat(); 
      } 
     } 

     System.out.println("input the value vector"); 
     float[] B=new float[M]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      B[i]=scan.nextFloat(); 
     } 

     System.out.println("input the initial iteration vector:"); 
     float[] X=new float[M]; 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      X[i]=scan.nextFloat(); 
     } 

     System.out.println("input the bound of error:"); 
     float er=scan.nextFloat(); 
     float temp[]=new float[M]; 



     /*calculate the running time of two method,but I get the different running time result when I exchange the running order of two method, why?*/ 
     /*calculate the running time of Jacobi_method*/ 
     long startTime=System.nanoTime(); 
     while(cal_error((temp=Jacobi_method(A, B, X)), X)>=er){ 
      X=temp; 

     } 
     X=temp; 
     long endTime=System.nanoTime(); 
     System.out.println("the solution vector of Jacobi_method is:"); 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      System.out.println(X[i]); 
     } 

     System.out.println("the running time of Jacobi_method is:"); 
     System.out.println(endTime-startTime+"ns"); 

      /*calculate the running time of direct_method*/ 
     long startTime2=System.nanoTime(); 
     X=cal_direct(A, B); 
     long endTime2=System.nanoTime(); 
     System.out.println("the solution vector of direct_method is:"); 
     for(int i=0;i<M;i++){ 
      System.out.println(X[i]); 
     } 

     System.out.println("the running time of direct_method is:"); 
     System.out.println(endTime2-startTime2+"ns"); 
    } 

} 
+2

'나는 다른 실행 시간의 결과를 얻을 것을 발견했다? 각 주문의 실행 시간은? 가장 관련성있는 정보를 빠뜨린 것입니다. – Eran

+1

BTW,'Math.pow (x, 2)'는'Math.exp (Math.log (x) * 2)'와 같은 작업을합니다. 예상대로 이것은 매우 비쌉니다. 대신'x * x'를하는 것이 좋습니다. –

+1

큰 matricies의 경우 행렬 곱셈을 수행하기 전에 두 번째 행렬을 조 변경해야합니다. –

답변

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여러 가지 이유가있을 수 있습니다. 당신이 얼마나 자주 실행하려고 작용하는 완전히 명확하지 않다, 그래서 나는 당신에게 몇 가지 이유를 줄 것이다 :

  1. 하나의 함수가 더 자주 메소드를 호출하고 인라인으로 이어질 수 있습니다. 그런 다음 두 번째 함수는 인라인 코드로 시작할 수 있습니다.

  2. 하나의 함수가 다른 함수보다 많은 가비지를 생성 할 수 있으며, 두 번째 함수는 GC에 의해 지연됩니다.

  3. 일부 인라인 코드가 예열없이 시험 방법 단지 작은 시간을 실행할 때 다른 방법에게

  4. 에 영향을 미치는 다른 분기 예측 통계를 가지고 측정은 소음에 익사.

이러한 이유 및 기타 이유는 테스트를 격리하는 벤치마킹 프레임 워크를 사용하면 피할 수 있습니다. 예를 들어 JMH를 확인하십시오.

0

많은 이유가 있지만 나에게 더 그럴듯한 것은 Java 핫스팟 런타임 최적화가 발생한다는 것입니다. 간단히 말해서, 자바 애플리케이션은 자주 발생하는 코드 경로에서 더 빠르게 자아를 최적화합니다. 따라서 두 방법을 모두 뒤집 으면 최적화가 정확히 같은 방식으로 수행되지 않습니다.

최적화가 완료된 후 시간을 테스트하고 테스트하는 한 가지 방법은 동일한 응용 프로그램 실행에서 코드를 두 번 실행하는 것입니다. 고려해야 할 유일한 시간은 두 번째 것입니다.

는 예를 들면 : - 어떤 방법 나는 두 methods.`의 실행 순서를 변경하면

call method1 
call method2 

time call method1 
time call method2 
+0

에서 호출됩니다. 아마도 이것이 이유라고 생각합니다. 먼저 Jacobi_method를 호출하고 많은 변수의 초기 값을 포함합니다. 두 번째 방법은 이러한 변수를 재사용하므로 두 번째 방법의 실행 시간은 일반적으로 첫 번째 방법보다 적습니다.이 증거는 내 이론을 입증 할 수 있으며이 프로그램을 두 번 실행하고 첫 번째 방법의 두 번째 실행 시간은 두 번째 방법보다 훨씬 적습니다. 첫 번째 달리기 – zhenganyi