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[信息技术] C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

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雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    4 天前

    • 签到天数: 1184 天

    [LV.10]大乘
    跳转到指定楼层
    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
    ' X0 ^! {$ Y1 s5 f, [! P
    6 t  e+ `- A1 Q) g; }) e. n做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。" [' n5 k3 B9 y9 }* P
    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。3 b- Z9 X7 p4 W% B8 B% k  \7 g0 _* J

      Q3 v7 w/ w- i- I. @# R0 a& xOctave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 。
    + L/ n+ {# {7 g5 S4 W/ j0 J8 {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。# j. P$ _* z+ C" p& o% z

    - G4 K- o$ ], e3 p8 I/ A% eC++ 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。
    & M3 W2 ]% s1 R7 B
    : R) p+ @& ?1 [# ]5 p# @$ {" _高手们给分析分析,  多谢了。6 X- ?1 `5 D2 R. f

    评分

    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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    雷声

    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。
    * }( p  j6 p' X( ^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。6 D" N8 S8 l  b( L
    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。

    点评

    给力: 5.0 油菜: 5.0
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    住在乡下
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:31
    陈王奋起挥黄钺
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 18:40
    马鹿
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 11:16
    colin1992
    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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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    4 天前

    • 签到天数: 1184 天

    [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 & `0 o! g: N0 s& E  k
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02: j1 s. W. x" g" i8 s# J
    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。 ...
    ) ~# u+ [9 @; |! M+ }8 C
    6 i" N2 T7 u1 w! [& p+ S) 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。
    9 W) C  o. c5 [& r1 e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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    可梦之
  • 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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    阿忙
  • 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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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    4 天前

    • 签到天数: 1184 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
    3 |8 E4 m& Z" {/ R+ d( k8 b. f, ?3 O$ V( d; U
    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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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    14 小时前

    • 签到天数: 3921 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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    数值分析
  • 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 ! ^+ C- m+ v+ W9 X: [
    / M; E5 B4 E! O0 d+ B
    C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
    ' @4 F9 @' K7 E: @并且是单线程的？加个openmp并行试试( `- N* k7 n- j  v5 \- v' F
    或者调用mkl 库的互相关函数试试/ ~, F6 Y% N1 g+ l

    点评

    +1: 5.0 给力: 5.0
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    住在乡下
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:32
    colin1992
    +1: 5
      发表于 2022-9-23 11:55
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    mark
  • TA的每日心情
    衰
    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
    : F3 Y7 k% |; N! r. X汇编快！
    , |4 r/ u0 F' }5 |# `: |' w
    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.
    ) Z' Z  u! y3 h6 L! p
    8 z% O. i; q- f" W" j: D' q* I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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    走两步

    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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    雨楼
  • 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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    雷声

    该用户从未签到
    12#
    发表于 2022-9-23 15:48:12 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-23 08:13! L( a  K  H7 Y# E; n+ i
    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++ ...

    ( y% u- O8 ^% d8 ]9 D& hSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
    & z$ {0 F! i3 ~+ C4 N! u4 b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。% r, Z3 b0 \/ o, ], ?9 C
    买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？" A. K  \2 J' A) P4 ?
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    四处张望
  • 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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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    14 小时前

    • 签到天数: 3921 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 22:436 A- [) D% J$ _6 D/ ~/ V' j
    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.
    ( s/ w4 @% s) k) h" W5 G" ^& k2 p! n  n, Z- F% N4 E1 u
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ( P3 o8 N2 E  l* X8 G( ?% F2 c我不是it的，说汇编是起哄呢
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    沉宝

    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 15:481 A1 e( O( o9 D- l3 i5 P+ p: k
    STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
    & M5 J+ M! h" Q' n; q下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...
    1 u& t  {; m- q- p# d. }8 T6 l
    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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    数值分析
  • 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 7 X" m+ x- _$ m7 i3 I0 o
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    2 o# H5 q! k7 M$ C% q2 G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） ...
      c1 a8 l$ l9 X2 Y) ~3 I  ~( e

    , s6 n* I: h& E) i; @必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。- [% Z+ m* N1 O4 W0 }7 B  G: U

    / E% J. t: y, j2 K& s' h5 _有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    ltpub

    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！）
    4 \) p, T+ `- R# U3 Z" Y* Z3 q0 Q$ J& o& O  ^& q& K# 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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    机器猫
  • 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 11:43+ r! _/ ]* K- l9 U4 ~8 k
    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.: V& m4 V2 w& e9 g

    8 x: b: s- ~! Y% v最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    " D2 S: [2 p" P' b, _# M- J1 X区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。+ S5 ?" u, b0 T0 o
    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
    # C$ W8 w  f9 c4 r0 o
    6 L9 _+ w8 _, z7 s6 h* M6 l4 p0 w0 x" {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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    沉宝

    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？
    9 F% S- Y0 @& d9 ?: ?, G" v* K0 t! J  m; K
    想了解一下你问题的规模：6 r3 e& r4 R1 t
    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。3 W$ p$ u% F6 h2 G$ y
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
    . A5 C' [' q- y/ e7 u% V4 @, n3) 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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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    4 天前

    • 签到天数: 1184 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
    4 l: y: J! T- G
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    * w0 A. Z  M6 R% Y' A现在进展怎么样了？
    ! P. _% c+ K/ s' k- |# E! c2 t- `; J9 w+ C0 _
    想了解一下你问题的规模：

    + z: O% e. J0 C$ E% P- R  g! \4 o1 K6 t* \' E: U/ O4 V4 {
    多谢关注。5 d% I% @4 ~% N3 ]3 |" ^; N) D
    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。
    9 M; g5 |7 o5 j6 m  J- A' l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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