C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

  r% m1 b2 t/ j, F( w# o: Y! d; L做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
! C% x; Y3 W* f8 t, m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。
( k4 [" O- ]6 k" E% r/ L3 W  \+ A
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 。
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。

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。

高手们给分析分析,  多谢了。
4 r5 q5 X' ^0 ^8 \

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。
% z. K3 `; e* W/ }5 O2 R7 E- k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。
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

5 x) @+ d3 m* D2 w

雷声 发表于 2022-9-23 07:02
! h, ~! _5 y# `/ L. c/ y; e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。 ...

- g! j' i6 a, `0 P: ]0 w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。
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

: \! _* O6 u( q' _
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

2 V+ A, h$ v5 {C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
并且是单线程的？加个openmp并行试试
6 Z+ B* Y  W! o$ g. j或者调用mkl 库的互相关函数试试

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
$ D3 q5 C/ A/ `2 v& l, v$ s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.
- }% w1 x' ?' q' O
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
* k# O, G4 J5 J5 @& R' L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++ ...

+ J0 j2 h' V. M4 {' ?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。
买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？
, d( k! ^* C6 n' h2 Y! p) @

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
: E/ D, Z( z- s& a0 @1 C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.

8 e2 _6 ]1 O% `& L& C最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
( {5 B; ^$ k) H3 W  w1 O下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

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

, P- ~; t3 J+ H4 E

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
6 b" P6 [& e/ o9 ?. t, f& j4 |) t: O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） ...

必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
2 X) n  N: X0 W8 o- L
% z4 k, K7 [: K$ x% Z7 Q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！）

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
/ p; q+ s* X  |4 l# v% p7 F, x+ P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) G# v+ q: w& [+ P( v
+ L8 K& I3 v0 Z7 ]3 b2 i最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

: j( J1 u1 x1 d# M3 |. {区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
9 @' d/ i" u8 d7 O2 {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
' P3 u0 j% L* K' j$ a' f2 v' v
- c- t/ K8 i7 E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？

想了解一下你问题的规模：
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。
0 Y* v2 Y; U+ F; u7 w+ f" i2 [2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
/ Z$ a' ?" a# P3) 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
现在进展怎么样了？
$ ^% _7 ]8 _) i( Q% O
0 {; @" {& X3 |! |; }想了解一下你问题的规模：

多谢关注。
5 [+ U: ^+ A- q4 G: O' E) Q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。
4 ^8 n' ?  {, O- x0 O5 D" i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。