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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 : F& b* o/ l7 y, J& ^: L" |

    - |( I* c, ^7 Q! `" D2 m; z1 e做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。# Z2 S+ b: T( s; Y4 w# F$ v
    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。
    ' D6 O# |6 w+ N. ^
    % t( e) r) ~' v" z/ q- `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 。, w& a3 @( b1 }3 J
    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。
    0 ]9 K% z/ ]: |' G8 b) w: P/ c- @& A
    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。$ m7 R# O& a. l* K# ]  |

    , |; Y: H7 ^/ E8 _! {# Z高手们给分析分析,  多谢了。' |" o3 c2 u( l

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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。
    0 S: w6 Y) a1 H1 _' Y$ |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。* w/ c  O" k- @: g  s
    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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      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 6 I. _; t' c5 c, \- m) B8 ?+ v5 g
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    5 a2 o, Q  C! R/ p8 s! P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。 ...
    " N2 j6 Y- p& q! X

    ; {9 H9 t* }8 E+ L, G$ Z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。
    $ \7 G- i- y- W+ m* T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 " q; o: x7 ^. S% m$ L# w3 _
    + a% }) Z6 U- O3 v
    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
    13 小时前
  • 签到天数: 3851 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
    ' z8 h) k% E  o# p( w9 {
    * v7 W$ p! ?9 O' [# jC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?
    7 ^. }0 [% R/ g/ z* a  z& ]并且是单线程的?加个openmp并行试试
    - X, x( K+ Z8 e- I或者调用mkl 库的互相关函数试试
    ) N: M% q$ C/ R8 Z4 G% }& P; Q  h4 a

    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
    9 K( N3 H. i0 F汇编快!

    # ]0 ^& j: \5 a. J. M# 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.; B7 T; s* c9 U5 L8 x) _' s+ J& t

      S* K/ q6 K) ^" Z. \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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    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$ |6 N, D/ o& E; V  B0 y& H0 z
    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++ ...
    7 S# S1 w6 x+ Z6 o/ W. V* [
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。/ m5 N8 J. U3 w9 z5 w  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。* w+ p/ E( q) `8 v
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    : ?+ {2 s  ^0 Z% e; Z# K3 F
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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
    13 小时前
  • 签到天数: 3851 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" h& W- ~0 k; {, b2 F0 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.
    ( `- \( {, S8 u4 x0 s6 d0 V" w; I$ G* C( v$ b- ^- o3 Q# m
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    ' h5 O/ S# ^3 m8 \3 d' 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 15:483 O1 A9 o: \( D: F! q2 H+ x3 _
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    5 v/ r4 R4 [. M2 Q! h. }( i8 ~下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    + w1 A! Z/ ^8 J! x9 Z8 j$ p  Z" g6 f/ K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
      c' X3 ]. O) s/ ?
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53  x9 R: u- B3 a; ]- v/ b: R  l7 L7 ?/ n
    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) ...
    ; T4 k0 G" x2 ^# Z- |1 a. n
    " H# I+ @- a- M& t( p; x
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    2 a5 h) E: {1 N
    9 d6 \  X' ?( l" A# Y/ _( m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!. o3 L7 _. @  x( X
    ! R% |. r6 j7 c; z
    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 11:43
    : F9 N% g8 H8 ^$ H" ]; W6 g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.& i, Z2 v  L5 i; a& o2 I

    ! x. f2 O- ]( ?5 F+ K5 C& }2 k1 D最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ' o8 k% `) o( L% _4 O( d# b+ R区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。& E& j4 z4 y/ V% Q. t2 Q$ Z' A
    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& i% _6 G( `  J

    + E" Z2 h( n; S) R# M8 d& \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?& P1 n7 ~4 G  {3 f
    2 `! p3 b- F1 a1 |$ G
    想了解一下你问题的规模:. |7 X: K! ~1 w) O6 G0 \! v+ g1 o
    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 o, a8 V/ w% C# E* w! r- w9 _7 D% V
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    4 f# |9 ?8 J3 z5 Y+ 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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  • 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 ) u' A* f9 a: z0 T( l
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    ( T5 e4 p, Q& P现在进展怎么样了?) {) E- N, x6 }' Q
    " y# T; Y2 q' z
    想了解一下你问题的规模:

    $ R# H! a0 K3 K' C# a6 L0 \6 [' \4 L$ @
    多谢关注。( A1 Q9 ^' G  R6 l
    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。
    ( [: T- g3 {) n* b$ @8 m+ n9 ?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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