有没有比 Java 中的 Collections.sort() 更快的东西？

Question

我做了一个中值滤波算法，我想优化它。目前过滤 2MM 行大约需要 1 秒（将文件读入 ArrayList elements），我正试图将其减少到更少（可能是一半时间？）嵌套循环也是为了避免增加时间，但是我仍然无法达到低于 0.98 秒的最高值。

这是一个执行中值过滤的代码 sn-p：

//Start Filter Algorithm 2
        int index=0;
        while(index<filterSize){
            tempElements.add(this.elements.get(index+counter)); //Add element to a temporary arraylist
            index+=1;
            if(index==filterSize){
                outputElements.add(tempElements.get((filterSize-1)/2)); //Add median Value to output ArrayList
                tempElements.clear(); //Clear temporary ArrayList
                index = 0; //Reset index
                counter+=1; //Counter increments by 1 to move to start on next element in elements ArrayList                    
            }
            if(elementsSize-counter <filterSize){
                break; //Break if there is not enough elements for the filtering to work
            }
        }

发生的情况是，我正在循环遍历 elements 数组列表以获取我提供的 filterSize。然后我将元素添加到临时（tempElements）数组列表中，使用Collections.sort()（这是我想要避免的）对其进行排序，找到中间值并将其添加到我的最终输出数组列表中。然后我清除 tempElements 数组列表并继续循环，直到由于缺少元素（小于 filterSize）而无法再过滤。

我只是在寻找一种方法来优化它并让它更快。我尝试使用 TreeSet，但无法从中获取索引处的值。

谢谢

Answer 1

Java Collections.sort() 实现在排序（双枢轴快速排序）方面是最快的。

这里的问题不在于细节，而在于您正在排序！您只需要找到中位数，并且有线性算法（排序是对数线性的）。请参阅selection 以获得一些灵感。您可能需要自己编写代码，因为我认为 java 库没有任何可用的公共实现。

我建议的另一件事是使用固定大小的数组（创建一次）而不是ArrayList。由于您事先知道过滤器的大小，这会给您带来小的速度提升。

我也看不出避免 for 循环如何以任何方式提高性能。除非您对其进行分析并证明这是正确的做法，否则我只会编写最易读的代码。

最后，TreeSet 或任何其他类型的排序数据结构也无济于事，因为 n 次插入的时间复杂度是对数线性的。

Answer 2

作为 Giovanni Botta 出色答案的替代方案：

假设您有一个数组[7, 3, 8, 4, 6, 6, 2, 4, 6] 和一个为4 的filterSize。那么我们的第一个临时数组将是[7, 3, 8, 4]，我们可以对其进行排序得到[3, 4, 7, 8]。当我们计算下一个临时数组时，我们可以在线性（或更好？）时间内完成，如下所示：

1. 删除 7
2. 在排序位置插入 6

我们可以在初始排序后对所有临时数组重复此操作。如果您花费大量时间对子数组进行排序，这可能不是一个坏方法。诀窍在于它增加了所需的存储空间，因为您需要记住删除条目的顺序，但这应该没什么大不了的（我不认为）。