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[转载]Matlab 高性能代码编写

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    【1】
    4 \4 [# y) O' U8 O# f3 H3,2,1 > 1,2,3
    6 k1 L2 t/ p, R/ q& `2 K& m这些东西是原来自己写着玩的,看看也许对论坛上的兄弟们有用就整理一下,基本上都属于拾人牙慧的东西。一点一点发出来,今天先写第一个例子,但愿能够坚持到底。+ X) s" w' }/ H8 b
    ) m5 h* c, B$ L8 j2 ~0 n  }
    循环! 循环!, ]8 C9 s, W' a% A" u* v
    基本上MATLAB是不推荐大家使用大量循环的,但是如果万一真的遇到一些大规模的循环,代码的写法会有什么要求吗?
    ' `! h( x/ x( n0 `, L- }4 G猜猜看,快的循环是慢的循环的几倍呢?$ u  E! x2 q' T( w3 [/ x
    a) 10倍  b) 5倍  c) 2.5倍 d) 1.5倍2 W" B0 U( z+ V" V( }4 R3 X+ c% `

    : G, [+ }9 _1 ^; w) r, H# B$ u$ f%%2重循环的效率2 |0 z3 F2 T$ v( u5 _
    t1 = 0;
    9 ~6 `7 x( `7 N1 L  m7 qt2 = 0;
      o) W# r* k6 o2 h$ O5 J4 g" Ap = magic(1000);
    6 q' w: `9 f/ X4 ?5 h& b/ Gv = zeros(1000);
    6 i( Z3 x" y5 e$ qfor num = 1 : 100
    , p- Q' V. L( h# p$ s+ H6 x% \8 Btic;( I- O  X$ A/ h' i+ M
    for n = 1 : size(p,1) %低效率的循环4 Y9 d3 ?5 L6 d3 d) ?2 E1 S
        for m = 1 : size(p,2). G$ \  w6 k  e0 |1 H
            v(n,m) = p(n,m);
    " l0 y/ u# A1 X1 v# \. T$ J    end7 T. L3 N% K7 r
    end# D( y. Z& y# d$ \+ r  \
    t1 = toc + t1;
    * }& ~6 O6 G$ o3 Ltic;% K7 L% `5 j" e: m" N
    for m = 1 : size(p,2) %高效率的循环$ N( r4 u/ Z; h' t6 n' j& X7 n8 t
        for n = 1 : size(p,1)
    " `0 {; A( A- c, M        v(n,m) = p(n,m);
    % t* e$ e# C6 z9 L) P9 R. ?8 y/ ?    end
    4 F. ]- f9 k2 iend
    + A. J: j) O2 @9 it2 = toc + t2;4 X. x9 B" R! y! \8 K. L, [
    end
    0 V3 ~! u$ g8 v( m0 ^- `ratio = t1/t2;& ?8 ]$ |& k1 K( Q4 A
    msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);3 i( _" W$ [) e" z) C, F( M
    disp(msg);
    # T" y0 y: g7 Z$ [
    & ~, n- a: w, F2 m( b$ D%%3重循环的效率3 W7 N( V4 W8 k+ D
    t1 = 0;) E) P9 Q% g* V% e" W7 \& ^
    t2 = 0;
    $ C+ A' D  L$ N& L8 Mp = randi(1000,[100,100,100]);5 _8 \7 E: R! R- K8 S
    v = zeros(100,100,100);
    # G2 _. m* M0 F& P' C7 k$ Lfor num = 1 : 100
    5 s, Q5 f$ j3 T" |& Z' Rtic;
    9 ?6 ?8 N5 H/ Nfor n = 1 : size(p,1) %低效率的循环
    8 P+ X& c* k" x' _; C' W" D$ [/ @    for m = 1 : size(p,2)
    3 o7 q4 ~/ s/ s2 u4 R% \- r8 Z% G( ~        for l = 1 : size(p,3)8 l2 z0 M9 I' u$ P8 t& K
                v(n,m,l) = p(n,m,l);
    $ ?8 d3 E( J% A) ?5 f. @( I        end
    ! d$ x6 r5 u$ L% G2 `    end
    % U6 u" w; i- [- I$ ^( Y. p- qend4 v# P5 p' Q+ O( P
    t1 = toc + t1;, L% t$ K% o: V7 I& V( X. `
    tic;! @/ c  q  Y# j$ K3 F
    for m = 1 : size(p,3) %高效率的循环! P$ I: Y8 O. J, L
        for n = 1 : size(p,2)! U6 u% d! S* p# o5 I: W/ j
            for l = 1 : size(p,1)% L* W% E) Z" @7 j+ g
                v(n,m) = p(n,m);0 W' j3 M- M5 D! d+ f# b9 G$ F
            end
    3 Y% V3 }  c4 A1 c4 E6 P; J  E. ^    end
    5 N3 K2 T& i1 u8 e* C, ?end3 n4 I8 ~0 y. k6 ]
    t2 = toc + t2;2 Q. E( h. O7 A# ]& x" M
    end, H" p% x8 q1 d. ^
    ratio = t1/t2;6 I# q" {* n1 e- L
    msg = sprintf('3DLoop 2 is %2.1fx faster than 3Dloop 1',ratio);
    & d# q$ S$ {4 E5 tdisp(msg);
    ' v  _0 D' j& M/ m
    . }8 R/ [% h5 T+ w+ z6 d; F/ [* |5 s1 M8 {+ l0 S9 `2 T( J
    答案:二重循环loop2 大约是loop1的2.5倍, 三重循环loop2大约是loop1的5倍。/ Y5 q! s+ M( r8 ~3 A; {

