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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 ' M( z9 D, f) ~1 U7 U

    $ d# o/ O4 u% C5 L! {做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    5 R8 o& X7 N5 [3 c8 ]# ~8 p- y$ F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。4 h5 c% h; r9 {! F* g) Z
      I2 G: ~4 i% V
    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 。( Q3 {; s5 I0 A$ R! B3 S7 J) X
    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。
    2 q4 F1 e* Q  o* a0 K  x
    ; }" U8 P4 }2 `, p3 ~4 P* IC++ 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。9 k' n; s# M" a  w0 n; _

    : |1 I6 T& y, n/ d, N9 r" c; n高手们给分析分析,  多谢了。( R2 l; l8 P7 r/ R9 @& v( u! R

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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。
    % @+ _9 r1 d2 X& [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。- s& @. F5 k' F& R3 a
    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

    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
    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 5 R7 X  S2 v5 o! I
    雷声 发表于 2022-9-23 07:020 z+ y. R3 O5 j" a7 Z4 x& p+ K# ?" w$ 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。 ...

    6 h0 B6 T( F9 t/ L- [$ T: N
    ( ?7 m0 E! K+ c( [+ I3 ~' 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++重写了。* q8 |/ J$ c, G+ y" 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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  • 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
    , b5 ]! B! y. q6 \" ]3 Y7 n( q0 \& C; J1 n) M# 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
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  • TA的每日心情
    开心
    1 小时前
  • 签到天数: 3410 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
    9 分钟前
  • 签到天数: 1854 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 ' H8 z, }5 O/ M: h  A
    2 o. X5 B( B/ I7 h! I
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?
    " L) J( F- r( C( [* g2 k9 t; t并且是单线程的?加个openmp并行试试
    - d* |  W+ K* D/ P或者调用mkl 库的互相关函数试试3 m4 e  C% y$ W+ [. b: P

    点评

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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+ `: t3 V- r, V' M
    汇编快!
    ' v/ d) C* K0 \. I+ ~. ?8 F6 g% k/ 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.
    1 \5 a; U1 ]. `/ T' C4 u$ N. N7 s3 m1 k; f/ A0 v8 [# n: t) Z- 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.
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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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    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/ {8 \* I- c4 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++ ...
    9 B) J* z0 s, `/ [. s; i
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。5 W' e2 k# d! x) S4 ~+ P( t
    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 h- v$ C8 \! z- f' J
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    - B! ?# @+ @- y' ]) \
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  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 01:27
  • 签到天数: 1605 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
    1 小时前
  • 签到天数: 3410 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
    , y6 o; H1 R+ m% e2 G+ I4 b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.
    + K' k8 k4 N1 [. }, i+ m  B+ `0 B  A! I( s; A5 [8 B& e3 N* u
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    * ~! ^# t4 x: e$ Z$ k  R* z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
    * @$ i. l7 t3 t, xSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    ! b( {9 ~9 p1 O6 c6 X* }$ j+ Q下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    + d& `# X& g: C% Q' `8 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
    开心
    9 分钟前
  • 签到天数: 1854 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 ; ]4 {. I4 _5 M9 G7 Y/ f
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
      k1 [1 J6 h$ M) }- q; u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  N6 D' n- Q) z! E
    3 Q7 `; J9 e% G" b1 ]
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    ) F7 u  k# p$ I
    ) ]* n5 y1 H8 t9 Y8 m! ]' u. E5 O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!4 }% z$ j8 A0 |- u0 ]
    1 g2 B( Z, f6 [3 W5 [
    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
    6 w" j8 H4 B+ L7 o/ Q& z0 Q7 y% h  p7 L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 q/ _+ ?, ~0 T5 v3 L
    6 t7 d% o- c. O7 K% c4 O0 J最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    9 M" I. }7 d0 Y; y
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    9 m+ U' w5 P0 e/ G6 |% m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 U/ Z0 ~! l3 E: C/ ]2 G9 Q$ m. J
    % h# \7 a! T* v" ~1 R9 H7 i; D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?
    % ~5 g& M6 K8 D! l5 P" M* c  V: M
      V1 q% B0 b  e7 [3 `& r想了解一下你问题的规模:$ ]$ i- X# ?  p! c. A8 Q( G
    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。. ^% j! J% r8 ^# D$ c2 ~0 ^
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    0 g7 G1 F) D: ~% q3) 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
    : l$ |0 `; [+ A9 f. a, g# s: E
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:383 Y. v; Y# \  b; D/ B; s1 D3 s2 R  s
    现在进展怎么样了?1 Y  I0 S- L% U4 F& t# @: y: y
    ; c! c$ E! ?5 }4 |- @+ ~
    想了解一下你问题的规模:
    " N4 p$ O: z8 Z0 Q

    4 `0 s& F- e: U多谢关注。
    . Q$ J' f6 ^, a0 F) z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。 : E* L/ n4 }/ P3 V9 l  f* C0 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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