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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
  • 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 & R7 S1 v5 H& U0 M

    - m+ p: @; o7 i做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。
    9 r7 Y! F1 M  v  D+ o# p. p/ Y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。
    & R$ r0 t# P% m& W
    * o# I" N7 ]" F; E% y, j* ]0 QOctave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 。6 R5 @# ~% t* n" ~5 N) N* @
    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。
      W% v+ Q1 L. ^6 a9 E! ]: N
    2 B# g+ z6 g7 b2 D' ~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。
    ' n) l! Y* g0 h7 [1 x& }, u; K6 Q( M2 y, i
    高手们给分析分析,  多谢了。: a& y8 z( \% Z' M1 j% D

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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 \& }) F+ l3 {
    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。
    * Y7 ], Z5 L; {" j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

    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 ) v0 ], |* x( L1 @8 M6 \- e
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02  c2 u: d  R1 l4 ^
    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。 ...

    # C2 [7 n' t1 h* C3 a3 G
    % k/ O7 F1 }+ U" g! B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。' X+ i' K  B9 o
    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
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    [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 + C+ f  J( C" F# `  O8 z( J& a% v

    7 _0 q9 ]0 K9 e0 H" k9 R& }. Q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
    9 小时前
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    [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 小时前
  • 签到天数: 1929 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
    % o' {7 a$ n. }5 d( M" O0 O3 L% q& a% {! [+ ]6 m/ P
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?" V0 d" ?# G6 ?( |7 |3 ~
    并且是单线程的?加个openmp并行试试" `/ K& J/ C- H( |
    或者调用mkl 库的互相关函数试试
    , l% q% T- e# q2 [" M) F$ ]

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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: O2 N/ _) _0 t' n6 W3 H% l
    汇编快!
    " ?$ F8 I$ K% F9 D" @% m( r
    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/ {) V6 a" D7 k1 p
    * v5 E" \0 [4 w0 o% J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# Z2 e5 v0 m! e: s& E3 L
    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++ ...

    8 {. B9 C* P+ A# ^( c1 r: T% m0 }STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。" [# F9 K8 G3 _7 G, p6 N
    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。
    * W% ^5 k: N5 p9 H& L买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?6 c) V$ J$ W5 D, Q& d! O
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  • TA的每日心情
    奋斗
    3 天前
  • 签到天数: 1639 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
    9 小时前
  • 签到天数: 3503 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" ]+ a/ h7 E$ B" X
    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 ^# z& J! h: J4 X6 n# ?3 L# }& z9 Q/ ^6 Y+ a0 T6 b. h
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    * @% m, C  f  l: x, ?# e( m, W" Q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  ?4 q5 g9 C- [" E! L, ]
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。3 o" C' m! j/ r6 z
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...
    6 H' V6 C9 L7 o) ~8 `! t
    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 小时前
  • 签到天数: 1929 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 * c5 `  {( c: W; M; n
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    2 ~9 z; v4 @/ _- {/ L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) ...

    7 I% x5 D, E  ]) ?
    # O- h2 B# M0 G必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
      t% [5 a: ^0 r/ m( h$ G. }
    % I5 v3 A$ W4 e4 j" o+ w8 A4 q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!$ B6 \% `; z6 P0 I" H! P6 k3 Y6 k
      z/ C( p+ n) R: @+ Z0 O
    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% ]5 r0 B7 t* r2 C/ F+ `7 |
    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 m; ]+ q  {9 o4 P9 T( d! q5 M5 N( O8 Q# ?% ]$ ^
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    0 B$ a- e9 z% K区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    . Z$ u! a" [3 M+ m- U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7 Z6 `' ?9 m$ ?: Z% P- ?
    4 O  I& ?  D, ]9 c* Q8 W$ \% ~/ {( p
    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?( a% Z3 R! u+ D* Z' y; c- ^% J

    : ^5 U' Q& h9 C. c, Z' ?8 r6 M3 h想了解一下你问题的规模:
    - H( h+ ^, P, S: z; M1) 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。
    4 |8 I  o1 M. a3 j! [2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?) I! f& o2 m8 I' z* R7 P4 z
    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
    0 i$ W0 Y; C: T' m$ S, W' N, ]* y( C
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38$ D. i9 N( @0 q# _2 U
    现在进展怎么样了?) {4 n2 F2 H1 K7 t* e+ T

    0 w8 c7 z) m1 z8 v% x想了解一下你问题的规模:

    7 t& c0 n8 l0 u( M7 U: q: y/ ?
    6 _! |% j: Z. m8 ?多谢关注。" f: m. s! P2 f' R' t+ Z: m" a: x9 k7 S
    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 V; ~# ^& Y" g+ p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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