C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

4 J, f  ?. o/ p# O6 }) }
做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
5 {. s) a; @4 g+ x/ v# d3 {+ U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。

+ p/ C" R* |% c* R8 w5 j8 VOctave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 。
4 Z7 ~+ G( ?* t4 Y$ c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 B# b7 e' _, W% p, O! C) K* L/ ?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。

' y' e* Z( F; C) F! L高手们给分析分析,  多谢了。
2 f3 `2 T8 c3 |# Y! P6 g6 Y

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。
* E- A2 ?1 O0 l, q; C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。
; w7 j  k2 G- B( N! ]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

: Q. p! M5 p. u; G3 V

雷声 发表于 2022-9-23 07:02
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。 ...

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。
4 c, V$ j! v( n4 |: 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？

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

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

8 ^4 `1 \0 M+ G  ]; m- `
8 J) }; |9 }9 T1 EC++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
# ?. ]' r' n' O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
  C1 P6 {1 K  H7 M) F7 P0 P1 \

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
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.

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
' C: A5 R0 q$ J, L9 s5 s5 R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++ ...

STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
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。
, k% q1 V2 A, _' h  f买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？

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.

) d+ e, @& Y1 _+ d最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

* n6 }$ A0 H) |( b, @我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
  I) Q! X7 ~8 e" ^- tSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
* q5 y  e$ {! Q$ H) D: {5 ^1 _下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

$ }. p8 K# T1 w0 r& ?# V% Z( ~% q9 {5 M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

1 W( _- {9 A* M! z: M

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
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） ...

2 T7 o0 |+ V4 t6 H
必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
; T& r* v0 C+ c# ?* m: T0 a; {
' f5 D8 Y1 y$ v. V; E) y( W4 S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！）
2 u+ D2 j& P& ^0 ]0 s# _* p
; H2 C# [% r3 y( {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
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.
7 w, \# f: s. A7 p8 d6 {; R9 A
8 k+ ]7 X  g& b2 w/ \9 x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

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？

' S! P" w3 f/ [' ~5 o想了解一下你问题的规模：
* H: G1 j/ X3 U5 J$ l$ W% _+ C# q1) 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) 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

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
) N4 p* G) ]" _" J& j, v5 e5 ]现在进展怎么样了？
6 `2 l/ b6 D6 h( K7 \7 l- g+ S
( J1 O5 X6 m% |, ^& b' w想了解一下你问题的规模：

2 y$ p6 ^4 V) a1 Q% k多谢关注。
. U: {, u6 ?4 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。
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。