Efficient solution for the *same fringe* problem

The fringe of a binary tree is the sequence composed by its leaves, from
left to right. The same fringe problem [Hewitt & Patterson, 1970]
consists of determining whether two binary trees have the same fringe.
For example, the first two trees below have the same fringe, but the
last two do not:

%         .         .         .
%        /        /        / 
%       .   3     1   .     1   .
%      /            /        / 
%     1   2         2   3    -2   3

example(1, fork(fork(leaf(1), leaf(2)), leaf(3))).
example(2, fork(leaf(1), fork(leaf(2), leaf(3)))).
example(3, fork(leaf(1), fork(leaf(-2), leaf(3)))).

A simple solution is to collect the leaves of one tree into a list and
then compare them with the leaves of the other tree.

/*
 * SIMPLE SOLUTION
 */

sf_1(T1, T2) :-
    walk(T1, [], Xs),
    walk(T2, [], Xs).

walk(leaf(X), A, [X|A]).
walk(fork(L, R), A0, Xs) :-
    walk(R, A0, A1),
    walk(L, A1, Xs).

Although simple, this solution is considered inelegant: first, because
it can be impractical when the first tree is very large; and, second,
because it is very inefficient when the trees differ in the first few
leaves. Thus, a better solution would be to stop the comparison as soon
as the first difference is found, without completely generating the list
containing the fringe of the first tree.

/*
 * SUPPOSEDLY BETTER SOLUTION
 */

sf_2(T1, T2) :-
    step([T1], [T2]).

step([], []).
step([T1|S1], [T2|S2]) :-
    next(T1, S1, X, R1),
    next(T2, S2, X, R2),
    step(R1, R2).

next(leaf(X), S, X, S).
next(fork(L, R), S0, X, S) :-
    next(L, [R|S0], X, S).

To compare the performance of these two solutions, I implemented some predicates to run automated experiments (by using SWI-prolog, version 9.0.4):

/*
 * EMPIRICAL COMPARISON
 */

comp(Case) :-
    format('fsize sf-1 sf-2n'),
    forall( between(1, 10, I),
            (   N is 100000 * I,
                tree(1, N, A),
                (   Case = true         % trees with same fringes
                ->  tree(1, N, B)
                ;   M is random(N//10), % trees with different fringes
                    flip(A, M, B) ),
                time(10, sf_1(A, B), T1),
                time(10, sf_2(A, B), T2),
                format('~0e ~2f ~2fn', [N, T1, T2]) ) ).

time(N, G, T) :-
    garbage_collect,
    S is cputime,
    forall(between(1, N, _), ignore(call(G))),
    T is (cputime - S) / N.

/*
 * RANDOM TREE GENERATION AND MODIFICATION
 */

tree(X1, Xn, leaf(X1)) :-
    X1 = Xn,
    !.
tree(X1, Xn, fork(L, R)) :-
    X1 < Xn,
    random(X1, Xn, Xi),
    Xj is Xi + 1,
    tree(X1, Xi, L),
    tree(Xj, Xn, R).


flip(leaf(X), Y, leaf(Z)) :-
    (  X = Y
    -> Z is -X
    ;  Z is  X ).
flip(fork(L0, R0), X, fork(L, R)) :-
    flip(L0, X, L),
    flip(R0, X, R).

The empirical results show that the second solution is, in fact, faster than the first when the trees do not have the same fringes:

?- comp(false).
fsize sf-1 sf-2
1e+05 0.01 0.00
2e+05 0.03 0.00
3e+05 0.05 0.00
4e+05 0.07 0.01
5e+05 0.09 0.01
6e+05 0.11 0.00
7e+05 0.12 0.01
8e+05 0.14 0.01
9e+05 0.17 0.00
1e+06 0.18 0.00
true.

However, when the trees do have the same fringe, the second solution is a little slower than the first:

?- comp(true).
fsize sf-1 sf-2
1e+05 0.02 0.03
2e+05 0.04 0.05
3e+05 0.06 0.08
4e+05 0.08 0.11
5e+05 0.10 0.12
6e+05 0.12 0.14
7e+05 0.12 0.16
8e+05 0.14 0.18
9e+05 0.17 0.19
1e+06 0.18 0.22
true.

QUESTION: Is it possible to implement a solution that is faster than the simple solution in both cases? How?

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật