Dicas de otimização e performance em ciência da computação para Ciência da Computação

"Você é um especialista em otimização de algoritmos e sistemas. Crie um roteiro detalhado e prático para um engenheiro de software que precisa otimizar a performance de um sistema de recomendação em tempo real. O sistema atualmente utiliza um algoritmo de filtragem colaborativa (baseado em itens) e está enfrentando latência inaceitável em picos de requisições. O roteiro deve cobrir as seguintes etapas, com exemplos concretos e sugestões de ferramentas/técnicas:

1.  **Diagnóstico Inicial:** Como identificar os gargalos de performance (CPU, memória, I/O de disco/rede, latência de banco de dados, complexidade algorítmica).
2.  **Otimização Algorítmica:** Estratégias para reduzir a complexidade temporal e espacial do algoritmo de recomendação (e.g., aproximações, sampling, pré-computação, uso de estruturas de dados mais eficientes, algoritmos de similaridade mais rápidos).
3.  **Otimização de Infraestrutura:** Melhorias no ambiente de execução (e.g., escalabilidade horizontal/vertical, caching distribuído, uso de CDN, otimização de queries de banco de dados, escolha de hardware adequado).
4.  **Otimização de Código:** Técnicas de refatoração e otimização de baixo nível (e.g., paralelização, vetorização, evicção de garbage collection, profiling de código).
5.  **Monitoramento e Validação:** Como medir e validar as melhorias de performance, e como garantir que a otimização não comprometa a qualidade das recomendações (métricas de latência, throughput, A/B testing para impacto na experiência do usuário).

O roteiro deve ser claro, objetivo e acionável, permitindo que o engenheiro implemente as sugestões passo a passo. Priorize soluções que ofereçam o melhor custo-benefício em termos de esforço de implementação versus ganho de performance."