C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

) w) c$ q' b. n, v# e
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。

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。

& L( O" i; L' Y5 E+ b: ^( L, ]& U高手们给分析分析,  多谢了。
, I# u0 C$ z5 d% \( M$ 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。
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。
' G! g* m+ g6 D/ m( m8 S/ B: G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

) L* k! _- Y6 Z0 u; Q( `

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。 ...

# u- e- h1 c" e7 L: L
) c* U6 w" d5 W7 y, t' M' z6 G- @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 R7 f( h; o7 \7 [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

( ]6 n, {4 [8 X$ x5 L" y/ 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

马鹿

汇编快！

数值分析

4 A; f8 E* b& A  h+ L) yC++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
: z6 W5 a5 w2 N& C0 |; h" ~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

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
& y0 y/ x" b9 ]4 P8 e汇编快！

& `! a, v/ L) h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.
+ V! N7 ]3 t" O6 P! K
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
- e$ }' E1 m  }7 A: m$ e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++ ...

4 Z* Y# p1 M1 |- oSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
5 ~6 o* L! J$ O+ c8 s: i0 K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。
6 z, f7 w9 C" J" }+ q* j( w: c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
/ @$ Y% H0 Q! c# W' I4 ^8 _, V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.
5 L5 L0 [1 B, o/ l9 i3 L9 ~
6 U8 R, g3 |5 X最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

/ L/ H* p  R; f- O; l我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
7 E4 m7 r' k; _* S; t! M7 XSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
- d+ S0 h" g7 ~% f( C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

+ s2 r9 u/ c5 s3 Z# v" L

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） ...

; d* I# v7 P9 I% J- ~
1 h6 ^8 R/ W7 c& o% j( d必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
/ [5 j6 X2 [# m
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！）
# j& N6 ?: R7 M7 |% W& i8 S
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
/ h; ]( T% Z) 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.
+ ], x2 z4 Z& [- t0 i/ f! c" y- Z. ?
7 _% u  w, t. F  d8 ^* w最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

6 ]5 X7 W! ~) W5 {0 N区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
% ?, }! C  N% y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
9 R8 }+ w4 X1 ^+ ]- n
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。
, d0 F+ E( c0 _6 t+ U/ n# U2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
0 T. p0 V1 \1 |" t3 \5 T( H, `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？
$ D- S  U8 f) D2 d& L
5 B+ d, i& s8 H% l# N8 Q& `想了解一下你问题的规模：

" k3 a. K/ [$ h5 C4 P! }5 R) z
  o; [- O& _& V# W) W. O/ }多谢关注。
& z! C! W% ]4 {: v4 B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# B! I+ O4 l9 H6 d: d0 |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。