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[信息技术] C++ 比 Octave 慢好多,怎么破?

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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 天

    [LV.10]大乘

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    楼主
     楼主| 发表于 2022-9-23 06:27:09 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 06:29 编辑
    ) u  |* U+ M" M' ?! u4 x
    ' R9 \$ c2 ~. p! O. e& f做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    0 O$ j  {7 F. i9 c4 X' Y1 {0 d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。
    9 J8 z9 {  m6 C. h! u: C0 j  Q/ Q2 _" [( J
    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 。; P  D* N! V" Z
    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。
    ' l1 Z( ~( g/ R, v: H, D3 K8 M/ ~$ Q: {) q; }  P3 ^+ d" Y+ t8 n* c
    C++ 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。' {  A0 U6 a/ U  S& w$ V. O3 d- `
    . ?1 G8 H* e# |  A( S: V, ~6 ]( e
    高手们给分析分析,  多谢了。
    8 S' h/ ?0 i# ~+ v. B

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    参与人数 3爱元 +18 收起 理由
    helloworld + 4
    MacArthur + 4
    indy + 10 伙呆了

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    该用户从未签到

    沙发
    发表于 2022-9-23 07:02:18 | 只看该作者
    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。+ S6 ?4 {+ x& _- l5 E% t
    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。
    : J6 G; c+ \) |; e& k2 V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。

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    给力: 5.0 油菜: 5.0
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    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:31
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 18:40
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 11:16
    给力: 5
      发表于 2022-9-23 09:14

    评分

    参与人数 2爱元 +18 收起 理由
    雨楼 + 8
    colin1992 + 10

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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
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    [LV.10]大乘

    板凳
     楼主| 发表于 2022-9-23 08:13:54 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 08:15 编辑
    2 Q0 f) ~% l  d' c; T4 E. @% ?5 ]
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    2 E4 o& `) ]. G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。 ...

    # _2 d$ a4 D) j  [1 E# A3 K9 J) R/ t& k, F
    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。
    ; C3 e. F# q4 C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?
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2021-4-20 05:43
  • 签到天数: 300 天

    [LV.8]合体

    地板
    发表于 2022-9-23 09:18:16 | 只看该作者
    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。
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-8-28 01:10
  • 签到天数: 1748 天

    [LV.Master]无

    5#
    发表于 2022-9-23 09:55:04 | 只看该作者
    Matlab不是浪得虚名的,要打败它还是要下点功夫才行
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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 天

    [LV.10]大乘

    6#
     楼主| 发表于 2022-9-23 11:00:38 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 11:10 编辑
    $ d; u$ I/ V  O& V& q8 e6 k
    6 t$ }. [2 F3 w2 O! d$ c% g1 w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
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  • TA的每日心情
    开心
    20 小时前
  • 签到天数: 3896 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2022-9-23 11:18:11 | 只看该作者
    汇编快!
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  • TA的每日心情
    开心
    2026-2-7 02:13
  • 签到天数: 1955 天

    [LV.Master]无

    8#
    发表于 2022-9-23 11:34:49 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-23 11:48 编辑
    % V" v! i- a2 y; ?3 ]* Q$ G) O
    , m& u8 N6 ^( v& J$ U- G, YC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?7 }, B$ U, n) S
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
    5 P5 c2 x  g" h  s7 u( e6 w5 d/ _或者调用mkl 库的互相关函数试试
    ; L. f! K1 Y  {2 e0 A! X

    点评

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      发表于 2022-9-23 22:32
    +1: 5
      发表于 2022-9-23 11:55
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  • TA的每日心情

    2024-2-11 13:31
  • 签到天数: 141 天

    [LV.7]分神

    9#
    发表于 2022-9-23 11:43:35 | 只看该作者
    马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
    1 h% D/ e9 u( h汇编快!
    % p0 Y, X: ]. x/ q/ n
    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.
    9 o7 `: _; N% y7 {7 Z. Y) s. V6 M8 e5 W! W2 E1 W* o
    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.
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    该用户从未签到

    10#
    发表于 2022-9-23 12:59:58 | 只看该作者
    涉及矩阵的用blas
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2020-1-3 00:51
  • 签到天数: 71 天

    [LV.6]出窍

    11#
    发表于 2022-9-23 14:05:11 | 只看该作者
    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。
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    12#
    发表于 2022-9-23 15:48:12 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-23 08:134 K2 U( }; b3 ?, W' l
    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++ ...

