Common Lisp 中的一个高效收集函数答案

【问题标题】：An efficient collect function in Common LispCommon Lisp 中的一个高效收集函数
【发布时间】：2011-05-27 17:31:17
【问题描述】：

我正在学习 Lisp，并编写了以下函数来收集结果列表。

(defun collect (func args num)
  (if (= 0 num)
      ()
      (cons (apply func args)
        (collect func args (- num 1)))))

它产生与内置循环函数类似的输出。

CL-USER> (collect #'random '(5) 10)
(4 0 3 0 1 4 2 1 0 0)
CL-USER> (loop repeat 10 collect (random 5))
(3 3 4 0 3 2 4 0 0 0)

但是，当我尝试生成一个 100,000 个元素长的列表时，我的 collect 函数会破坏堆栈

CL-USER> (length (collect #'random '(5) 100000))
Control stack guard page temporarily disabled: proceed with caution

而循环版本没有

CL-USER> (length (loop repeat 100000 collect (random 5)))
100000

如何使我的版本更节省空间，是否有替代 consing 的方法？我认为它是尾递归的。我正在使用 sbcl。任何帮助都会很棒。

【问题讨论】：

标签： optimization recursion lisp common-lisp

【解决方案1】：

不，它不是尾递归。 ANSI Common Lisp 和你的代码都没有说明：

(defun collect (func args num)
  (if (= 0 num)
      ()
      (cons (apply func args)
            (collect func args (- num 1)))))

如果您查看您的代码，就会发现您对 COLLECT 的调用有一个缺点。此 CONS 接收对 COLLECT 的递归调用的值。所以 COLLECT 不能是尾递归的。通过引入累加器变量将函数重写为看起来是尾递归的东西相对简单。各种 Lisp 或 Scheme 文献都应该描述这一点。

在 Common Lisp 中，编写迭代计算的默认方法是使用以下几种迭代结构之一：DO、DOTIMES、DOLIST、LOOP、MAP、MAPCAR、...

Common Lisp 标准不提供尾调用优化 (TCO)。在存在其他几种语言功能的情况下，必须指定 TCO 应该做什么。例如，动态绑定和特殊变量对 TCO 有影响。但是 Common Lisp 标准对总体的 TCO 以及 TCO 的可能影响只字未提。 TCO 不是 ANSI Common Lisp 标准的一部分。

几个 Common Lisp 实现有一种方法可以通过编译器开关启用各种尾调用优化。请注意，启用这些的方式和限制都是特定于实现的。

总结：在 Common Lisp 中使用迭代构造而不是递归。

(defun collect (func args num)
  (loop repeat num
        collect (apply #'func args)))

额外的好处：它更容易阅读。

【讨论】：

【解决方案2】：

ANSI 标准不要求通用 Lisp 实现进行尾调用优化；但是，大多数值得他们关注的东西（包括 SBCL）都会进行优化。

另一方面，您的函数不是尾递归的。可以通过引入额外参数来累积中间结果的常用技巧将其变成一个：

(defun collect (func args num) (标签 ((frob (n acc) （如果（= 0 n） ACC (frob (1- n) (cons (apply func args) acc))))) （从零开始）））

（原始参数 FUNC 和 ARGS 在局部函数中被消除，因为它们是常数）。

【讨论】：

【解决方案3】：

嗯，递归的替代方法是迭代。

您应该知道 Common Lisp 不需要其实现者的尾递归，不像 Scheme。

(defun mycollect (func args num)
  (let ((accumulator '()))     ; it's a null list. 
    (loop for i from 1 to num 
      do
      ;;destructively cons up the accumulator with the new result + the old accumulator
      (setf accumulator                   
        (cons (apply func args) accumulator)))
  accumulator))                ; and return the accumulator

【讨论】：