C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

% S' K0 P! r/ n* D, p做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
先用 Octave （兼容matlab 那个东东） 做了一下，感觉慢，走通后就用C++ 重写，结果比 Octave 还慢，目测能慢10倍，很不科学啊。

Octave的互相关有现成函数 xcorr,  C++ 需要自己写。互相关是一个一维矢量和一个二维数组里的矢量依次做。矢量里是复数数据，没有用 STL，自己做了个  Re/Im 的struct，其实就是两个四字节 float 。
/ Q2 u, T+ \& E互相关的最基本运算是两个复数的乘法，就是四次 float 乘法再相加，所以本质上影响速度的应该就是 float 乘法和加法。

* V6 N- O/ Y" Q" w+ c+ G# v" r  sC++ 用的是VS 社区版，估计编译器不给力，但也不至于差这么多啊。

2 w& [" l: G% l3 h9 Z& h0 a: x高手们给分析分析,  多谢了。
) H. ^( e4 w" F4 {- F4 {

雷声

互相关这种是最适合矢量化的，Octave应该是用SIMD 或者CUDA写了核心的计算部分。所以比没有优化的快很多。我差不多20年前做过类似的二维相关处理，优化过的比老师自己写的快了三四十倍，实验室的小崽子们怨声载道。因为本来等处理完一次数据需要差不多六七个小时，正好打游戏。优化完了之后不到二十分钟就好了。啥也干不了。
你想省事的话用Intel的IPP库，里面有现成的高度优化的互相关函数。或者用CUDA自己写一个。
0 G' O2 D( l! T4 ]# G你做信号处理很熟的话，这个还可以用FFT来做。应该会更快一些。九十年代很多人这么处理，主要是那时候CPU实在太慢。现在基本用不着了。而且FFT前后处理比较麻烦，加窗什么的。

雷达

( O" J2 B1 r- f% e1 v

雷声 发表于 2022-9-23 07:02
) }/ P7 D, D% l4 _& [- r互相关这种是最适合矢量化的，Octave应该是用SIMD 或者CUDA写了核心的计算部分。所以比没有优化的快很多。 ...

5 G6 |0 h1 B8 r
% C) J$ c  U2 H1 D  N嗯， 我就是觉得 FFT 反而麻烦，互相关代码本身倒真没有几行。那看来就用 octave 就好了，没必要再用C++重写了。
另外，我现在就是用指针数组，如果用 STL 的Vector 会不会更快一些？

可梦之

Octave/Matlab内部对数值计算做了很多并行和优化。内核甚至是用Fortran写的。你用C++重写，没有做并行优化，真未必比他们的性能好。

阿忙

Matlab不是浪得虚名的，要打败它还是要下点功夫才行

雷达

8 Z) X' S7 }# k
研究了一下，似乎可以用预处理指令对浮点运算做一些优化。这个问题比我最初想象的要复杂得多

马鹿

汇编快！

数值分析

C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
并且是单线程的？加个openmp并行试试
或者调用mkl 库的互相关函数试试
+ B: p; F" X% c

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
+ \5 F( `- s, p1 k+ f1 V& z  D汇编快！

这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.
( T  N2 l' [) W
+ U1 ~2 L" [! v6 S7 x; x最好还是用高性能的计算库, 比如intel的ipp,或者看看gpu方面有没有类似的库.

走两步

涉及矩阵的用blas

雨楼

实际使用中要考虑综合成本/时间。比如用octave /Python 解决起来简单。自己另起炉灶麻烦些。

雷声

雷达 发表于 2022-9-23 08:13
2 J/ I+ I6 Y; U$ H嗯， 我就是觉得 FFT 反而麻烦，互相关代码本身倒真没有几行。那看来就用 octave 就好了，没必要再用C++ ...

+ `1 f) |8 E) b- S# mSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
* j' P2 I, Q2 o下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么就凑合用octave得了。
买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？
+ E  |" S# h9 p- w1 ~, ^- R

四处张望

矩阵最简单用eigen，然后enable  avx2以上

马鹿

mark 发表于 2022-9-22 22:43
这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.
$ Y% _5 |* E: X& R& w2 x
最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
) ]. _5 |) b5 m2 K8 }STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
$ h% x3 F6 x0 E下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

! ~. L( O2 o! Q3 U% d8 F你觉得在用AVX自己写与用GPU加速的Octave之间，谁有可能性能上超出？（基于中等价位的硬件水平）

数值分析

* t& M* ~5 d' B4 ?/ L

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
5 [9 f1 y0 g) A* u, n: I2 f9 F/ v你觉得在用AVX自己写与用GPU加速的Octave之间，谁有可能性能上超出？（基于中等价位的硬件水平） ...

( \8 q' ]7 X4 k" p7 l7 e; e必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。

% @! e8 u6 ^/ g/ U有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼

ltpub

先用性能探查器看下热点在哪里，用前面坛友们的方法针对性优化下，满足了应用需求就收手（心中牢记那句箴言：又不是不能用！）
5 E  l! q* D% b4 Q6 F4 d) ~* E
不知道vs的社区版带不带性能探查器，不行的话用pro/ent试用几天应该是不违规的，实在不行把C++编译到Linux下，那perf工具可就多了去了

机器猫

mark 发表于 2022-9-23 11:43
* n) y5 s) f0 |* X3 u这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.
5 @) R0 Q, E! d* j, [5 b. @- N
* {8 g: G' W2 h3 T" Q最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
你说的那些“高性能的计算库”很多估计都是专门的人用汇编手工优化出来的。那个得对要优化的系统非常熟悉的人来干，打个比方那条指令用在哪个地方会导致cache需要加载，这些都必须考虑到
8 J- B" q# _5 f) _+ e* j& n
8 _2 g! Y3 _+ J) Y1 o6 V1 e9 a当然对于调用这些库的代码来说，一般C和汇编区别不大

沉宝

现在进展怎么样了？

5 O: G5 r8 Z% S! z! g2 _想了解一下你问题的规模：
1) 你说互相关是一个一维矢量和一个二维数组里的矢量依次做，那么这个二维数组有什么特殊意义吗？需要对所有维度按列操作并返回一个矩阵，还是就是简单的一对一算过去？换一句话，本质上要的是一个1-维互相关算法，还是N-维互相关算法。
* p  y6 @* W1 V  r$ e8 i2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
3) Octave 大约跑了多长时间，你心里期望的速度大约是多少？

雷达

5 l, a( g0 P- D3 Q0 ?

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
现在进展怎么样了？
6 @, G7 S0 ~1 H
想了解一下你问题的规模：

- x1 K) d) t! I* ]6 p4 o
3 T3 q* E5 R* Z* V2 ~- {多谢关注。
规模还比较大，一个至少3万*3万的二维浮点复数矩阵，用一个4000点复数矢量对矩阵的每一个3万点矢量做互相关，重复3万次这种互相关。
; b* ^+ K" Q4 \7 U4 F" H- n我已经试验成功了 AVX 算浮点内积和 VS 优化， 再加上多核并行，我希望能至少和 octave 打平。但现在手头有其他事，还没有时间改正式代码。