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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
    - w. g' E. ]( R3 w2 Q0 s# b
    # v( s3 }; H- h+ E4 u; [8 F6 {做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。0 `4 |+ o1 k( A5 }
    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。
    , t, Z2 [6 \2 B8 R$ b7 |! i) n# D
    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 。
    9 M$ ]& m6 `" H6 h, c) L9 Z0 V% U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。
    7 _& d* b! B6 e8 ?* k7 u5 z" |9 B4 m  n
    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。
    1 A3 S: D. p( F+ f. D' T2 x
    ) J5 `9 G* L/ v: ^高手们给分析分析,  多谢了。! c0 @$ V* ~5 m0 E4 Q

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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。2 c" {( a) d9 o' Q, |6 `' z4 M/ i
    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。0 c) z# Z/ \# x* ~2 e3 ~; v8 M- R
    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
    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
    + |1 Y7 |* u  ~/ }  P# Z* r1 f. d
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02% Z0 l: p2 i6 h+ v. Q
    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。 ...
    , k0 H4 `- U) |1 e+ W
    * W! n) b5 s# z7 T' M* k  o6 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。
    0 ?6 k. p/ u2 `8 [, o$ g% h3 V4 g. W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
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    [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 , Q3 q) w' ?) K% W  M
    + ~8 V5 y; F( w, g& u9 n
    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
    22 小时前
  • 签到天数: 3508 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 小时前
  • 签到天数: 1931 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 ! P8 F6 x4 |4 J- F2 q

    5 e5 `0 |% K* ]8 j/ i! FC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?. M& x% i. h# B5 K
    并且是单线程的?加个openmp并行试试- Q* p& z$ T2 o+ H: V( }1 o8 E. A
    或者调用mkl 库的互相关函数试试
    2 K( q; v# o( [3 V! ~$ f0 z

    点评

    +1: 5.0 给力: 5.0
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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 11:187 _1 F  d! T: x3 z3 A) u
    汇编快!
    : X! y: v! d# x7 V( p, ]* \+ W) y
    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 t* P7 N, T( \+ C9 R
    ( [2 }- I( f( G2 y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 08:13& `7 J& m% G( D1 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++ ...

    - j$ X) r. T' v0 w4 p0 d0 eSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。1 W# [, m6 ?/ U* E2 e/ h( K: h6 Y
    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。/ N7 B5 R" i: L, n! j
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?3 X6 e* }7 A- A& e# ?; S
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  • TA的每日心情
    无聊
    4 天前
  • 签到天数: 1640 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
    22 小时前
  • 签到天数: 3508 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
    * Q% f. z$ A+ e, G! f  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.
    7 ~& p# ^# j6 b5 ^+ m
    7 K8 s+ N) p9 h2 \* V  s最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    1 w0 ^. `: ]& E* a2 g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
    + E: @2 I1 J) ?. \% pSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。; ?$ z0 l6 R: M$ t1 r
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    1 u$ N. ~" u+ p6 E* h" W8 F. h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 小时前
  • 签到天数: 1931 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
    / w# G5 D4 r5 M: ~# R
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    - A, S/ s7 U4 C/ R: X2 Q9 Q* h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) ...
    1 e+ n8 a$ U- n" E; q( }
    , |. J. N5 ]4 W  U' a
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    # E0 t/ F) [3 i" `0 u$ L; H
    3 T% L1 X7 N( w2 u) q1 i, g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!" E3 C4 M5 h+ Z8 {/ f4 |

    8 E% [: N. O1 @4 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. p# j: ^; M- ]& [2 p0 R; V; w' Y
    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 N/ O0 p- m0 K, f& R. O' |* g5 Y
    , @& I1 \) F" }4 E最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ' x# p& ^# Q2 ^+ a7 F. x区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。+ M% p8 k, E7 t3 D9 [9 E( 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5 G& m# F+ w3 G: @+ q' H( t# d: x- w
    7 ~* f4 D0 L  b; ~' U9 i
    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?' n8 O1 k- [, c

      d& U9 f9 K; E想了解一下你问题的规模:* `( [. ]7 l# ~1 c  _- S- 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。
    . [- z9 F: C  n( G; D+ t6 ]5 D2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    ; Q% i# h5 w, F3) 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 [. [; t& p( @  V9 G* z/ p
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    ) X& n3 @8 U2 C! V: m现在进展怎么样了?' [% G3 n( V6 d

    5 K2 f3 ?6 [# q" U4 i0 ^4 i" S! L, e想了解一下你问题的规模:

    ! @! j$ z- [6 M- A5 x% {+ Z/ P; K- U& H! B! F7 z, ~  b- |
    多谢关注。7 }% X0 f1 }- t; D! U2 |/ K
    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。
    2 [5 B8 k* H0 \0 @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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