    $ `% D% l2 s, M0 D! l  G5 M; c0 FSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    2 w9 k2 k% @" |- H" D) I. C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。% a- r0 J2 v! i. R5 u1 ~
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?& \2 M% s$ V4 t: w. }* g; O
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-2-25 18:51
  • 签到天数: 1670 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2022-9-23 16:05:15 | 只看该作者
    矩阵最简单用eigen,然后enable  avx2以上
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  • TA的每日心情
    开心
    20 小时前
  • 签到天数: 3896 天

    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2022-9-23 20:24:06 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-22 22:43
    8 Q& R, u! Y4 U8 ?2 Y# b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.
    " e" d$ x& B1 n7 R/ u# D
      ?8 m+ K+ x0 L" k" \7 k; C( N) j6 P最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ' |, d" m0 r9 s$ ]我不是it的,说汇编是起哄呢
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    该用户从未签到

    15#
    发表于 2022-9-23 20:53:40 | 只看该作者
    雷声 发表于 2022-9-23 15:48
    + _3 S. c" H/ H  Z# _7 |STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。& R/ b, y. n- }% x0 K) ^
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...
    ' t! \# W8 O9 M# F9 j' d7 N% U
    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)
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  • TA的每日心情
    开心
    2026-2-7 02:13
  • 签到天数: 1955 天

    [LV.Master]无

    16#
    发表于 2022-9-23 21:37:24 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-23 23:50 编辑 " \3 d- T5 A% a- F& T4 T
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    $ O" {. t1 X5 n) A' f- z* u' c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) ...

    9 A4 V, C; |6 d$ P' K2 s$ W+ o  B
    4 p# H  S' p7 p/ R必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    ' D+ Q, I$ H# c, T% o4 J  @; @2 F4 `3 ^: U" B8 o: ^
    有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    该用户从未签到

    17#
    发表于 2022-9-26 18:34:55 | 只看该作者
    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 G2 a" g6 d2 F8 U" E' T
    9 z1 w3 t- [* ^) z: I" D* T
    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
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    18#
    发表于 2022-9-26 23:30:40 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-23 11:433 \6 S& R8 [* I3 j$ F; t
    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.
    6 x. Q% [5 x# u" q
    6 K! B9 h' R& v% ~最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ( G% |8 z' Q% ]: R! `- ^& p区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。! z0 P) {* I, M
    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
    * Z& x' O0 a* o$ D, K/ A
    # ?$ n8 }) R* M2 |* V7 I5 |! h当然对于调用这些库的代码来说,一般C和汇编区别不大
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    该用户从未签到

    19#
    发表于 2022-10-2 01:38:20 | 只看该作者
    现在进展怎么样了?4 ^+ l+ j; M' v& e( l+ O
    ' @4 c3 ^7 E1 }" n+ L' O, [
    想了解一下你问题的规模:+ _7 z; n# r- W9 r
    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。
    2 Y' |( C. q0 I* I2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?* a6 [/ t: u; X9 N+ ]/ l
    3) Octave 大约跑了多长时间,你心里期望的速度大约是多少?
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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 天

    [LV.10]大乘

    20#
     楼主| 发表于 2022-10-2 03:04:55 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-10-2 03:06 编辑 & v- N6 x( [& }! G* t
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    0 U3 J, ^* V; l4 O现在进展怎么样了?
    1 @( S# e/ o! u0 [# ~2 t0 m* q5 H7 X  [- U+ P$ A2 j
    想了解一下你问题的规模:

    ) `( B. @- y* I  f$ O
    . d7 K& n! M, b5 W多谢关注。# I, s0 f& H3 m+ C5 k+ u. Z7 y
    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。
    $ X( j3 p4 V: z$ T* Z8 Q* H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。
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