🧔 🥟 👓 जावास्क्रिप्ट में छेद छेद 🚔 🎿 👩🏻‍🔬

नमस्कार, हेब्र! मैं आपके लिए मैथियस ब्यूस के लेख " वार्महोल इन जावास्क्रिप्ट" का अनुवाद प्रस्तुत करता हूँ।

कंप्यूटर दिलचस्प मशीनें हैं। सिद्धांत रूप में, वे हमें आदर्श यांत्रिक गणितज्ञ लगते हैं जो संख्याओं के साथ काम करते हैं और इसके अलावा, गुणा और घटाव के अच्छे संचालन करते हैं।

हालांकि, इस तरह के एक अमूर्त काफी भ्रामक है। यह हमें इस समझ से दूर ले जाता है कि एक कंप्यूटर विभिन्न गति पर अलग-अलग गणितीय क्रियाओं को संसाधित करता है। यदि आप जावास्क्रिप्ट (या किसी अन्य भाषा) में लिखते हैं और आपके द्वारा लिखे गए एल्गोरिदम के प्रदर्शन की परवाह करते हैं, तो यह समझना बहुत महत्वपूर्ण है कि कंप्यूटर हुड के नीचे कैसे काम करते हैं।

यदि हम जानते हैं कि कंप्यूटर क्या सक्षम है, तो हम अपने कार्यक्रमों को हमारी अपेक्षा से अधिक तेज बनाने के लिए सबसे छोटे रास्तों या वर्महोलों का उपयोग कर सकते हैं।

विभाजन के शेष को प्राप्त करने के संचालन में वर्महोल

इसका वास्तव में क्या मतलब है? आइए एक उदाहरण देखें: कल्पना करें कि हम एक रिंग सूची को लागू करना चाहते हैं। एक रिंग लिस्ट एक निश्चित आकार की सूची होती है, जिसमें सूची के आकार की तुलना में बड़ा सम्मिलित किया जाता है और इसे सूची के शीर्ष और एक सर्कल में ले जाया जाता है। कई चीजों के लिए रिंग लिस्ट बहुत सुविधाजनक है - जैसे कि विशिष्ट समय अंतराल के लिए आंकड़े इकट्ठा करना, डेटा को बफर करना और बहुत कुछ, लेकिन इस लिंक को देखें:

const list = new Array(15000) function set (i, item) { //  % -   ,     //        //    ,     i    list[i % list.length] = item }

यह कोड कितनी तेजी से निष्पादित होता है? चलो एक सरल गति परीक्षण चलाते हैं

 console.time() for (var i = 0; i < 1e9; i++) { set(i, i) } console.timeEnd()

मेरे कंप्यूटर पर, 1 बिलियन आवेषण के लिए ~ 4 सेकंड का समय लगा। बुरा नहीं है।

हालाँकि, आइए एक कम्प्यूटेशनल वर्महोल लागू करें और सरणी का आकार बदलकर एक जादुई संख्या करें:

 //     15000  16384 const list = new Array(16384) function set (i, item) { //  % -   ,     //        //    ,     i    list[i % list.length] = item }

आइए फिर से प्रदर्शन परीक्षण चलाने की कोशिश करें। मेरे कंप्यूटर पर, परीक्षण ~ 1.5 सेकंड में पूरा हुआ। सरल आकार बदलने के कारण दोगुने से अधिक की वृद्धि। ऐसा क्यों होता है यह समझने के लिए, हमें निम्नलिखित को समझना चाहिए, हुड के तहत, कंप्यूटर आधार 2 के साथ संख्याओं के साथ काम करता है। यह जानना महत्वपूर्ण है कि क्या हमें शेष विभाजन (% संचालन) मिलता है। इस तरह की गणना बहुत सरल है यदि संख्या 2 (2 ^ n) b 16384 का गुणक है यह 2 ^ 14. है। वास्तव में, कंप्यूटर बाइनरी रूप में संख्या को देखता है और बस अंतिम n बिट्स लेता है।

उदाहरण के लिए: जब ऐसा ऑपरेशन 353 500% 16 384 किया जाता है तो क्या होगा? 353 500 द्विआधारी प्रतिनिधित्व में 1010110010011011100 की तरह दिखेगा। 16384 == 2 ^ 14 के बाद से - हमें अंतिम 14 बिट्स लेने की आवश्यकता है - 10101 (10010011011100) या 9 346।

हम इस ज्ञान का उपयोग दूसरे वर्महोल के संबंध में कर सकते हैं। कंप्यूटर के लिए, अंतिम n बिट्स लेना बहुत सरल और त्वरित है। वास्तव में, केवल (2 ^ n) - 1 के साथ बाइनरी और (ऑपरेशन) का उत्पादन करना आवश्यक है

 const list = new Array(16384) function set (i, item) { //    &( )  %    2 ^ n list[i & (list.length - 1)] = i }

मेरे कंप्यूटर पर फिर से प्रदर्शन परीक्षण चलाने पर, हम देखेंगे कि निष्पादन समय घटकर ~ 1 s हो जाएगा या पहले रन की तुलना में प्रदर्शन में चार गुना वृद्धि होगी। और यह सब एक समझ के कारण है कि कंप्यूटर कैसे काम करता है।

स्मार्ट कंपाइलर या VMs इस अनुकूलन को बिटवाइज़ ऑपरेशन में शेष के संचालन को चालू करके और पर्दे के पीछे के विपरीत कर सकते हैं। वास्तव में, नवीनतम V8 जावास्क्रिप्ट VM (NodeJS में लागू नहीं) बस यही करता है।

