เหตุใดลูปที่ซ้อนกันจึงถือว่าไม่เหมาะสม

อาจารย์ของฉันพูดถึงวันนี้ว่าเป็นไปได้ที่จะ "ลูป" ลูปใน Java เพื่อให้คุณสามารถอ้างถึงพวกเขาเมื่อจัดการกับลูปซ้อนกัน ดังนั้นฉันจึงค้นหาคุณสมบัติตามที่ฉันไม่ทราบเกี่ยวกับมันและหลาย ๆ สถานที่ซึ่งคุณสมบัตินี้ได้รับการอธิบายแล้วตามด้วยคำเตือน

ฉันไม่เข้าใจว่าทำไม เป็นเพราะมันมีผลต่อความสามารถในการอ่านของรหัสหรือไม่ หรือเป็น "เทคนิค" มากกว่านี้หรือไม่

การวนซ้ำซ้อนกันนั้นใช้ได้ตราบใดที่พวกเขาอธิบายอัลกอริทึมที่ถูกต้อง

ลูปซ้อนมีข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับประสิทธิภาพ (ดูคำตอบของ @ Travis-Pesetto) แต่บางครั้งก็เป็นอัลกอริทึมที่ถูกต้องเช่นเมื่อคุณต้องการเข้าถึงทุกค่าในเมทริกซ์

การติดฉลากลูปใน Java ช่วยให้สามารถแยกลูปซ้อนได้หลายแบบก่อนกำหนดเมื่อวิธีอื่น ๆ ในการทำเช่นนี้จะยุ่งยาก เช่นบางเกมอาจมีโค้ดบางส่วนดังนี้:

Player chosen_one = null;
...
outer: // this is a label
for (Player player : party.getPlayers()) {
  for (Cell cell : player.getVisibleMapCells()) {
    for (Item artefact : cell.getItemsOnTheFloor())
      if (artefact == HOLY_GRAIL) {
        chosen_one = player;
        break outer; // everyone stop looking, we found it
      }
  }
}

ในขณะที่รหัสเช่นตัวอย่างข้างต้นบางครั้งอาจจะเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการแสดงขั้นตอนวิธีการบางอย่างก็มักจะดีกว่าที่จะทำลายรหัสนี้ในฟังก์ชั่นที่มีขนาดเล็กและอาจจะใช้แทนreturn breakดังนั้นbreakที่มีป้ายเป็นลมกลิ่นรหัส ; ให้ความสนใจเป็นพิเศษเมื่อคุณเห็นมัน

การวนซ้ำซ้อนกันมักเป็นวิธีที่ไม่ดี (แต่ไม่เสมอไป) เนื่องจากพวกมันมักจะ overkill (แต่ไม่เสมอไป) ในสิ่งที่คุณพยายามทำ ในหลายกรณีมีวิธีที่เร็วและสิ้นเปลืองน้อยกว่ามากในการบรรลุเป้าหมายที่คุณพยายามทำ

ตัวอย่างเช่นหากคุณมี 100 รายการในรายการ A และ 100 รายการในรายการ B และคุณรู้ว่าสำหรับแต่ละรายการในรายการ A มีหนึ่งรายการในรายการ B ที่ตรงกับมัน (ด้วยคำจำกัดความของ "การจับคู่" ทิ้งไว้โดยเจตนาไม่ชัดเจน ที่นี่) และคุณต้องการสร้างรายการคู่วิธีง่ายๆในการทำเช่นนี้:

for each item X in list A:
  for each item Y in list B:
    if X matches Y then
      add (X, Y) to results
      break

100 รายการในแต่ละรายการนี้จะใช้เวลาเฉลี่ยของ 100 * 100/2 (5,000 บาท) matchesการดำเนินงาน ด้วยรายการเพิ่มเติมหรือหากไม่มั่นใจว่าค่าสหสัมพันธ์ 1: 1 จะมีราคาแพงกว่า

ในทางตรงกันข้ามมีวิธีที่เร็วกว่ามากในการดำเนินการเช่นนี้:

sort list A
sort list B (according to the same sort order)
I = 0
J = 0
repeat
  X = A[I]
  Y = B[J]
  if X matches Y then
    add (X, Y) to results
    increment I
    increment J
  else if X < Y then
    increment I
  else increment J
until either index reaches the end of its list

