素數生成器的F＃vs C＃性能

Question

我注意到F＃和C＃中看似相同的代碼不會執行相同的操作。 F＃的數量級更慢。 作為一個例子，我提供的代碼生成素數/給出F＃和C＃中的第n個素數。 我的F＃代碼是：

let rec isprime x =
primes
|> Seq.takeWhile (fun i -> i*i <= x)
|> Seq.forall (fun i -> x%i <> 0)

and primes = 
    seq {
        yield 2
        yield! (Seq.unfold (fun i -> Some(i, i+2)) 3)
                |> Seq.filter isprime
    }


let n = 1000
let start = System.DateTime.Now
printfn "%d" (primes |> Seq.nth n)
let duration = System.DateTime.Now - start
printfn "Elapsed Time: "
System.Console.WriteLine duration

而C＃看起來像這樣：

class Program
{
    static bool isprime(int n)
    {
        foreach (int p in primes())
        {
            if (p * p > n)
                return true;
            if (n % p == 0)
                return false;
        }
        return true;
    }

    static IEnumerable<int> primes()
    {
        yield return 2;
        for (int i=3; ; i+=2)
        {
            if (isprime(i))
                yield return i;
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        int n = 1000;
        var pr = primes().GetEnumerator();
        DateTime start = DateTime.Now;
        for (int count=0; count<n; count++)
        {
            pr.MoveNext();
        }
        Console.WriteLine(pr.Current);
        DateTime end = DateTime.Now;
        Console.WriteLine("Duration " + (end - start));
    }
}

當我測量不同的n我獲得至少7x的C＃優勢如下：

• n = 100：C＃= 5毫秒F＃= 64毫秒
• n = 1000：C＃= 22毫秒F＃= 180毫秒
• n = 5000：C＃= 280毫秒F＃= 2.05秒
• n = 10000：C＃= 960milsec F＃= 6.95sec

我的問題：

• 這兩個程序是否相同？
• 如果是，為什么不將它們編譯成相同/等效的CLI？
• 如果沒有，為什么不呢？
• 我怎樣才能/我可以改進我的F＃素數生成器以執行更類似於C＃的生成器？
• 通常，我（或者為什么我不能）總是模仿F＃中的C＃代碼，所以我的F＃代碼表現同樣快？

編輯1：我已經意識到算法本身可以通過僅遍歷isprime中的奇數和非素數來改進，使其成為非遞歸的，但這對於提出的問題是一種垂直的事實:)

Answer 1

這個：

這兩個程序是否相同？

這是一個哲學問題。

在我看來， isprime的C＃和F＃實現的isprime總是會同意任何給定的x ，所以在這個意義上它們是等價的。 但是，在你如何實現它們方面存在很多差異（例如， Seq.unfold會創建一個中間的IEnumerable<_>值，然后Seq.filter將創建另一個，所以你生成了更多的短命對象並在F＃代碼中使用了更多的函數調用，因此，就各個編譯器生成的低級指令而言，它們並不等同，這一點都不奇怪。

如果你願意，你可以創建與C＃代碼更相似的F＃代碼，代價是更加迫切和不那么慣用：

let rec primes = 
    seq {
        yield 2
        let mutable x = 3
        while true do
            if isprime x then 
                yield x
            x <- x + 2
    }
and isprime x =
    use e = primes.GetEnumerator()
    let rec loop() =
        if e.MoveNext() then
            let p = e.Current
            if p * p > x then true
            elif x % p = 0 then false
            else loop()
        else true            
    loop()

primes |> Seq.item 5000使用此實現在我的機器上大約需要0.6秒，相比之下，您的實現大約需要2.7秒。 我認為一般來說，F＃ seq表達式的代碼生成通常比C＃迭代器的代碼生成稍差，所以如果C＃仍然運行得更快，我也不會感到驚訝。 （但是請注意，有些成語在F＃中比在C＃中更快，所以F＃並不總是更慢 - 根據我的經驗，這兩種語言總體上相當，我發現編寫F＃代碼更加愉快）。

在任何情況下，我不建議如何使F＃編譯器的輸出更接近C＃編譯器的細節，而是建議尋找算法改進。 例如，簡單地在原始定義primes的末尾調用Seq.cache會使primes |> Seq.item 5000在我的機器上只需0.062秒，這比原始C＃快得多。