Golang 二分查找算法實驗(單元壓力測試)

Golang 二分查找算法實驗(單元壓力測試)

Golang版本信息
go version go1.13.5 windows/amd64

記錄一下自己實現二分查找算法的過程和實驗結果，二分查找算法細節請自行百度。

1. 生成隨機有序數組

這裏生成隨機有序數組不考慮是否有重複的數字，實現過程很簡單，就是生成隨機數字並壓入數組中。

func generateNums(size int) []int {
    // 參數是數組的大小
	var nums []int
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	for i := 0; i < size; i++ {
		nums = append(nums, rand.Intn(size))
	}
	sort.Ints(nums)
	return nums
}

2. 二分查找算法

使用通道傳遞查找次數結果，參數分別爲，數組，目的數字。

func binarySearch(nums []int, targetNum int) int64 {
	var low, high int
	var t int64
	high = len(nums) - 1
	for low <= high {
		t++
		mid := (low + high) / 2
		guess := nums[mid]
		if guess == targetNum {
			return t
		}
		if guess > targetNum {
			high = mid - 1
		} else {
			low = mid + 1
		}
	}
	return t
}

3. 使用單元測試調用

這裏定義測試數組大小固定爲204800000，即204800000個數字，所以最大搜索次數是25，最小是1。使用b *testing.B中的b.N來循環進行測試

// 初始化 - 以便測試數據相同
var (
	size = 204800000
	nums []int
)

func init() {
	nums = generateNums(size)
}

初始化數據後，創建兩個測試實例，分別使用goroutine和不使用goroutine的情況

// 使用goroutine
func BenchmarkBinarySearch(b *testing.B) {
	var (
		averT int64
		wg    sync.WaitGroup
	)
	wg.Add(b.N)
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		targetNum := nums[rand.Intn(size)]
		go func(targetNum int) {
			defer wg.Done()
			number := binarySearch(nums, targetNum)
			atomic.AddInt64(&averT, number)
		}(targetNum)
	}
	wg.Wait()
	log.Printf("總共測試%d次,平均每次搜索%v次", b.N, int(averT)/b.N)
}

// 不使用goroutine
func BenchmarkBinarySearchWithNoGoroutine(b *testing.B) {
	var averT int64
	for t := 0; t < b.N; t++ {
		targetNum := nums[rand.Intn(size)]
		runNumber := binarySearch(nums, targetNum)
		averT += runNumber
	}
	log.Printf("總共測試%d次,平均每次搜索%v次", b.N, int(averT)/b.N)
}

4. 實驗結果

以下均爲Golang的Benchmark壓力測試生成的隨機結果。

4.1 多Goroutine搜索

共循環搜索2600295次，平均每執行一次流程耗費467納秒

程序執行次數	平均搜索次數
1	27
10k	26
100k	25
260k(2600295)	25

控制檯結果:

4.2 普通搜索

共循環搜索100k次，平均每執行一次流程耗費1034納秒

程序執行次數	平均搜索次數
1	25
100	25
10k	25
100k	25

控制檯結果:

5. 實驗結論

壓力測試一共運行了4次程序，但是普通搜索很明顯比創建Goroutine慢，而且壓力測試根據普通搜索能承受的壓力將次數減至100k次。根據二分查找時間複雜度計算公式可以得知二分查找的時間上限爲 $\log_2{N} +1$，所以平均每次搜索次數都正確。

證明二分查找時間爲對數時間。

實驗可以進一步優化，對於如此龐大的數組，應該傳指針而不是傳值，傳值影響運行速度。