Мемоизация

Мемоизация (Кэш) (англ. memoization от англ. memory и англ. optimization) — пример использования кэша при разработке программного обеспечения, в программировании сохранение результатов выполнения функций для предотвращения повторных вычислений. Это один из способов оптимизации, применяемый для увеличения скорости выполнения компьютерных программ. Перед вызовом функции проверяется, вызывалась ли функция ранее:

• если не вызывалась, то функция вызывается, и результат её выполнения сохраняется;
• если вызывалась, то используется сохранённый результат.

Мемоизация может использоваться не только для увеличения скорости работы программы. Например, она используется при взаимно-рекурсивном нисходящем синтаксическом разборе в обобщённом алгоритме нисходящего синтаксического анализа^[1].

Несмотря на связь с кэшированием, мемоизация является особым видом оптимизации, отличающимся от таких способов кэширования, как буферизация и подмена страниц.

В рамках языков логического программирования мемоизация известна под названием «табулирования».

Приведенная ниже функция memoize() сохраняет результаты каждого вызова принимаемой функции в виде [ключ:значение].

// Функция, генерирующая ключ исходя из параметровconst generateKey = args => (   args.map(x => `${x.toString()}:${typeof(x)}`).join('|') // Результат: "x1:number|x2:number|...");// Принимает функцию в качестве параметраconst memoize = fnFal => {  const cache = {};  return (...args) => { // Генерирует ключ для сохранения результата    const key = generateKey(args);     const val = cache[key];// Проверяет, существует по данному ключу какое-либо значение и возвращает его, если оно есть    if (val) return val;// Сохраняет результат вызова функции    const res = fnFal(...args);    cache[key] = res;// Возвращает результат    return res;   };};

С помощью нее мы можем избежать повторного выполнения вычислений в случае, если они уже были произведены.

// Функция, находящая сумму чисел от a до bconst sumSeq = (a, b) => {  console.log('Calculate sum');  let r = 0;  for (let i = a; i < b; i++) r += i;  return r;}; // Производим мемоизацию функции sumSeqconst mSumSeq = memoize(sumSeq);console.log('First call mSumSeq(2, 5)');console.log('Value: ' + mSumSeq(2, 5)); // Выводит  в консоль "9"console.log('Second call mSumSeq(2, 5)');console.log('From cache: ' + mSumSeq(2, 5)); // Выводит в консоль "9"console.log('Call mSumSeq(2, 6)');console.log('Calculated: ' + mSumSeq(2, 6)); // Выводит в консоль "14"

При повторном вызове функции mSumSeq( 2, 5 ) программа не выполняла повторные вычисления суммы, она проверила наличие значения по ключу [2:number|5:number] в кэше, и, поскольку он уже был создан и ему было присвоено значение 9 при первом вызове функции, это значение передастся переменной val из memoize() и возвратится в качестве аргумента в console.log().

Данный пример показывает самое простое применение мемоизации в программировании, поэтому особых изменений в скорости работы можно не заметить, однако этот способ оптимизации может сильно облегчить работу процессора при нагруженных математических вычислениях.

• Понижение силы операций — оптимизация, заменяющая дорогостоящие операции более дешёвыми эквивалентами.
• Таблица поиска — ключевая структура данных, используемая при мемоизации.
• Приспособленец (шаблон проектирования) — шаблон, использующий мемоизацию.
• Динамическое программирование — приложения техник мемоизации.
• Отложенные вычисления.

Примеры кода взяты из источника:

HowProgrammingWorks, Тимур Шемсединов - Github репозиторий.