增加Java的BigInteger性能

如何提高 Java的大整数性能？

例如,这个派系程序：

import java.math.*;
class Fac {
  public static void main(String[] args) {
    BigInteger i = BigInteger.ONE;
    for(BigInteger z=BigInteger.valueOf(2);z.compareTo(BigInteger.valueOf(99999)) != 0;) {
      i = i.multiply(z);
      z = z.add(BigInteger.ONE);
    }
    System.out.println( i );
  }
}

该计划在31.5s完成

C：

#include <iostream>
#include <gmpxx.h>
using namespace std;
int main() {
  mpz_class r;
  r = 1;
  for(int z=2;z<99999;++z) {
    r *= mpz_class(z);
  }
  cout << r << endl;
}

在1.0s完成

和Ruby(用于比较)：

puts (2...99999).inject(:*)

完成在4.4s(Ruby)和32.2s在JRuby

还有Go(作比较)：

package main
import (
 "fmt"
 "math/big"
)
func main() {
  i := big.NewInt(1);
  one := big.NewInt(1)
  for z := big.NewInt(2); z.Cmp(big.NewInt(99999)) < 0;  {
      i.Mul(i,z);
      z.Add(z,one)
  }
  fmt.Println( i );
}

MulRange在1.6s和0.7s完成

编辑根据要求：

import java.math.*;
class F2 {
  public static void main(String[] args) {
    BigInteger i = BigInteger.ONE,r = BigInteger.valueOf(2);
    for(int z=2; z<99999 ; ++z) {
      i = i.multiply(r);
      r = r.add(BigInteger.ONE);
    }
    System.out.println( i );
  }
}

运行时间：31.4秒

对于仍然认为第一个和第二个java代码是不公平的人,编辑2

import java.math.*;
class F3 {
  public static void main(String[] args) {
    BigInteger i = BigInteger.ONE;
    for(int z=2; z<99999 ; ++z) {
      i = i.multiply(BigInteger.valueOf(z));
    }
    System.out.println( i );
  }
}

在31.1s完成

编辑3 @OldCurmudgeon评论：

import java.math.*;
import java.lang.reflect.*;
class F4 {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      Constructor<?> Bignum = Class.forName("java.math.MutableBigInteger").getDeclaredConstructor(int.class);
      Bignum.setAccessible(true);
      Object i = Bignum.newInstance(1);
      Method m = i.getClass().getDeclaredMethod("mul",new Class[] { int.class,i.getClass()});
      m.setAccessible(true);
      for(int z=2; z<99999 ; ++z) {
        m.invoke(i,z,i);
      }
      System.out.println( i );
    } catch(Exception e) { System.err.println(e); } 
  }
}

在23.7s完成

编辑4如@ Marco13所述,最大的问题是字符串创建不在BigInteger本身.

> BigInteger：3.0s
> MutableBigInteger hack：10.1s
>字符串创建：〜20s

解决方法

计算本身不应该花费这么长时间.然而,字符串创建可能需要一段时间.

Core i7,3GHz,Java 7/21的这个程序(Kudos to OldCurmudgeon和https://stackoverflow.com/a/8583188/823393)在使用-Xmx1000m -sever启动时需要大约3.9秒：

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;

public class FastBigInteger
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            Class<?> c = Class.forName("java.math.MutableBigInteger");
            Constructor<?> con = c.getDeclaredConstructor(int.class);
            con.setAccessible(true);
            Object i = con.newInstance(1);
            Method m = c.getDeclaredMethod("mul",c });
            m.setAccessible(true);
            long before = System.nanoTime();
            for (int z = 2; z < 99999; ++z)
            {
                m.invoke(i,i);
            }
            long after = System.nanoTime();
            System.out.println("Duration "+(after-before)/1e9);

            String s = i.toString();
            int n = s.length();
            int lineWidth = 200;
            for (int j=0; j<n; j+=lineWidth)
            {
                int j0 = j;
                int j1 = Math.min(s.length(),j+lineWidth);
                System.out.println(s.substring(j0,j1));
            }
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.err.println(e);
        }
    }
}

在打印实际计算的持续时间之后,花费相当长的时间直到完成字符串的创建,但这在这里几乎不被考虑.

这仍然不是一个明智的基准,但表明计算本身至少没有问题.

但诚然,当只使用BigInteger而不是这个MutableBigInteger黑客时,它需要appx. 15秒,与C实现相比较差.

增加Java的BigInteger性能

解决方法

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