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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

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 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
    " a7 o& ?8 p. A3 @" i+ r* b/ P0 P/ `% ^3 N7 k4 p( N) L  a' R& ]" u) b
    做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    8 ?! `1 R8 \( s. C& I) Q$ h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 J. D* L7 ?/ q. d" @5 b) m1 W- R+ Y: b& G
    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 。) s: R  a# @" B2 H  B3 D
    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。
    $ s  n& w( r' U, ]5 R% x
    8 M, ]8 Y9 A% ?- L5 M. rC++ 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。
    . ^. H: x9 s8 t! e- H: w! N/ g6 J
    5 T8 ^" p$ A! e" G高手们给分析分析,  多谢了。
    ' W" N8 f; X+ I2 a, i

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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。! L! L5 O& h$ A4 K8 Q+ 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。% V8 G$ ?6 J2 ^& C  z8 n$ O4 j3 ?
    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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    给力: 5.0 油菜: 5.0
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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

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    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

    2025-9-22 22:19
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    [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 7 \0 G% f" r9 v9 h! j
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02- ~  V8 W  f& 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。 ...

    ; Z/ ]- u" Y2 u0 K7 C5 d% R2 _" j- i: G. L; S3 }
    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。
    9 B, s) p3 u0 j% E# K8 k8 C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

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 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 ! G7 i9 m6 u: ~/ {
    , J7 V: E/ F) M6 U. \3 C& \
    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
    11 小时前
  • 签到天数: 3596 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
    开心
    2025-10-27 04:12
  • 签到天数: 1953 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
    , k; [4 c5 L2 Q* f7 j. @. J% X: [; B/ U* M6 h% @1 H
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?- Z, H7 l# N- o- W4 u3 e
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
    % Y  ^7 d/ a5 q$ W或者调用mkl 库的互相关函数试试
    % l2 x# G) S" H1 Q7 C- I6 L- ~: u

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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 11:18
    ' ~8 B1 |0 k0 V/ E  B9 |汇编快!
    # Y1 R1 b# Q5 W! P+ o3 {2 [
    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.
    , ?0 q* g' L2 ~6 x8 H# A7 ?. \  q8 j; d; @3 V# b5 J$ }- d1 V
    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 08:131 l9 l% C) ]" ~2 L9 S
    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++ ...
    3 j- @' o9 B% T: G
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    2 d6 h4 c* ]# ]' E3 o9 a0 j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。
    , x& x4 m# L' S% d5 Z! @, S7 I$ V买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?8 |8 x/ R( H3 ?& L; g" `6 _* D
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2025-10-23 19:40
  • 签到天数: 1667 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
    11 小时前
  • 签到天数: 3596 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, L, \- i" j* |$ z2 j+ D
    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.
    ' G/ Q% A4 O/ h% Q- G
    2 j8 ^' K, N* c最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    8 `6 B3 H  _5 L. O: A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* j6 L0 L, R2 S
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。# Y1 ~5 _$ k4 x1 U% u
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    . s! m6 o, a$ W: n3 E. d; p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
    开心
    2025-10-27 04:12
  • 签到天数: 1953 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 $ M4 t; S1 B# n! i, x- ?
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:530 _+ C' E/ Z# 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) ...

    9 d! `0 D# y1 p! y( o1 [, I
    + t( ^3 g0 o* y( G必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。* w6 E/ T& `, X! @4 o
    + Y: H' R& x7 H$ V5 ]! \
    有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    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!& L8 U$ d  \' j* X
    ! J5 b! |+ @' Y2 a. A" i; y, g
    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* r9 c7 }7 S" E* U
    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 A% f( [9 x' V4 V  T, k) n6 A- b; J' [
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    & ^: Q0 ]4 _, o1 w) f/ i- P
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。; O1 w' v2 o9 T5 @5 E1 q# u' D
    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
    ' ]+ g& G& l/ l5 ^( s2 m2 `4 A: f$ ~/ x6 r
    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?* ^3 s! U0 F- E& e) p; n

    ' @, _1 ?0 c3 p- m0 @% ~想了解一下你问题的规模:
    7 U- F4 n- m% {; Z+ }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。
    " [9 C7 q/ H+ b% U2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    6 a: R& P* V* {' D8 Q! F' B* H3) 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

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 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 2 V: i; M# i6 r7 C
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38) }' n+ w- e. E% A" C$ f" ]
    现在进展怎么样了?
    " o. s0 F4 W; N* E9 W: G, A
    " P* ?+ |7 V. n  S2 @1 }想了解一下你问题的规模:
    3 X% X1 Q- F% r8 t5 s
    # R0 v! P9 u2 H8 b- Z6 J
    多谢关注。
    + ]2 |6 c# z$ ~4 J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。 6 p3 x8 _5 j2 ?- X( `
    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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