न्यूमेरिकल वर्महोल

एक और उपयोगी अणु समझ है कि पढ़ना और लिखना कैसे काम करता है। याद रखें कि हमने 32-बिट कंप्यूटर का उपयोग कैसे किया और हमें 64 बिट कैसे मिले? और 32 बिट्स तक हमारे पास 16 बिट्स थे। इसका वास्तव में क्या मतलब है? आमतौर पर हम इसके बारे में इस तरह सोचते हैं - हमारे पास कंप्यूटर पर कितनी रैम है। 2 ^ 32 = 4294967296 या 4 जीबी, जिसका अर्थ है कि हम केवल 32-बिट कंप्यूटर पर 4 जीबी मेमोरी का उपयोग कर सकते हैं। जब हम JS प्रोग्राम लिखते हैं, तो हमें आमतौर पर इसके बारे में सोचने की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि हम आमतौर पर उस मेमोरी का उपयोग नहीं करते हैं।

हालांकि, 32-बिट और 64-बिट कंप्यूटर के बीच अंतर को समझना बहुत महत्वपूर्ण है। चूंकि प्रोसेसर को 64-बिट कंप्यूटरों पर 64-बिट रजिस्टर मिला है, इसलिए ऑपरेशन 32-बिट कंप्यूटरों की तुलना में 2 गुना तेज हो गए हैं, जहां आपके पास केवल 32-बिट रजिस्टर थे।

हम इस वर्महोल के बारे में जानकारी का उपयोग कैसे कर सकते हैं?
चलो एक सरल प्रोग्राम लिखते हैं जो एक Uint8Array को दूसरे में कॉपी करता है। यदि आप Unit8Arrays से परिचित नहीं हैं, तो वे NodeJS में बफ़र्स के समान हैं, या बस "क्लीन" मेमोरी।

 function copy (input, output) { //    input.length <= output.length for (var i = 0; i < input.length; i++) { //   8-  (byte) output[i] = input[i] } }

फिर से, प्रदर्शन परीक्षण चलाकर गति को मापें।

 //    1MB Uint8Arrays     const input = new Uint8Array(1024 * 1024) const output = new Uint8Array(1024 * 1024) console.time() for (var i = 0; i < 1e4; i++) { copy(input, output) } console.timeEnd()

मेरे कंप्यूटर पर, यह कार्यक्रम ~ 7.5 सेकंड में पूरा हुआ। तेजी लाने के लिए हम वर्महोल का उपयोग कैसे कर सकते हैं? Uint8Array का उपयोग करके हम एक बार में केवल 8 बिट्स कॉपी करते हैं, लेकिन 64-बिट कंप्यूटर होने पर हम एक ही समय में 64 बिट्स की जानकारी कॉपी कर सकते हैं। हम अपने Uint8Array को एक फ्लोट64Array में कॉपी करने से पहले जावास्क्रिप्ट में इसे कर सकते हैं, जिसमें कुछ भी खर्च नहीं होगा।

 function copy (input, output) { //    input.length <= output.length //       64-  //        , //      64-  //  BigInts   JavaScript,    BigInt64Array. const input64 = new Float64Array(input.buffer, input.byteOffset, input.length / 8) const output64 = new Float64Array(output.buffer, output.byteOffset, output.length / 8) for (var i = 0; i < input64.length; i++) { //   64-  output64[i] = input64[i] } }

प्रदर्शन परीक्षण फिर से चलाने पर, हमें 1 सेकंड का रनटाइम मिलता है, जो गति में 8 गुना वृद्धि देता है।

नकल के लिए, Uint8Array के लिए array.set (otherArray) पद्धति का उपयोग करने के लिए एक स्वीकार्य समाधान होगा, जो हमें देशी कोड में प्रतिलिपि देता है - जो किसी भी अन्य वर्महोल की तुलना में बहुत तेज़ है। संदर्भ के लिए, यह मेरे कंप्यूटर पर हमारे परीक्षण में निष्पादन के ~ 0.2 सेकंड का परिणाम देगा, जो पिछले समाधान की तुलना में 5 गुना तेज है।

जावास्क्रिप्ट की एक आकाशगंगा कीड़ा से भरी है

ऊपर दिए गए वर्महोल का उपयोग करने से आपको वास्तविक दुनिया के एल्गोरिदम को बहुत तेज़ी से बनाने में मदद मिलेगी। इस तरह के कई और कीड़े हैं। मेरा पसंदीदा है Math.clz32 , एक विधि जो एक संख्या के 32-बिट बाइनरी प्रतिनिधित्व में अग्रणी शून्य बिट्स की संख्या लौटाती है। हम कई दिलचस्प एल्गोरिदम के लिए इस पद्धति का उपयोग कर सकते हैं। मैंने इसका उपयोग 4 क्षेत्रों में बिट फ़ील्ड के कार्यान्वयन में तेजी लाने के लिए किया, जिसके कारण स्मृति की खपत में 4 गुना की कमी आई और मुझे कुछ स्थितियों में संख्याओं को अधिक तेज़ी से क्रमबद्ध करने की अनुमति मिली।

कंप्यूटर के मूल सिद्धांतों को समझना आपको सबसे तेज़ प्रोग्राम लिखने की अनुमति देता है जिनकी हमें आवश्यकता है। यह ज्ञान तब भी मायने रखता है जब आप जावास्क्रिप्ट जैसी उच्च-स्तरीय भाषा में लिखते हैं।

पुनश्च:

ओल्गा पेरेवेर्ज़ेवा में अनुवाद के अनुवाद और समायोजन में मदद के लिए विशेष धन्यवाद

जावास्क्रिप्ट में छेद छेद

विभाजन के शेष को प्राप्त करने के संचालन में वर्महोल

न्यूमेरिकल वर्महोल

जावास्क्रिप्ट की एक आकाशगंगा कीड़ा से भरी है

More articles: