Ruby 的 max 函数顺序如何重复？答案

【问题标题】：How does Ruby's max function order duplicates?Ruby 的 max 函数顺序如何重复？
【发布时间】：2018-02-27 10:17:34
【问题描述】：

我一直在查看 Ruby 的 Enumerable mixin (v2.4.1) 中的 max method。

这是一个相当简单的方法，但是当存在重复项时它如何排序项目有点令人困惑。

例如：

x = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
x.max {|a, b| a%2 <=> b%2}
=> 1
10.times{|y| p x.max(y) {|a, b| a%2 <=> b%2}}
[]
[1]
[1, 7] # why is 7 the next element after 1?
[3, 1, 5] # why no more 7?
[7, 3, 1, 5] # 7 is now first
[9, 7, 3, 1, 5]
[9, 7, 3, 1, 5, 6]
[9, 7, 3, 1, 5, 4, 6]
[9, 7, 3, 1, 5, 2, 4, 6]
[9, 7, 5, 3, 1, 8, 6, 4, 2] # order has changed again (now seems more "natural")

7 是如何被选为第二项的？为什么取三个值时根本不选择？

如果你取更多的数字，顺序就会不一致（尽管集合中的项目是）。

我看了一眼the source code，但是好像在做正常的比较；从代码中看不到这里看到的顺序。

谁能解释这种排序是如何实现的？我知道上面的排序都是“有效的”，但是它们是如何生成的呢？

【问题讨论】：

max 传入的块使用了2个变量，可以用来比较对象；你应该检查|a, b| (a%2) <=> (b%2) 或类似的东西。另外请不要使用输出截图 - 将实际输出复制/粘贴到代码块中
我的猜测是它比较项目的顺序不能保证？
你的排序关系真奇怪。基本上，所有奇数都大于所有偶数，但所有偶数和所有奇数都相等。由于1、3、5、7、9都相等，都是最大值，因此任意任意排列都是“最大值”。
@JörgWMittag ...您没有抓住重点。任何排列都是有效的，但为什么要选择特定的排列？什么实施引起了它？这种排列很“奇怪”，因为很难看出它是如何形成的。
也许这应该用C标记，因为它本质上是一个关于用该语言编码的算法的问题。

标签： c ruby max semantics ruby-2.4

【解决方案1】：

您的示例可以通过使用 max_by 来简化以产生类似的结果：

10.times{|y| p x.max_by(y) {|t| t%2}}

我花了一些时间研究源代码，但找不到任何漏洞。

在我记得看到一个名为 Switch: A Deep Embedding of Queries into Ruby（Manuel Mayr 的论文）的出版物后，我找到了答案。

您可以在第 104 页找到max_by 的答案：

...这里，输入列表中的值在以下情况下假定为最大值返回由函数评估的。如果产生多个值最大值，在这些值中选择结果是任意的。 ...

类似的：
sort & sort_by 来自 cmets @emu.c

结果不保证稳定。当两个键相等时，对应元素的顺序是不可预测的。

第一，第二次编辑 - “我们需要更深入” => 我希望你会喜欢“骑行”。

简短的回答：
排序看起来像这样的原因是 max_by 块的组合（导致使用来自%2 的max 值开始排序，即1 然后继续使用0）和qsort_r（BSD快速排序）实现@ruby。

长答案： 全部基于 ruby 2.4.2 或当前 2.5.0 的源代码（目前正在开发中）。

快速排序算法可能因您使用的编译器而异。您可以使用 qsort_r：GNU 版本、BSD 版本（您可以查看configure.ac）了解更多信息。 Visual Studio 使用的是 2012 或更高版本的 BSD 版本。

+Tue Sep 15 12:44:32 2015  Nobuyoshi Nakada  <nobu@ruby-lang.org>
+
+   * util.c (ruby_qsort): use BSD-style qsort_r if available.

