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[信息技术] C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

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雷达
  • 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
    / I3 N/ H# R+ V& |' x$ h" w
    # {; |  \1 p# Z0 k5 ]) Y+ L做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。" ]7 e! `$ H7 N# h% T3 j
    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。
    ; D% g" {3 ^1 Y4 \* V! d  }7 s& H" N! {4 i6 x2 p
    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 。
    " W8 {1 `- q! ~$ r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。
    ( g# `# l8 Q- H$ ~3 L- `# d# j/ V# P0 \4 H- T+ e% }4 U( q: Z1 Z3 k
    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。
    6 b: u$ B5 E* J" X6 e$ r. R; q3 L: l' ?0 ?9 S4 w4 k4 `
    高手们给分析分析,  多谢了。/ j, A7 G0 W6 @8 ?4 _

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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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    雷声

    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。4 ?8 p$ m* X0 o- R% S9 {
    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。+ h" s$ d& N* D6 m1 a: ]0 |" 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。

    点评

    给力: 5.0 油菜: 5.0
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    住在乡下
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:31
    陈王奋起挥黄钺
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 18:40
    马鹿
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 11:16
    colin1992
    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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    雷达
  • 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
    8 K$ `2 K# f$ l9 r, M% N( `
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02% k; S1 ]/ m& p7 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。 ...

    " d0 @0 t! U4 S) d
    7 R- N# l1 d; Z" f. Y/ ]3 O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。; V, X( O7 A; }; w% M  i/ a
    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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    可梦之
  • 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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    阿忙
  • 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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    雷达
  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22

    • 签到天数: 1182 天

    [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 ; A& _5 p2 G# Y" `. o) [

    " B. R4 I# O! L- e! Z  `" E$ p1 t3 y: V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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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    1 小时前

    • 签到天数: 3577 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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    数值分析
  • TA的每日心情
    开心
    6 天前

    • 签到天数: 1941 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   h; X* E6 j1 l. @- z0 _9 |
    3 w. m9 N3 W8 a" ?  x
    C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
    , H6 K# W0 j, Y) e& _2 V2 V8 {5 k并且是单线程的？加个openmp并行试试
    - h1 @- U% Y! J: d或者调用mkl 库的互相关函数试试* [% L  X; v  U) ^

    点评

    +1: 5.0 给力: 5.0
    涨姿势: 5.0
    住在乡下
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:32
    colin1992
    +1: 5
      发表于 2022-9-23 11:55
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    mark
  • TA的每日心情
    衰
    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& _; I3 W5 b: X9 q
    汇编快！

    ; Y- b- Y4 n0 c8 ~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.3 M! X1 M* Y; O( {3 Y
    - H0 e) U6 j" E5 |7 [
    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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    走两步

    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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    雨楼
  • 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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    雷声

    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. p' C, C, w. ]1 v
    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++ ...
    1 r) C$ o5 Y1 K7 }- q% G* p
    STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。; M0 B+ L* `. s7 _2 J6 {5 b
    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。
    + r5 u/ @: F, X, J+ W" Y买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？
    * h' s2 E* c+ s- c- M! i9 h/ \3 d2 H
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    四处张望
  • TA的每日心情
    奋斗
    7 天前

    • 签到天数: 1661 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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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    1 小时前

    • 签到天数: 3577 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
    8 m/ I5 X$ P* Q* G$ B! L9 Y; m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.
    ! Z0 g3 d( g! \
    # x: }6 _. `8 |6 Q6 t, N3 D最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    # T8 o' d9 ]1 U3 f我不是it的，说汇编是起哄呢
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    沉宝

    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" V! s( A- X, J1 v; f/ I
    STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。* Y9 M; f* |- H
    下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

    ) T3 {; _; c5 t' j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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    数值分析
  • TA的每日心情
    开心
    6 天前

    • 签到天数: 1941 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
    * [+ ~# K" Q3 Q) `; N+ r4 F
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53% u$ h- _3 ~1 y- g3 H& y1 E
    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） ...

    & z# C) N5 Z# }) r
    ) l/ Q0 x1 w! a2 e( W必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。! @& B3 L% Q, i$ s% Q) G- T$ y
    3 I% ?1 {2 h! h9 H$ ~
    有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    ltpub

    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！）4 {" \. a1 s# H" u. s0 A4 S
    6 `$ z: u- q9 `+ R; G( N- [
    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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    机器猫
  • 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
    4 d, ?- [, J$ B' c/ Q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.: J6 p; h  Z: {" s& `& e
    " _- e1 F3 E. N% Z
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    $ F9 N" R* ^/ o+ R
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。% \; Y" h& X# S# C, l& 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
      s2 Y% y( h+ ?! D' O: s3 M5 O
    - [3 W) L6 `, x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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    沉宝

    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？3 }# B1 q4 A5 R4 R

    , Y2 w; [) k8 r( U% G! O) B7 g3 p# f) U想了解一下你问题的规模：/ }3 Y0 u9 `: b4 r, `* u# |
    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 \1 V7 b2 u  k4 T9 \2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？! l, r1 n/ p2 g# x: _2 y  U
    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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    雷达
  • 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
    9 [% c2 i6 T# ^
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38' K/ d+ y& D6 @7 k/ Z
    现在进展怎么样了？
    6 p, F* Z7 k9 k: ^0 V( H5 ]. s- l* y* D
    想了解一下你问题的规模：

      l6 s, d9 S0 l! o3 D/ q6 H
    ! m# J: `) Q& e* x+ V  y多谢关注。
    ( U' U" x8 `" B4 _( Q7 j' 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。 - L+ Y0 x$ f  f4 ^- f
    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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