Python, Java, C++の速度比較
はじめに
私はもともとPythonをメインに勉強してきたのですが、今週からJavaとC++の勉強を始めたので、実行速度の比較をしてみることにしました。
AtCoderから計算量の多いDPの問題を選んで、ほぼ同一のアルゴリズムで提出してみました。
問題1
Educational DP Contest / DP まとめコンテスト L問題 - Deque
Python
DP.py
n = int(input())
a = list(map(int, input().split()))
dp = [[0] * n for _ in range(n)]
for i in range(n):
dp[i][i] = a[i]
for i in range(n - 2, -1, -1):
for j in range(i + 1, n):
dp[i][j] = max(a[i] - dp[i + 1][j], a[j] - dp[i][j - 1])
print(dp[0][n - 1])
実行速度：TLE
シンプルに解けていますがPythonではなんと制限時間オーバーで間に合わず、ACになりません。
PyPy
DP.py
n = int(input())
a = list(map(int, input().split()))
dp = [[0] * n for _ in range(n)]
for i in range(n):
dp[i][i] = a[i]
for i in range(n - 2, -1, -1):
for j in range(i + 1, n):
dp[i][j] = max(a[i] - dp[i + 1][j], a[j] - dp[i][j - 1])
print(dp[0][n - 1])
実行速度：324ms
まったく同じコードですが、PyPyで提出すれば通ります。競技プログラミングでPythonで戦うにはPyPyやNumPyをうまく使う必要があります。
Java
Main.java
import java.util.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int n = sc.nextInt();
long[] a = new long[n];
for (int i=0; i<n; i++) {
a[i] = sc.nextInt();
}
long[][] dp = new long[n][n];
for (int i=0; i<n; i++) {
dp[i][i] = a[i];
}
for (int i = n - 2; i > -1; i--) {
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
dp[i][j] = Math.max(a[i] - dp[i + 1][j], a[j] - dp[i][j - 1]);
}
}
System.out.println(dp[0][n - 1]);
}
}
実行速度：258ms
やっていることは同じですが、Pythonよりもコードがずいぶん長くなりますね。速度はPyPyと同じくらいでしょうか。
C++
main.cpp
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define rep(i, n) for (int i = 0; i < n; ++i)
int main() {
int n; cin >> n;
vector<long long> a(n);
rep(i, n) cin >> a[i];
long long dp[n][n];
rep(i, n) dp[i][i] = a[i];
for (int i = n - 2; i > -1; --i) {
for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
dp[i][j] = max(a[i] - dp[i + 1][j], a[j] - dp[i][j - 1]);
}
}
cout << dp[0][n - 1] << endl;
}
実行速度：31ms
なにこの速度おかしくないですか…
問題2
Educational DP Contest / DP まとめコンテスト B問題 - Frog2
Python
DP.py
n, k = [int(i) for i in input().split()]
h = [int(i) for i in input().split()]
dp = [float('inf')] * n
dp[0] = 0
for i in range(1, n):
for j in range(max(i - k, 0), i):
dp[i] = min(dp[i], dp[j] + abs(h[i] - h[j]))
print(dp[n - 1])
実行速度：TLE
Pythonはコードが短くていいですね。と思いきや、またもTLEです。
PyPy
DP.py
n, k = [int(i) for i in input().split()]
h = [int(i) for i in input().split()]
dp = [float('inf')] * n
dp[0] = 0
for i in range(1, n):
for j in range(max(i - k, 0), i):
dp[i] = min(dp[i], dp[j] + abs(h[i] - h[j]))
print(dp[n - 1])
実行速度：408ms
PyPyで同一のコードを提出してACになりました。
Java
Main.java
import java.util.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int n = sc.nextInt();
int k = sc.nextInt();
int[] heights = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
heights[i] = sc.nextInt();
}
int[] dp = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
dp[i] = Integer.MAX_VALUE;
}
dp[0] = 0;
for (int i = 1; i < n; i++) {
for (int j=Math.max(i - k, 0); j < i; j++) {
dp[i] = Math.min(dp[i], dp[j] + Math.abs(heights[i] - heights[j]));
}
}
System.out.println(dp[n - 1]);
}
}
実行速度：449ms
問題1はJavaの方が早かったですが、問題2ではPyPyの方が早い結果になりました。やはり速度はほぼ同等でしょうか。
C++
main.cpp
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define rep(i, n) for (int i = 0; i < n; ++i)
int main() {
int n, k;
cin >> n >> k;
vector<int> h(n), dp(n);
rep(i, n) cin >> h[i];
rep(i, n) dp[i] = 999999999;
dp[0] = 0;
for (int i = 1; i < n; ++i) {
for (int j = max(i - k, 0); j < i; ++j) {
dp[i] = min(dp[i], dp[j] + abs(h[i] - h[j]));
}
}
cout << dp[n - 1] << endl;
}
実行速度：56ms
尋常ではない実行速度です。他より10倍くらい高速ですね。
まとめ
問題1
問題2
Pythonは遅いけどPyPyやNumPyを使えば戦えると思います。
JavaはPyPyと同じくらいの速度のようです。
C++の速度は異常。