【问题标题】:Haskell/GHC performance of `any`/`all``any`/`all` 的 Haskell/GHC 性能
【发布时间】:2017-02-15 11:50:19
【问题描述】:

我为 Haskell 的内置 [] 列表数据类型编写了量化函数 existsforallnone。在多种情况下,这些似乎证明比Prelude/Data.Lists anyall 更有效。我天真地怀疑这种性能是由于 anyall 使用 Θ(n) 折叠实现的。由于我对 Haskell 比较陌生,我想我一定是弄错了,或者这种现象是有充分理由的。

来自Data.Foldable

-- | Determines whether any element of the structure satisfies the predicate.
any :: Foldable t => (a -> Bool) -> t a -> Bool
any p = getAny #. foldMap (Any #. p)

-- | Determines whether all elements of the structure satisfy the predicate.
all :: Foldable t => (a -> Bool) -> t a -> Bool
all p = getAll #. foldMap (All #. p)

我的实现:

exists :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
exists _    []                   = False
exists pred (x : xs) | pred x    = True
                     | otherwise = exists pred xs

forall pred  =  not . exists (not . pred)
none pred  =  not . exists pred  =  forall (not . pred)

消除布尔反转:

forall, none :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool

forall _    []                   = True
forall pred (x : xs) | pred x    = forall pred xs
                     | otherwise = False

none _    []                   = True
none pred (x : xs) | pred x    = False
                   | otherwise = none pred xs

all:

time                 327.8 μs   (322.4 μs .. 333.0 μs)
                     0.997 R²   (0.996 R² .. 0.998 R²)
mean                 328.7 μs   (324.1 μs .. 334.2 μs)
std dev              16.95 μs   (14.63 μs .. 22.02 μs)

forall:

time                 113.2 μs   (111.2 μs .. 115.0 μs)
                     0.997 R²   (0.996 R² .. 0.998 R²)
mean                 112.0 μs   (110.0 μs .. 113.9 μs)
std dev              6.333 μs   (5.127 μs .. 7.896 μs)

使用标准的nf 衡量性能。


正如预期的那样,我并没有重新发明折叠,而是低估了编译器标志,并且天真地没想到-O2 与默认优化级别性能相比会产生如此巨大的整体差异,也没有个别定制之间的优化效果差异 -写和图书馆的配方。许多高效的专业标准函数优化显然只有在明确启用时才会发挥作用。

Haskell 标记信息的“性能”部分强调了优化级别编译器标志在测试代码效率时的重要性。通常建议相信库函数实现的复杂性,而不是重新连接 RULES 杂注或重新制定基本形式,而是尝试利用已经培养的优化潜力。

【问题讨论】:

  • 如果你想推理这个级别的代码性能,你可能应该看看核心。性能差距与渐近无关(怎么可能?您的函数显然也是 O(n)) - 我的猜测是由于 Foldable 函数中缺少内联。对于某些fzList.foldr,您的所有函数都等效于foldr f z,即使Foldable.foldr 没有,也可能内联。
  • 我无法用简单的 all / forall 重现这个。不出所料,在涉及可熔操作的情况下,这是毫无争议的:sprunge.us/RQdO 当然,您可以为forall 和公司编写融合规则。
  • @Michael 我得到的结果与 -O0 的 Georg 相似,-O2 与你的相似。
  • 请阅读haskell标签信息部分关于性能问题
  • 你也应该试试-O。它的编译速度-O2 快得多,而且它生成的代码通常已经足够好了。

标签: performance haskell linked-list fold any


【解决方案1】:

我发现以各种方式重新实现any 很有启发性:

import Prelude hiding (any)
import Criterion.Main
import Data.Foldable (foldMap)
import Data.Monoid

你的exists

exists :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
exists _ [] = False
exists pred (x : xs)
    = if pred x
      then True
      else exists pred xs

使用(||)的版本:

existsOr :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
existsOr _ [] = False
existsOr pred (x : xs) = pred x || existsOr pred xs

使用foldr

any :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
any pred = foldr ((||) . pred) False

使用foldrAny

anyF :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
anyF pred = getAny . foldr (mappend . (Any . pred)) mempty

