解決拿蛋問題的時候，通過幾個shell指令碼運算速度對比，體會了演算法和編程最佳化的重要性

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前幾天，一位同學在群裡提出一個拿蛋的問題，原題如下：

有一筐雞蛋，

1個1個拿，正好拿完

2個2個拿，正好拿完

3個3個拿，正好拿完

4個4個拿，剩下2個

5個5個拿，剩下4個

6個6個拿，正好拿完

7個7個拿，剩下5個

8個8個拿，剩下2個

9個9個拿，正好拿完

求：筐裡一共有多少雞蛋？

請使用指令碼方式，計算雞蛋總數！

個人感覺這個題目寫的不嚴謹，因為至少我沒看明白，這道題問的到底是“這個筐裡最少有多少雞蛋？”還是“筐裡雞蛋總數在某一範圍之內（比如這個筐裡最多能裝100000個蛋的前提條件下），求筐裡雞蛋有可能是多少個？”暫且先按前一種猜測解答這道題吧，第二種猜測後續做為變種擴充一下。

其實這個問題貌似比較常見了，在網上隨隨便便就能搜出答案，但是不經思考拿來就用不理解消化成自己的知識的話，下次遇到相同或者類似的問題仍然不會，再加上正好培訓班的老師這段時間也正在講Shell進階編程，就拿這個題目來練習一下Shell編程吧。

首先想到的是簡單粗暴暴力破解型的指令碼：一個數一個數算唄！有啥難的？

代碼1（簡單粗暴版）：

#!/bin/bashecho -e "有一筐雞蛋，\n1個1個拿，正好拿完\n2個2個拿，正好拿完\n3個3個拿，正好拿完\n4個4個拿，剩下2個\n5個5個拿，剩下4個\n6個6個拿，正好拿完\n7個7個拿，剩下5個\n8個8個拿，剩下2個\n9個9個拿，正好拿完\n求：筐裡一共有多少雞蛋？\n請使用指令碼方式，計算雞蛋總數！\n"for i in {1..100000}do  if [[ $i%1 -eq 0 ]] && [[ $i%2 -eq 0 ]] && [[ $i%3 -eq 0 ]] && [[ $i%4 -eq 2  ]] && [[ $i%5 -eq 4  ]] && [[ $i%6 -eq 0 ]] && [[ $i%7 -eq 5 ]] && [[ $i%8 -eq 2 ]] && [[ $i%9 -eq 0 ]]  then    echo $i    break  fidone

順便使用time命令測試了一下指令碼運行消耗的時間：

第一次：

第二次：

第三次：

測試通過，沒問題，只是這代碼寫的太無腦了，簡直不忍直視，有沒有最佳化的空間呢？答案是肯定的，但這時候就需要有一點點邏輯思維的能力了（學過小學數學即可）。

思考如何最佳化：

1. 任何數都能被1整除，這個不用做判斷。

2. 可以被2、3、6、9同時整除，那麼因為2、3、6、9的最小公倍數是18，所以直接用18的倍數判斷能否除4餘2，除5餘4，除7餘5，除8餘2即可，這裡稍微需要注意是求餘不是除。

3. 隱藏條件：5個5個拿，剩下四個，那麼說明這筐雞蛋總數量的個位元要麼是4，要麼是9，但是由條件2（2個2個拿，正好拿完）得知，此數必為偶數，故個位元不能為9。結合此數必為18的倍數這個條件，那麼當此數為18的3+5×N倍時，即可同時滿足既是“18的倍數”且“個位元是4”這兩個條件。

