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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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [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 & T$ `- D) U4 i/ ~

    , F0 `( M! g1 M5 e* }3 P做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    - ^1 t8 X% R6 R( [, s4 q  ]+ |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。
    " a6 O. F' J# s! V' n" g2 s! u, Y1 s5 _: d$ h4 \  E  i/ T
    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 。. |5 F, i# f: s  b0 Y5 p/ u/ g
    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。
    8 ]! b4 [2 F( G; ]
    $ ]! T/ R4 |6 h9 \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。
    4 p9 V2 D* ]2 i4 N0 _1 j. D4 N& J) c9 W4 v1 R
    高手们给分析分析,  多谢了。
    , I( {% H& e9 y$ A

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    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。' t9 B% J* Y. f- a; q* h9 z! o+ T: n7 V( h
    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% _* F5 G2 Z4 p/ N
    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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      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

    评分

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    雨楼 + 8
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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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 6 q" G8 }0 H& V8 V9 T" O- b  q
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    9 \; Y* f. K% }- r) v' |4 z$ L4 V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。 ...
    + s: m+ K8 a  l( e1 ]+ m8 K
    6 d3 _; a2 q. T4 I7 }' V" F
    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 v% a1 w" ?' w3 n
    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
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [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+ [% B* H! H+ m' _
    9 b: t% F* b( A$ @  ~& ^, ^! G: W# T
    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
    18 小时前
  • 签到天数: 3482 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

    昨天 22:29
  • 签到天数: 1912 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
    3 a+ s9 x/ z* {! O5 J
    5 t# k5 T) T8 ~4 ?/ GC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?
    # t& n% l, J0 U; X! C- f8 v并且是单线程的?加个openmp并行试试5 A. L, V0 l9 z: Z% ?7 e& z
    或者调用mkl 库的互相关函数试试
      U2 \  O4 K& \* r' d3 y

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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. S% p1 ~$ K  X5 q
    汇编快!
    2 O  r8 ?3 E' Z3 e1 h% [- Z
    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.& E) q1 U1 i5 T. Q; l# E
    8 F* Q4 i4 c4 e; z1 j# W( @
    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 08:13- `- x7 H8 f$ I/ Z- |" j# k$ b0 [
    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 o# b1 o, l4 P/ rSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。8 _! l3 o) M. C3 q$ ?6 e  x& r
    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。
    5 Z  g, i4 R; [% D5 x6 U买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?) q/ Z' e8 m* J8 c$ G- f) x
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  • TA的每日心情
    奋斗
    3 天前
  • 签到天数: 1635 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
    18 小时前
  • 签到天数: 3482 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
    & X8 \5 e7 ]% j( 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.
    3 R( M. P* k7 n5 Y- R. G7 S( r& ^' t& r# A: I, k/ w4 r, t7 Y* L
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    . W. C+ y1 N% R0 i. ?$ E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
    * l0 [& S. G# B! A$ HSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    , K: g' u7 I- @/ d* X下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    ( Y/ u  Q0 p2 ^) Z8 H4 q  ~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

    昨天 22:29
  • 签到天数: 1912 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 7 \' X  Y6 O7 ^+ b
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53# x7 D% o# P/ c  \
    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) ...

    # _' V+ x, s$ P5 c) x2 ?: {
    ( B: X3 C$ ~$ }8 N9 @0 |! [必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。% r4 ^8 w0 Q( ~/ B' ^2 r3 T2 }
    8 A7 b( s" j  t9 W. ]
    有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    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!
    2 T! w1 C% @5 j! k9 T! N6 c2 j7 x% n- C9 u
    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
    & G: h- t0 D  }( b: 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.
    ( r! ~9 d  |; I" ]! c& {+ A; M' T# `
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    # }3 A3 k8 Z+ J! b) u) c9 s
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。: W3 p! N0 `4 Z7 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8 t0 m  p0 s+ T* A  [0 J, A2 `
    ( {) m* A/ n3 A9 S& y9 _
    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?" ~; O. Y2 Z0 j9 d8 a# \  M% b

    ; j2 F& Z# b! Z6 n% K* W8 J" Q想了解一下你问题的规模:
    ) G, W0 p' p. ?' 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。
    - Y/ T; \4 C* ~- {* J2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?6 L1 ?9 D) @$ U4 T
    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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  • 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 J2 x  W& C, T6 u7 ?7 b
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38' R. j2 C: B5 P; W; a; R
    现在进展怎么样了?
    $ @: S0 F1 n7 |6 {2 g5 V4 i9 ?/ s, K3 j& `& L, M
    想了解一下你问题的规模:

    , Q. {& L. u" h$ a" a
    - L+ ]1 w3 x9 F7 t  }6 o多谢关注。  O! L6 }) l  E& ^9 x9 C
    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。
    5 q; ^4 G' D5 |6 A0 M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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