前言
在计算机领域,记忆(memoization)是主要用于加速程序计算的一种优化技术,它使得函数避免重复演算之前已被处理过的输入,而返回已缓存的结果。 – wikipedia
Memoization
的原理就是把函数的每次执行结果都放入一个对象中,在接下来的执行中,在对象中查找是否已经有相应执行过的值,如果有,直接返回该值,没有才真正执行函数体的求值部分。在对象里找值是要比执行函数的速度要快的。
另外,Memoization
只适用于确定性算法,对于相同的输入总是生成相同的输出,即纯函数。
一、简单实现
通过 Memoization 的定义和原理,我们就可以初步实现 Memoization 了。
let memoize = function(func) {
let cache = {};
return function(key) {
if (!cache[key])
cache[key] = func.apply(this, arguments);
return cache[key];
}
}
是不是很简单~ 函数记忆其实就是利用闭包,将函数参数作为存储对象的键(key),函数结果作为存储对象的 value 值。
二、underscore 实现
underscore 的源码中有 Memoization 方法的封装,它支持传入一个 hasher 用来计算缓存对象 key 的计算方式。
_.memoize = function(func, hasher) {
var memoize = function(key) {
// 把存储对象的引用拿出来,便于后面代码使用
var cache = memoize.cache;
// hasher 是计算 key 值的方法函数。
// 如果传入了 hasher,则用 hasher 函数来计算 key
// 否则用 参数 key(即 memoize 方法传入的第一个参数)当 key
var address = '' + (hasher ? hasher.apply(this, arguments) : key);
// 如果 key 还没有对应的 hash 值(意味着没有缓存值,没有计算过该输入)
// 就执行回调函数,并缓存结果值
if (!_.has(cache, address))
cache[address] = func.apply(this, arguments);
// 从缓存对象中取结果值
return cache[address];
};
// cache 对象被当做 key-value 键值对缓存中间运算结果
memoize.cache = {};
// 返回 momoize 函数, 由于返回函数内部引用了 memoize.cache, 构成了闭包,变量保存在了内存中。
return memoize;
};
三、应用 - 判断素数
质数为在大于 1 的自然数中,除了 1 和它本身以外不再有其他因数。
我们通过判断素数的函数,看看使用了函数记忆后的效果。
function isPrime(value) {
console.log("isPrime 被执行了!");
var prime = value != 1; // 1 不是素数,其他数字默认是素数。
for (var i = 2; i < value; i++) {
if (value % i == 0) {
prime = false;
break;
}
}
return prime
}
let momoizedIsPrime = memoize(isPrime);
momoizedIsPrime(5) // isPrime 被执行了!
momoizedIsPrime(5) // 第二次执行,没有打印日志!
四、应用 - 计算斐波那契数列
斐波那契数列的特点是后一个数等于前面两个数的和
指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……在数学上,斐波那契数列以如下被以递归的方法定义:F0=0,F1=1,Fn=Fn-1+Fn-2
计算斐波那契数列是用来演示函数记忆很好的例子,因为计算斐波那契数列函数里面用了大量的递归。
var count = 0;
var fibonacci = function(n) {
count++;
return n < 2 ? n : fibonacci(n - 2) + fibonacci(n - 1);
}
for(var i = 0; i<= 10; i++) {
console.log(`i: ${i}, ` + fibonacci(i));
}
// i: 0, 0
// i: 1, 1
// i: 2, 1
// i: 3, 2
// i: 4, 3
// i: 5, 5
// i: 6, 8
// i: 7, 13
// i: 8, 21
// i: 9, 34
// i: 10, 55
console.log(count); // 453 !!!
我们可以看出,如果从 0 开始打印斐波那契数列,fibonacci 函数被执行了 453 次。那我们就牺牲一小部分内存,用来缓存每次计算的值。
fibonacci = memoize(fibonacci);
for(var i = 0; i<= 10; i++) {
console.log(`i: ${i}, ` + fibonacci(i));
}
console.log(count); // 12
通过 memoize 函数记忆,使得函数执行次数只需要 12 次,大大优化了函数执行计算的性能消耗,
总结
函数记忆(memoization)将函数的参数和结果值,保存在对象当中,用一部分的内存开销来提高程序计算的性能,常用在递归和重复运算较多的场景。