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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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 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
    # N8 }7 i$ g& d9 N" b
    % B& Y1 ~, x% Q* u做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    7 r3 D% k6 b5 G9 u# 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。; v% g0 j6 w& M

    5 ~4 [* c4 D2 y- d/ COctave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 。) b: a0 Z) N  f0 N) ?
    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。' s( T! T6 k& K5 F( e

    + R+ q- e& a; s* @1 u1 zC++ 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。
    - q" i2 ^3 K+ _8 c% c! W, j
    $ ^0 m8 b3 X7 W0 k0 C# n高手们给分析分析,  多谢了。
    ( W( s% x; ]  A+ m% [: g; W1 w

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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。7 u1 l- m$ O& X5 R/ H% G# p
    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。; C$ D) b; B/ r4 Q6 X" z
    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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      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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 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 $ W4 Z* c1 w3 Z3 Y/ _/ S, F' f
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02  e+ D9 x3 P- W' k* w
    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。 ...
    & q: ?, x# F) E0 E
    ' N3 U8 |" t6 U
    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。8 h- x9 |% \- z1 F
    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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [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
    7 W. F* h1 E8 f! b
    8 @. v1 c  T( m$ g$ |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
    9 小时前
  • 签到天数: 3517 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

    3 天前
  • 签到天数: 1934 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
    # M2 ^0 b4 Z, N) G+ o0 w: D1 }- E
    2 b' f* l/ X3 W% i) H" G2 aC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?  ?2 C  Z  l% E, J9 V( e" Q; x
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
      G$ ^. k; t8 }( q或者调用mkl 库的互相关函数试试7 K, ?, J9 R: _

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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
    6 M( k) A. a, ]. a" U5 Z1 d& a# v汇编快!
    , K" ~. _$ H2 w/ R% N, L0 v
    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.: S2 b" ~& A6 j& Q' A3 [, r
    ' s3 p  Z; ]0 b- @$ 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.
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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 t; B$ Y$ F2 @- A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++ ...
    ) q: l0 m- |$ Y' v6 O0 G2 q" R
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。; |/ d* o5 C3 T7 r/ H5 h8 J7 k4 L6 _
    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。
    * ]4 B; Y6 t) Z3 v% k$ M- n买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    + ]2 N- e2 S* ^+ G. N! \, L  c
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  • TA的每日心情
    郁闷
    3 天前
  • 签到天数: 1642 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
    9 小时前
  • 签到天数: 3517 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
    1 v+ u; K& [! q# 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.
    ! U; J& |, l  D' p! f- R% W5 D& [8 f( ~+ y  l  h0 T; d
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    , {! a) X- K- X: {* V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 15:484 ~; h5 A0 }7 B% b4 p0 o
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。+ G6 z& S! M! A8 w" Y1 `  w
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    , l3 e5 O* a( I8 v$ |7 @! ~# S( Q* ]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

    3 天前
  • 签到天数: 1934 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
    0 ]3 z" g4 X! Q2 c9 M
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:534 T" c% d5 g2 u9 g, _+ 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) ...
    ' U2 d, o% w* W$ v# {9 }9 ~

    # y* _+ L0 o) q6 k4 g6 X% U必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。5 f/ S$ O6 S1 p8 u8 Y" d/ c. ^

    # l' y% K$ v; F# v8 t8 j/ W( J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!
      O$ e* H. g$ e5 ?
    & z* i( z+ Q; j8 B3 X  ^, }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
    7 m2 k" x/ A7 p; d. z/ A) 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.1 g7 R9 j" [* e' b5 ]9 H

    2 A# W* Y+ S# K5 H9 m最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    # \6 u1 n# Q- m( Y4 ]# ?
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。9 d+ k' A+ g0 c" R
    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
    % |+ F" ^+ j3 ?: a4 [1 t6 S2 D0 m
    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?
    / f0 V* E- R5 \) J- c+ N; g) E' y; q" ?9 {  X9 |
    想了解一下你问题的规模:
    2 d% H' m/ l. j% c' r1) 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。
    + b+ s' W8 t: d4 Y2 x' m' {2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?$ r2 P$ ?7 @! c& f
    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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 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 , {1 Y' c# B$ R4 v7 }) `
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    " ]7 _  U5 q; ]现在进展怎么样了?0 g9 M/ l) [) |% z# s. @! s1 F) w

    % I+ a3 J+ q6 r: @+ x想了解一下你问题的规模:
    9 [+ [7 o2 n4 f' t' v. @4 ]- o

    * W6 X2 |4 M! R  C$ i多谢关注。
    7 F8 |* @0 m- }! C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。   }+ Z6 U. N" I. e/ p4 T
    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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