หากคุณทำเช่นนี้แทนที่จะเป็นการmatchesดำเนินการตามจำนวนlength(A) * length(B)ตอนนี้ขึ้นอยู่กับlength(A) + length(B)ซึ่งหมายความว่ารหัสของคุณจะทำงานได้เร็วขึ้นมาก

เหตุผลหนึ่งในการหลีกเลี่ยงการทำลูปซ้อนเนื่องจากเป็นความคิดที่ดีที่จะทำโครงสร้างบล็อกแบบลึกเกินไปไม่ว่าจะเป็นลูปหรือไม่ก็ตาม

แต่ละฟังก์ชั่นหรือวิธีการควรเข้าใจง่ายทั้งวัตถุประสงค์ (ชื่อควรแสดงว่ามันทำอะไร) และสำหรับผู้ดูแล (ควรเข้าใจได้ง่ายภายใน) หากฟังก์ชั่นนั้นซับซ้อนเกินกว่าที่จะเข้าใจได้ง่ายนั่นมักจะหมายความว่าบางส่วนของ internals ควรถูกแยกออกเป็นส่วน ๆ เพื่อให้สามารถอ้างถึงในฟังก์ชั่นหลัก (ตอนนี้เล็กลง) ตามชื่อ

การวนซ้ำซ้อนกันอาจทำความเข้าใจได้ค่อนข้างเร็วแม้ว่าการซ้อนของลูปบางครั้งอาจทำได้ดี - การจัดหาให้ตามที่คนอื่น ๆ ชี้ให้เห็นนั่นไม่ได้หมายความว่าคุณกำลังสร้างปัญหาด้านประสิทธิภาพโดยใช้อัลกอริทึมช้ามาก

ที่จริงแล้วคุณไม่จำเป็นต้องใช้ลูปซ้อนเพื่อให้ขอบเขตการทำงานช้าลงอย่างไร้เหตุผล ลองพิจารณาตัวอย่างเช่นการวนซ้ำครั้งเดียวในแต่ละการวนซ้ำจะใช้หนึ่งไอเท็มจากคิวจากนั้นอาจนำหลาย ๆ อย่างกลับมาเช่นการค้นหาเขาวงกตแบบกว้าง ประสิทธิภาพไม่ได้ตัดสินจากความลึกของการซ้อนของลูป (ซึ่งมีเพียง 1) แต่ตามจำนวนไอเท็มที่ใส่เข้าไปในคิวนั้นก่อนที่มันจะหมดในที่สุด ( ถ้ามันหมดไป) - ส่วนที่เข้าถึงได้ของ เขาวงกตคือ

ในกรณีของลูปซ้อนกันหลายคุณจบลงด้วยเวลาพหุนาม ตัวอย่างเช่นให้รหัสหลอกนี้:

set i equal to 1
while i is not equal to 100
  increment i
  set j equal to 1
  while j is not equal to i
    increment j
  end
 end

นี่จะถือว่าเป็นเวลา O (n ^ 2) ซึ่งจะเป็นกราฟที่คล้ายกับ:

โดยที่แกน y คือระยะเวลาที่โปรแกรมของคุณใช้ในการยกเลิกและแกน x คือปริมาณข้อมูล

หากคุณได้รับข้อมูลมากเกินไปโปรแกรมของคุณจะช้าจนไม่มีใครรอ และมันก็ไม่มากนักประมาณ 1,000 รายการข้อมูลที่ฉันเชื่อว่าจะใช้เวลานานเกินไป

การขับรถบรรทุกขนาดสามสิบตันแทนที่จะเป็นรถโดยสารขนาดเล็กถือเป็นการปฏิบัติที่ไม่ดี ยกเว้นเมื่อคุณต้องการขนส่งสิ่งของ 20 หรือ 30 ตัน

เมื่อคุณใช้การวนซ้ำซ้อนกันมันไม่ใช่วิธีปฏิบัติที่ไม่ดี มันโง่อย่างเต็มที่หรือเป็นสิ่งที่ต้องการ คุณตัดสินใจ.

