算法基础 -- ARM 体系架构设计专家的算法提升目标

news2025/3/18 16:28:55

算法提升目标:ARM 体系架构设计专家

1. 位运算优化

相关 ARM 知识点:SIMD、NEON、SVE、低功耗优化、加密计算、数据压缩

推荐题目:

  • 136. 只出现一次的数字(异或运算)
  • 190. 颠倒二进制位(位反转,ARM rbit 指令)
  • 191. 位1的个数(Hamming Weight,ARM popcnt 指令)
  • 338. 比特位计数(动态规划优化位计算)
  • 461. 汉明距离(XOR 计算)
  • 693. 交替位二进制数(逻辑运算优化)
  • 868. 二进制间距(ARM NEON 指令优化)

ARM 体系应用

  • SIMD 优化:NEON 指令支持 vbitcnt 计算 Hamming Weight,可用于优化位运算题目。
  • 低功耗优化:位运算可以减少分支预测失败的影响,降低功耗。

2. 数组与矩阵优化

相关 ARM 知识点:SVE/SVE2、矩阵乘法优化(GEMM)、FFT/卷积计算、Cache 友好访问模式

推荐题目:

  • 48. 旋转图像(矩阵旋转,ARM SIMD 加速)
  • 73. 矩阵置零(空间优化)
  • 118. 杨辉三角(动态规划)
  • 240. 搜索二维矩阵 II(二分优化搜索)
  • 378. 有序矩阵中第 K 小的元素(Heap + 分治)
  • 542. 01 矩阵(BFS + DP)
  • 733. 图像渲染(BFS/DFS)

ARM 体系应用

  • SVE/SVE2 加速矩阵运算,如 GEMM(通用矩阵乘法)。
  • FFT 在 ARM NEON 中有加速指令,常用于计算机视觉、信号处理。
  • Cache 友好的访问模式(行优先 vs. 列优先)可以减少 Cache Miss。

3. 栈与队列

相关 ARM 知识点:LIFO/FIFO 结构、Cache 友好性、TLB 访问优化、硬件调度

推荐题目:

  • 20. 有效的括号(栈基础)
  • 155. 最小栈(双栈优化)
  • 225. 用队列实现栈(双队列)
  • 232. 用栈实现队列(双栈)
  • 239. 滑动窗口最大值(单调队列优化)
  • 394. 字符串解码(递归栈)

ARM 体系应用

  • ARMv8-A 架构的 SP(Stack Pointer)优化栈访问,提高访问效率。
  • ARMv9 的 MTE(Memory Tagging)可用于检测栈溢出问题。

4. 哈希与前缀和

相关 ARM 知识点:Cache 友好性、Bloom Filter、哈希表优化(CRC32/SHA 加速)、预取机制

推荐题目:

  • 1. 两数之和(哈希映射)
  • 560. 和为 K 的子数组(前缀和 + 哈希表)
  • 974. 和可被 K 整除的子数组(前缀和优化)

ARM 体系应用

  • CRC32 指令优化哈希函数计算,提高数据校验速度。
  • Prefetch 机制优化大规模哈希访问,减少 Cache Miss。

5. 动态规划(DP)

相关 ARM 知识点:并行优化、分块计算、低功耗优化(WFE/WFI)、TLB 热映射

推荐题目:

  • 70. 爬楼梯(Fibonacci 动态规划)
  • 198. 打家劫舍(动态规划优化)
  • 322. 零钱兑换(完全背包 DP)
  • 300. 最长递增子序列(O(nlogn) 优化)
  • 1143. 最长公共子序列(字符串 DP)

ARM 体系应用

  • TLB 热映射优化内存访问,提高 DP 计算效率。
  • SVE2 可用于加速 Fibonacci 级别的 DP 计算。

6. 并发与锁

相关 ARM 知识点:Mutex、Spinlock、CAS(Compare-And-Swap)、MPAM(Memory Partitioning)

推荐题目:

  • 1114. 按序打印(多线程同步)
  • 1115. 交替打印 FooBar(互斥锁)
  • 1116. 打印零与奇偶数(原子操作)

ARM 体系应用

  • LDAXR/STLXR(Load Acquire / Store Release)用于 ARM 原子操作。
  • WFE/WFI 指令可降低 CPU 空转,提高多线程调度效率。

总结

以上 LeetCode 题目覆盖了 ARM 体系结构的多个关键优化方向,包括:

  1. 位运算加速(NEON/SVE)
  2. 矩阵优化(Cache 友好、FFT 加速)
  3. 数据结构与缓存(L1/L2/L3 Cache 交互)
  4. 并行与多线程(多核调度、Spinlock)

如果你的目标是 ARM 体系结构优化,可以先刷 位运算 + 数组 + DP,再深入 并发控制与高性能计算 相关的题目。

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