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PHPerのための計算量入門
Ryo Tomidokoro
PHPerKaigi 2019/3/30
@hanhan1978
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よくあるコード例から
計算量を理解してみよう
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例題
とあるウェブサービスを運営する会社の営業社員が会員
データの分析をするためのCSVファイルを作ります。
全ユーザのデータをDatabaseから取得して、各種付帯情
報を追加してCSVファイルを作成します。
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コード例
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コードの問題は何？
仕様は満たしている、動作も問題ない。しかし、データ
の増大と共に問題を起こす可能性がある。
実際に、サンプルコードの負荷試験をして、データ量と
処理時間の関係を確認する。
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データ件数と処理時間の関係
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データ件数と処理時間の関係
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この問題をどのように検出する？
なるべく勘や経験に頼りたくはないが、何か良い方法は
あるだろうか？
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問題を検出する方法
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◎負荷試験
人材や納期、品質向上への理解があるのであれば、本番
相当以上のデータ量を用意した負荷試験を行えば、確実に
検出することが可能
今までのエンジニア人生で、CIに負荷試験が組み込まれ
ているのを見たことは稀…
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静的解析
PHPStan, PHPMD等、試してみたが流石に計算量の問題点
は検出できない。
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▲経験
好きなアプローチではないが、現状もっとも低コストで
現実的に実行できる対策はこれになってしまう。研修や教
育によって計算量に対して、意識を向けてもらうようにす
る。
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計算量視点を持つ
いつものコーディングに、新しい視点として、計算量を
加えて見よう。
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計算量とは？
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２つの計算量
時間計算量(Time Complexity)
プログラムの演算の回数
空間計算量(Space Complexity)
プログラムが利用するメモリ使用量
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時間計算量の測り方
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単純な掛け算関数
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単純な掛け算関数
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単純な掛け算関数
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すべてのアルゴリズムで厳密な時間計算量を
算出するのは大変です。
そこで、時間計算量の世界には便利な記法が
あります。
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O記法 (Big-O notation)
計算量の目安を表す便利な記法。O記法での表現によっ
て、そのアルゴリズムがどんな時間計算量特性を持つのか
を理解できる。
O(1), O(n), O(n^2), O(n*log n)
括弧の中身が計算量のオーダーを表す
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データ量と時間計算量特性の関係
[引用] 開発新卒に捧ぐ、基本のアルゴリズムと計算量
https://www.techscore.com/
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アルゴリズムと計算量
アルゴリズム 計算量
バブルソート O(n^2)
マージソート O(n * log n)
バイナリーサーチ O(log n)
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計算量視点で最初の例を読み返す
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コード例
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コード例
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コード例
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計算量オーダーを下げる
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改善例
※ $purchased_usersのkeyとvalueを入れ替えておく
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改善例
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改善例
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処理時間を再計測
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データ件数と処理時間の関係（改善後）
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データ件数と処理時間の関係（改善後）
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計算量という視点を持つことで、プログラム
が潜在的にもつ問題点を見つけることが出来
た。
※ただし、データ量が少なければ問題ないこ
とが多いので、無闇に計算量ばかり指摘するの
はやめましょう。
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in_arrayは遅いので、array_key_existsに書き換えて！
悪い指摘の仕方
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このプログラムが処理するデータ量が３万件です。アル
ゴリズムの計算量がO(N^2)なので、処理時間に懸念があり
ます。念の為、負荷試験を追加で行ってもらって良いで
しょうか？
良い指摘の仕方
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おまけ
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配列操作関数の計算量
O(1) O(n) O(n^2)
array_key_exists
array_key_first
array_key_last
array_push
array_pop
array_combine
array_flip
array_keys
array_map
array_rand
array_shift
array_sum
array_unique
array_values
arsort
asort
in_array
array + array
range
array_fill
array_intersect
array_merge
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Redisのドキュメント
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参考図書
数学ガール4 乱択アルゴリズム (結城 浩)
みんなのコンピューターサイエンス (Wladston Ferreira Filho)
アルゴリズムとデータ構造 (近藤 嘉雪)
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Thanks!!
@hanhan1978
https://blog.hanhans.net
Ryo Tomidokoro