อย่างไรก็ตามมีคนบ่นเรื่องลูปการติดฉลาก คำตอบคือ: ถ้าคุณต้องถามคำถามอย่าใช้การติดฉลาก หากคุณรู้พอที่จะตัดสินใจด้วยตัวเองคุณต้องตัดสินใจเอง

ไม่มีอะไรผิดปกติอย่างแน่นอนหรือจำเป็นต้องเลวเกี่ยวกับลูปซ้อนกัน อย่างไรก็ตามมีข้อควรพิจารณาและข้อผิดพลาดบางประการ

บทความที่คุณนำไปสู่น่าจะเป็นชื่อของความกะทัดรัดหรือเนื่องจากกระบวนการทางจิตวิทยาที่รู้จักกันว่าถูกเผาไหม้ข้ามไปเฉพาะ

การถูกไฟไหม้คือเมื่อคุณมีประสบการณ์ในแง่ลบกับบางสิ่งที่มีความหมายว่าคุณกำลังหลีกเลี่ยง ตัวอย่างเช่นฉันอาจตัดผักด้วยมีดที่คมแล้วตัดตัวเอง ฉันอาจจะพูดว่ามีดคม ๆ ไม่ดีอย่าใช้มันเพื่อตัดผักเพื่อพยายามทำให้มันเป็นไปไม่ได้สำหรับประสบการณ์เลวร้ายที่จะเกิดขึ้นอีกครั้ง เห็นได้ชัดว่าทำไม่ได้อย่างมาก ในความเป็นจริงคุณแค่ต้องระวัง หากคุณกำลังบอกให้คนอื่นตัดผักคุณก็จะมีความรู้สึกที่แข็งแกร่งกว่านี้ ถ้าฉันสั่งให้เด็ก ๆ หั่นผักฉันจะรู้สึกอย่างยิ่งที่จะบอกพวกเขาว่าอย่าใช้มีดปลายแหลมโดยเฉพาะถ้าฉันไม่สามารถดูแลพวกเขาอย่างใกล้ชิด

ปัญหาคือในการเขียนโปรแกรมคือคุณจะไม่ได้รับประสิทธิภาพสูงสุดหากคุณต้องการความปลอดภัยก่อนเสมอ ในกรณีนี้เด็กสามารถตัดผักอ่อนได้เท่านั้น เผชิญหน้ากับสิ่งอื่นและพวกเขาจะทำเรื่องวุ่นวายโดยใช้มีดทื่อ สิ่งสำคัญคือการเรียนรู้การใช้ลูปอย่างเหมาะสมรวมถึงลูปซ้อนและคุณไม่สามารถทำเช่นนั้นได้หากพวกเขาถือว่าไม่ดีและคุณไม่เคยลองใช้มัน

เนื่องจากคำตอบมากมายที่นี่ชี้ให้เห็นการซ้อนกันวนรอบเพื่อเป็นการบ่งบอกถึงลักษณะการทำงานของโปรแกรมของคุณซึ่งอาจทำให้การซ้อนแต่ละครั้งแย่ลงอย่างมาก นั่นคือ O (n), O (n ^ 2), O (n ^ 3) และอื่น ๆ ซึ่งประกอบด้วย O (n ^ depth) โดยที่ความลึกแสดงถึงจำนวนลูปที่คุณซ้อนกัน เมื่อการทำรังของคุณเติบโตขึ้นเวลาที่ต้องใช้จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ปัญหาก็คือว่ามันไม่แน่นอนว่าเวลาหรือพื้นที่ของคุณจะซับซ้อน (บ่อยครั้งที่ * b * c แต่ไม่ใช่ว่าทุกวนรังอาจทำงานตลอดเวลาอย่างใดอย่างหนึ่ง) และไม่แน่ใจว่าคุณจะ มีปัญหาด้านประสิทธิภาพแม้ว่าจะเป็นเช่นนั้นก็ตาม

สำหรับคนจำนวนมากโดยเฉพาะนักเรียนนักเขียนและอาจารย์ที่จะพูดจาตรงไปตรงมาไม่ค่อยมีโปรแกรมสำหรับการใช้ชีวิตหรือเป็นแบบวันต่อวันสำหรับลูปอาจเป็นสิ่งที่พวกเขาไม่คุ้นเคย นี่เป็นประเด็นที่มีปัญหาเพราะมีช่วงการเรียนรู้อยู่เสมอและการหลีกเลี่ยงมันจะไม่มีประสิทธิภาพในการแปลงนักเรียนเป็นโปรแกรมเมอร์