思考結束後，就開始研究如何迴圈計算18的3+5×N倍能否除4餘2，除7餘5，除8餘2

代碼2（最佳化版）：

#!/bin/bash############################################################### File Name: modified.sh# Version: V1.0# Author: Damon Pan# Blog: http://blog.51cto.com/oldpan# Created Time : 2018-04-17 15:00:28# Description: null##############################################################echo -e "有一筐雞蛋，\n1個1個拿，正好拿完\n2個2個拿，正好拿完\n3個3個拿，正好拿完\n4個4個拿，剩下2個\n5個5個拿，剩下4個\n6個6個拿，正好拿完\n7個7個拿，剩下5個\n8個8個拿，剩下2個\n9個9個拿，正好拿完\n求：筐裡一共有多少雞蛋？\n請使用指令碼方式，計算雞蛋總數！\n"for((i=0;i<=100000;i++))do  ((n=18*(3+5*${i})))  if ((${n}%4==2)) && ((${n}%7==5)) && ((${n}%8==2))  then    echo ${n}    break  fidone

同樣使用time命令測試指令碼運行消耗的時間：

第一次：

第二次：

第三次：

果然沒有對比，就沒有傷害！運行速度相差了30多倍！這還只是計算到1314就停止了的情況下。那麼如果把題目的要求修改一下呢？比如就像前文中我對這道題目的要求進行的第二種猜測一樣，把題目的要求改為：“如果這個筐裡最多能裝10萬個雞蛋，求這個筐裡分別有可能有多少個雞蛋。”

簡單粗暴型的代碼就是把前文中代碼1簡單粗暴版 裡的if迴圈中的break去掉即可，這裡不再重複列出代碼了，只把三次time運行指令碼的結果列在下面。

time測試第一次：

第二次：

第三次：

那麼最佳化後的指令碼運行速度如何呢？（代碼部分同樣只是把前文中代碼2最佳化版 裡的 if迴圈裡的break去掉，但是下面的測試證明這樣做其實犯了一個邏輯錯誤）

time測試：

這~~怎麼比沒有最佳化的指令碼用的時間還多了呢？而且算出來的數字已經超過10萬了。肯定是代碼有錯誤了，開始修改代碼

在 if 判斷中增加了一個條件，n不能大於10萬，這樣修改之後，輸出的結果倒是正確了，但是指令碼執行速度仍然很慢。

time測試第一次：

第二次：

第三次：

看來代碼還是有問題，回頭仔細查看代碼，發現雖然在if中增加了一條判斷，但是實際上for迴圈的運算次數一次都沒有減少，只是計算到10萬以後就不再顯示計算結果了。繼續修改代碼：

#!/bin/bash############################################################### File Name: finalVersion.sh# Version: V1.0# Author: Damon Pan# Blog: http://blog.51cto.com/oldpan# Created Time : 2018-04-17 16:06:27# Description: null##############################################################echo -e "有一筐雞蛋，\n1個1個拿，正好拿完\n2個2個拿，正好拿完\n3個3個拿，正好拿完\n4個4個拿，剩下2個\n5個5個拿，剩下4個\n6個6個拿，正好拿完\n7個7個拿，剩下5個\n8個8個拿，剩下2個\n9個9個拿，正好拿完\n求：筐裡一共有多少雞蛋？\n請使用指令碼方式，計算雞蛋總數！\n"for((i=0;i<=100000;i++))do  ((n=18*(3+5*${i})))  if ((${n}>100000))  then    break  elif ((${n}%4==2)) && ((${n}%7==5)) && ((${n}%8==2))  then    echo ${n}  fidone

time測試第一次：

第二次：

第三次：

計算效率提高了40多倍，沒有預期的那麼大，可能我的程式邏輯還是有問題，應該還有可以進一步最佳化改進的地方。但是因本人數學和編程水平極其有限，再改就改不動了。。。還望有高手不吝賜教，在下先謝過了！

本次實驗通過同學提出的一個問題，驗證了演算法和編程最佳化的重要性，只是使用了一種最最簡單低級的最佳化，便把計算效率提高了40倍左右，如果需要計算的資料量非常大的時候，效率的提升還是很明顯的。

解決拿蛋問題的時候，通過幾個shell指令碼運算速度對比，體會了演算法和編程最佳化的重要性