Thu May 12 00:18:19 2016  NAKAMURA Usaku  <usa@ruby-lang.org>

    * win32/Makefile.sub (HAVE_QSORT_S): use qsort_s only for Visual Studio
      2012 or later, because VS2010 seems to causes a SEGV in
test/ruby/test_enum.rb.

如果你有 GNU qsort_r 但没有 BSD：仅使用内部 ruby_qsort 实现。检查util.c，了解 Tomoyuki Kawamura 的快速排序 (ruby_qsort(void* base, const size_t nel, const size_t size, cmpfunc_t *cmp, void *d)) 功能的内部实现。 @util.h

如果 HAVE_GNU_QSORT_R=1 那么#define ruby_qsort qsort_r：
```
#ifdef HAVE_GNU_QSORT_R
#define ruby_qsort qsort_r
#else    void ruby_qsort(void *, const size_t, const size_t,
    int (*)(const void *, const void *, void *), void *);
#endif
```
如果检测到 BSD 样式：然后使用下面的代码（可以在util.c 找到）。注意cmp_bsd_qsort 在ruby_qsort 之前是如何被调用的。原因？可能是标准化、堆栈空间和速度（我自己没有测试 - 必须创建基准，这非常耗时）。

节省堆栈空间在BSD qsort.c源代码中注明：

    /*
    * To save stack space we sort the smaller side of the partition first
    * using recursion and eliminate tail recursion for the larger side.
    */

ruby 源代码处的 BSD 分支：

     #if defined HAVE_BSD_QSORT_R
    typedef int (cmpfunc_t)(const void*, const void*, void*);

    struct bsd_qsort_r_args {
        cmpfunc_t *cmp;
        void *arg;
    };

    static int
    cmp_bsd_qsort(void *d, const void *a, const void *b)
    {
        const struct bsd_qsort_r_args *args = d;
        return (*args->cmp)(a, b, args->arg);
    }

    void
    ruby_qsort(void* base, const size_t nel, const size_t size, cmpfunc_t *cmp, void *d)
    {
        struct bsd_qsort_r_args args;
        args.cmp = cmp;
        args.arg = d;
        qsort_r(base, nel, size, &args, cmp_bsd_qsort);
    }

如果您使用 MSYS2 在 Windows 上编译您的 ruby（不再使用 DevKit，而是用于 Windows 安装程序的 MSYS2，我大部分时间都在使用）NetBSD 版本的 qsort_r（从 02-07-2012 开始提供）。最新的NetBSDqsort.c (revision:1.23)。

现在来看现实生活中的例子 - “我们需要更深入”

测试将在两个（Windows）红宝石上执行：

第一个 ruby：将基于 DevKit 版本 2.2.2p95（于 2015 年 4 月 13 日发布）并且不包含 BSD qsort 实现。
第二个 ruby：将基于 MSYS2 tool-chain 版本 ruby 2.4.2-p198（于 2017 年 9 月 15 日发布）并包含用于 BSD qsort 实现的补丁（见上文）。

代码：

x=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]
10.times{|y| p x.max_by(y) {|t| t%2}}

鲁比2.2.2p95:

The result:
[]
[5]
[7, 1]
[3, 1, 5]
[7, 3, 1, 5]
[9, 7, 3, 1, 5]
[5, 9, 1, 3, 7, 6]
[5, 1, 9, 3, 7, 6, 4]
[5, 1, 3, 7, 9, 6, 4, 2]
[9, 1, 7, 3, 5, 4, 6, 8, 2]

鲁比2.4.2-p198:

The result:
[]
[1]
[7, 1]
[5, 3, 1]
[5, 7, 3, 1]
[5, 9, 7, 3, 1]
[5, 1, 9, 7, 3, 6]
[5, 1, 3, 9, 7, 4, 6]
[5, 1, 3, 7, 9, 2, 6, 4]
[9, 1, 3, 7, 5, 8, 4, 6, 2]

现在换成不同的x： x=[7,9,3,4,2,6,1,8,5]

鲁比2.2.2p95:

The result:
[]
[1]
[9, 7]
[1, 7, 3]
[5, 1, 7, 3]
[5, 1, 3, 9, 7]
[7, 5, 9, 3, 1, 2]
[7, 9, 5, 3, 1, 2, 4]
[7, 9, 3, 1, 5, 2, 4, 8]
[5, 9, 1, 3, 7, 4, 6, 8, 2]

鲁比2.4.2-p198:

The result:
[]
[9]
[9, 7]
[3, 1, 7]
[3, 5, 1, 7]
[7, 5, 1, 3, 9]
[7, 9, 5, 1, 3, 2]
[7, 9, 3, 5, 1, 4, 2]
[7, 9, 3, 1, 5, 8, 2, 4]
[5, 9, 3, 1, 7, 2, 4, 6, 8]

现在对于源数组中的相同项目（qsort 不稳定，见下文）： x=[1, 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

使用以下代码处理它： 12.times{|y| p x.max_by(y) {|t| t%2}}

鲁比2.2.2p95:

The result:
[]
[3]
[1, 1]
[9, 1, 7]
[3, 9, 1, 7]
[5, 3, 9, 1, 7]
[1, 5, 3, 9, 1, 7]
[5, 9, 3, 7, 1, 1, 1]
[1, 5, 9, 1, 7, 1, 3, 4]
[1, 1, 5, 9, 1, 7, 3, 4, 2]
[1, 1, 1, 5, 7, 3, 9, 4, 2, 8]
[9, 1, 7, 1, 5, 3, 1, 2, 6, 8, 4]

鲁比2.4.2-p198:

The Result:
[]
[1]
[1, 1]
[7, 9, 1]
[7, 3, 9, 1]
[7, 5, 3, 9, 1]
[7, 1, 5, 3, 9, 1]
[1, 5, 9, 3, 7, 1, 1]
[1, 1, 5, 9, 3, 7, 1, 4]
[1, 1, 1, 5, 9, 3, 7, 2, 4]
[1, 7, 3, 1, 5, 9, 1, 2, 4, 8]
[9, 3, 1, 7, 1, 5, 1, 2, 8, 6, 4]

现在是个大问题 --> 为什么结果不同？

第一个明显的答案是，当使用 GNU 或 BSD 实现时，结果会有所不同？正确的？那么实现是不同的，但是产生（检查链接的实现以获取详细信息）相同的结果。问题的核心在别处。

这里真正的问题是算法本身。当使用快速排序时，你得到的是不稳定的排序（当你比较两个相等的值时，它们的顺序不会保持不变）。当您拥有 [1,2,3,4,5,6,7,8,9] 后，您将其在块中转换为 [1,0,1,0,1,0,1,0,1]使用 max(_by) 将数组排序为 [1,1,1,1,1,0,0,0,0]。你从 1 开始，但是哪一个呢？那么你会得到不可预测的结果。（max(_by) 是先得到奇数再得到偶数的原因）。

见GNU qsort评论：

警告：如果两个对象比较相等，排序后的顺序是不可预测的。也就是说，排序是不稳定的。这个可以当比较只考虑部分元素。具有相同排序键的两个元素在其他元素中可能不同尊重。

现在像引擎一样对其进行排序：

[1,2,3,4,5,6,7,8,9] -> 首先考虑的是奇数[1,3,5,7,9]，那些被认为与max_by{|t| t%2} 相等的数产生[1,1,1,1,1]。

结论：

现在该拿哪一个？那么在你的情况下它是不可预测的，它是你得到的。即使对于相同的 ruby 版本，我也会得到不同的结果，因为底层 quick-sort 算法本质上是不稳定的。

【讨论】：

@River：我同意所以我改进了一点答案。
这太棒了，我本来打算自己做类似的事情，但一直没有解决。
@river：我很高兴你喜欢它。这比我预期的要难。一路上有很多宏。我什至遇到过一些错误的 cmets 和黑客攻击。