ลูปที่ซ้อนกันสามารถไปในป่าได้นั่นคือพวกมันสามารถซ้อนกันได้ลึกมาก ถ้าฉันผ่านแต่ละทวีปจากนั้นผ่านแต่ละประเทศจากนั้นผ่านแต่ละเมืองจากนั้นผ่านร้านค้าแต่ละแห่งจากนั้นผ่านแต่ละชั้นวางแล้วผ่านแต่ละผลิตภัณฑ์ถ้าเป็นถั่วกระป๋องผ่านถั่วแต่ละตัวและวัดขนาดเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ยแล้วคุณล่ะ สามารถเห็นว่ามันจะทำรังลึกมาก คุณจะมีปิรามิดและพื้นที่ว่างเปล่ามากมายห่างจากขอบด้านซ้าย คุณอาจท้ายออกไปหน้า

นี่เป็นปัญหาที่จะมีความสำคัญมากกว่าในอดีตที่หน้าจอมีขนาดเล็กและมีความละเอียดต่ำ ในกรณีเหล่านั้นแม้แต่การทำรังสองสามระดับก็อาจใช้พื้นที่จำนวนมากอย่างแท้จริง นี่เป็นข้อกังวลที่น้อยกว่าในวันนี้ซึ่งเกณฑ์สูงกว่าแม้ว่ามันจะยังคงสามารถแสดงปัญหาได้หากมีการทำรังเพียงพอ

ที่เกี่ยวข้องคืออาร์กิวเมนต์ความงาม หลายคนไม่พบว่ามีการซ้อนกันของลูปที่ชื่นชอบในทางตรงกันข้ามกับเลย์เอาต์ที่มีการจัดเรียงที่สอดคล้องกันมากขึ้นซึ่งอาจหรือไม่อาจเชื่อมโยงกับสิ่งที่ผู้คนคุ้นเคยการติดตามสายตาและความกังวลอื่น ๆ อย่างไรก็ตามมันเป็นปัญหาในการที่มันมักจะเสริมกำลังด้วยตนเองและในที่สุดอาจทำให้รหัสยากที่จะอ่านเป็นทำลายบล็อกของรหัสและ encapsulating วนรอบหลัง abstractions เช่นฟังก์ชั่นยังมีความเสี่ยงทำลายการทำแผนที่ของรหัสเพื่อการไหลของการดำเนินการ

มีแนวโน้มตามธรรมชาติต่อสิ่งที่ผู้คนคุ้นเคย หากคุณกำลังเขียนโปรแกรมบางอย่างด้วยวิธีที่ง่ายที่สุดความน่าจะเป็นที่ไม่จำเป็นต้องทำรังมากที่สุดความน่าจะเป็นที่จะต้องลดลงหนึ่งระดับตามลำดับความสำคัญความน่าจะเป็นสำหรับอีกระดับจะลดลงอีกครั้ง ความถี่ที่ลดลงและโดยพื้นฐานแล้วหมายถึงยิ่งการทำรังสัมผัสกับความรู้สึกของมนุษย์น้อยลง

เกี่ยวข้องกับสิ่งนั้นนั่นคือในโครงสร้างที่ซับซ้อนใด ๆ ซึ่งสามารถพิจารณาลูปซ้อนได้ดังนั้นคุณควรถามเสมอว่าทางออกที่ง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เนื่องจากมีโอกาสสำหรับโซลูชันที่ไม่ได้รับซึ่งต้องการลูปน้อยกว่า ประชดคือการแก้ปัญหาที่ซ้อนกันมักจะเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการผลิตสิ่งที่ทำงานกับจำนวนของความพยายามขั้นต่ำความซับซ้อนและภาระการรับรู้ บ่อยครั้งที่เป็นธรรมชาติในการทำรังสำหรับลูป หากคุณพิจารณาตัวอย่างคำตอบข้อใดข้อหนึ่งข้างต้นซึ่งวิธีที่เร็วกว่าแบบซ้อนสำหรับลูปนั้นก็มีความซับซ้อนและประกอบด้วยรหัสที่มากขึ้น

การดูแลรักษาเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากมักจะเป็นไปได้ที่บทคัดย่อจะวนออกไปหรือทำให้แบน แต่ผลสุดท้ายก็คือการรักษาที่เลวร้ายยิ่งกว่าโรคโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณไม่ได้รับการยกระดับประสิทธิภาพที่สามารถวัดได้และสำคัญจากความพยายาม

เป็นเรื่องปกติมากที่ผู้คนจะประสบปัญหาเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการเชื่อมโยงกับลูปซึ่งบอกให้คอมพิวเตอร์ทำการกระทำซ้ำหลาย ๆ ครั้งและมักจะเกี่ยวข้องกับปัญหาคอขวดในการทำงาน น่าเสียดายที่การตอบสนองต่อสิ่งนี้อาจตื้นมาก มันกลายเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับคนที่จะเห็นลูปและดูปัญหาด้านประสิทธิภาพเมื่อไม่มีและซ่อนลูปจากสายตาเป็นไม่มีผลจริง รหัส "ดู" เร็ว แต่วางไว้บนถนนกุญแจสำคัญในการจุดระเบิดปูพื้นคันเร่งและดูที่มาตรวัดความเร็วและคุณอาจพบว่ามันยังเร็วพอ ๆ กับหญิงชราคนหนึ่งที่เดินเฟรมไม้เท้าของเธอ

การซ่อนตัวแบบนี้คล้ายกับหากคุณมีนักเล่นกลสิบคนในเส้นทางของคุณ ถ้าแทนที่จะมีเส้นทางตรงไปยังที่ที่คุณต้องการจะไปคุณก็จัดการมันเพื่อที่จะมีผู้ร้ายอยู่ทุกซอกทุกมุมมันจะให้ภาพลวงตาเมื่อคุณเริ่มต้นการเดินทางว่าไม่มีพวกมิจฉาชีพ เมื่ออยู่ไกลใจก็ห่าง. คุณจะยังคงได้รับการปล้นสิบครั้ง แต่ตอนนี้คุณจะไม่เห็นมันมา

คำตอบสำหรับคำถามของคุณคือทั้งคู่ แต่ไม่มีข้อกังวลใด ๆ พวกมันมีทั้งแบบอัตนัยหรือแบบบริบทเท่านั้น แต่น่าเสียดายที่บางครั้งความคิดเห็นส่วนตัวหรือค่อนข้างจะใช้เวลาก่อนหน้าและครอบงำ

ตามกฎของหัวแม่มือหากต้องการวนซ้ำซ้อนกันหรือที่ดูเหมือนว่าขั้นตอนที่ชัดเจนต่อไปก็จะดีที่สุดที่จะไม่พิจารณาและทำมัน อย่างไรก็ตามหากมีข้อสงสัยใด ๆ ก็ควรจะตรวจสอบในภายหลัง

กฎง่ายๆอีกข้อหนึ่งก็คือคุณควรตรวจสอบความสำคัญของหัวใจและถามตัวเองว่าการวนซ้ำนี้จะเป็นปัญหาหรือไม่ ในตัวอย่างก่อนหน้าของฉันฉันผ่านเมืองต่างๆ สำหรับการทดสอบฉันอาจผ่านไปสิบเมือง แต่จำนวนสูงสุดของเมืองที่สมเหตุสมผลในการใช้งานจริงคืออะไร ฉันอาจคูณมันด้วยทวีปเดียวกัน มันเป็นกฎง่ายๆที่ต้องคำนึงถึงลูปเสมอโดยเฉพาะอย่างยิ่งย้ำจำนวนครั้ง (ตัวแปร) แบบไดนามิกสิ่งที่อาจแปลลงบรรทัด

โดยไม่คำนึงถึงสิ่งที่ทำงานก่อนเสมอ วิธีที่คุณเห็นโอกาสในการปรับให้เหมาะสมคุณสามารถเปรียบเทียบโซลูชันที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำงานและยืนยันว่าได้รับประโยชน์ที่คาดหวัง นอกจากนี้คุณยังสามารถใช้เวลาเพิ่มประสิทธิภาพก่อนกำหนดได้นานเกินไปก่อนที่จะทำการวัดและสิ่งนี้นำไปสู่ ​​YAGNI หรือเสียเวลามากและพลาดกำหนด