C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

" W" Z4 ?6 }8 k
5 p& P4 s2 F/ A/ K7 U7 K+ N/ k做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
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。
0 @8 ~  a$ [1 U3 D  v- _& M# n
, w+ G3 }5 Q/ @* v; k; B9 C. R: ^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 \7 `- R2 x& N- ^7 |$ g+ E0 F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。
$ V: X" ^8 j7 F# M+ w3 Q5 }. ~
$ N# U% x: ~% D8 u, oC++ 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。
( b4 r! A; O8 L! n) M# E8 c3 A
高手们给分析分析,  多谢了。
3 a1 Y. F& u! C# M7 o

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。
& F4 _& N) h4 D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

2 o. [3 L; G' a% |) n  ^

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。
5 T, h8 N- ~' U% I. E. e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

) A2 ^/ I8 q) Q1 d( R/ v
* ?7 K  g+ c: E! T! }" Y6 s5 H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

' P4 N" y+ G/ D1 F! g
C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
) ~! ^. l4 P) k! t+ A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
& `# }( B. a% P

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
3 J* R( i7 ]6 F5 T8 v( M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
3 K9 E) Q. f6 m! D' z3 ]% v7 E& N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。
. p3 m% B, l, d: |9 Y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
- S6 _$ h1 [4 n. B1 y0 }1 ^+ p6 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.

最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

6 v* I# C) s' R! ^- e我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
- Z# N% R( H' B* X. g! eSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
% v& ^! _4 G% e/ G4 B( N% ]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

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） ...

; h" {2 e9 l3 V
必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
6 Q2 d4 e5 I2 C! Q: x# P
- e  L, x; w7 q+ q* M% G& N7 m5 v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
+ v' u3 I3 M7 c$ N; p$ c# E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 m7 b: C0 E8 Q$ q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
- y$ Y. R! z& T) A  H, @% w4 Y
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？
7 A. ?( K6 `( c9 O4 ?  d1 p; {
8 y  V+ k2 z; X想了解一下你问题的规模：
1 q* B* M: M3 L% n# i1) 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
现在进展怎么样了？
! }7 v. V% q, x/ {7 ^  y$ |
想了解一下你问题的规模：

; N) L- x$ W# A8 P多谢关注。
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。
+ g/ }4 f* ]7 K$ x! L0 c/ _0 J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。