使用foldMapAny

anyFM :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool
anyFM pred = getAny . foldMap (Any . pred)

ghc -O0 的基准测试:

benchmarking exists
time                 1.552 μs   (1.504 μs .. 1.593 μs)
                     0.989 R²   (0.983 R² .. 0.993 R²)
mean                 1.482 μs   (1.427 μs .. 1.545 μs)
std dev              196.1 ns   (168.8 ns .. 229.2 ns)
variance introduced by outliers: 93% (severely inflated)

benchmarking existsOr
time                 2.699 μs   (2.616 μs .. 2.768 μs)
                     0.992 R²   (0.988 R² .. 0.995 R²)
mean                 2.629 μs   (2.554 μs .. 2.704 μs)
std dev              277.8 ns   (235.8 ns .. 351.1 ns)
variance introduced by outliers: 89% (severely inflated)

benchmarking any
time                 5.551 μs   (5.354 μs .. 5.777 μs)
                     0.990 R²   (0.986 R² .. 0.995 R²)
mean                 5.553 μs   (5.395 μs .. 5.750 μs)
std dev              584.2 ns   (447.5 ns .. 835.5 ns)
variance introduced by outliers: 88% (severely inflated)

benchmarking anyF
time                 7.330 μs   (7.081 μs .. 7.612 μs)
                     0.988 R²   (0.982 R² .. 0.994 R²)
mean                 7.502 μs   (7.272 μs .. 7.762 μs)
std dev              848.2 ns   (712.6 ns .. 1.022 μs)
variance introduced by outliers: 89% (severely inflated)

benchmarking anyFM
time                 5.668 μs   (5.451 μs .. 6.008 μs)
                     0.987 R²   (0.975 R² .. 0.996 R²)
mean                 5.807 μs   (5.659 μs .. 5.975 μs)
std dev              542.5 ns   (446.4 ns .. 721.8 ns)
variance introduced by outliers: 86% (severely inflated)

你的版本(exists)确实是最快的,foldr的版本比较慢。

使用ghc -O2,您的版本 (exists) 是最慢的,而所有其他函数的速度几乎相同:

benchmarking exists
time                 753.5 ns   (725.4 ns .. 779.9 ns)
                     0.990 R²   (0.986 R² .. 0.995 R²)
mean                 762.4 ns   (737.0 ns .. 787.0 ns)
std dev              82.47 ns   (66.79 ns .. 105.1 ns)
variance introduced by outliers: 91% (severely inflated)

benchmarking existsOr
time                 491.5 ns   (478.2 ns .. 503.2 ns)
                     0.994 R²   (0.992 R² .. 0.996 R²)
mean                 494.5 ns   (481.1 ns .. 512.9 ns)
std dev              54.97 ns   (42.54 ns .. 80.34 ns)
variance introduced by outliers: 92% (severely inflated)

benchmarking any
time                 461.2 ns   (442.0 ns .. 479.7 ns)
                     0.989 R²   (0.985 R² .. 0.993 R²)
mean                 456.0 ns   (439.3 ns .. 476.3 ns)
std dev              60.04 ns   (47.27 ns .. 89.47 ns)
variance introduced by outliers: 94% (severely inflated)

benchmarking anyF
time                 436.9 ns   (415.8 ns .. 461.0 ns)
                     0.978 R²   (0.967 R² .. 0.988 R²)
mean                 450.8 ns   (430.1 ns .. 472.6 ns)
std dev              70.64 ns   (57.04 ns .. 85.92 ns)
variance introduced by outliers: 96% (severely inflated)

benchmarking anyFM
time                 438.9 ns   (426.9 ns .. 449.5 ns)
                     0.993 R²   (0.989 R² .. 0.996 R²)
mean                 435.8 ns   (421.4 ns .. 447.6 ns)
std dev              45.32 ns   (36.73 ns .. 58.74 ns)
variance introduced by outliers: 90% (severely inflated)

如果查看简化的核心代码 (ghc -O2 -ddump-simpl),会发现不再有 foldrs(-O0,所有内容都还在其中,包括 folds)。

因此,我敢说您的代码(在未优化的版本中,-O0)比库代码更快,因为它更简单(以不那么通用的潜在代价)。优化的库代码比您的版本更快,因为它的编写方式使其优化潜力被编译器识别。 (诚​​然,这有点猜测)

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