    1 O0 [5 a7 m/ m0 ]4 l' J6 k( v* r4 v原因么,基本上是和matlab在内存中存放数据的方式有关加上需要一些简单的硬件知识,自己去google吧。

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    norika + 10 + 4 恩,正是论坛需要的!

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     楼主| 发表于 2009-8-8 00:23:01 | 显示全部楼层
    Matlab 高性能代码编写(二)meshgird > for
    ; r& O9 z- W# J6 W  e( Q一般来说在Matlab中,for很多情况下可以被meshgrid或者ndgrid代替,效率会提高很多。8 X, H1 U7 ]1 q* u) _- y
    这个技能是比较常用和有效,一方面能提高效率,另一方面能够让代码更漂亮一些。:)9 g% D( [8 v3 I% O$ M) G, r
    7 G! R2 _  ?0 I
    %% meshgird 代替 for 提高效率
    . a, C, I1 T$ g/ N! U6 y2 `%目标将每个a与每个b相加
    ! k& M) [" |  G2 a- xa = 1:20;" V4 r2 ?2 y) I
    b = 6 : 10;
    * v3 F) h' _! E9 Pt1 = 0;
    ( \$ Z# J; }$ y& it2 = 0;- \4 N2 s5 d7 n5 f
    p1 = zeros(length(b),length(a));  m. y! K: f  x
    [A B] = meshgrid(a,b);
    # a- J( K; u6 w: [8 Y* nfor num = 1 :10000
    " Z  I' O* s8 A$ e8 |/ v    tic;4 K, P4 p* y% H! J! n* U' M( y& G
        for n = 1 : length(a)
    2 z% t( Z( n' Y        for m = 1 : length(b)7 A! H, v- v2 j3 m" e
                p1((n-1)*length(b) + m) = a(n) + b(m);1 L4 w. M) O* u
            end( p& y% x7 K  y3 a) v* O6 p! }
        end
    " U5 D' S5 Z+ G& Z. @    t1= toc + t1;3 d7 @0 h* m+ B0 v+ A( w% x8 V# p1 E5 g
        ) i& {3 `1 K, z/ f
        tic;( b. B( \6 F2 b/ C; f0 z7 e: }1 J
            p2 = A + B;
    9 r, [- j0 l& k    t2=toc + t2;7 y* h" w9 f' ~8 |- }# A# }
    end: _, d! c, o" e1 ~$ j8 X- P$ E% h
    ratio = t1/t2;8 K5 [6 u( r! M1 [1 q
    if (nnz(p1-p2) == 0)9 m+ ]4 c. [) p7 [
        disp('p1 equals p2');' u& x& j0 y, w, F
    end
    " @" @9 t( L' t* U7 c' Q; [msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
    * R8 \, s* m2 \  f: \8 Tdisp(msg);' k6 K: ~. |% m- e( ~* ]

    * O. m4 q4 m1 x7 G0 y) Q# O0 W8 h0 d# U+ u9 Y  y5 T* h- q

    3 t( P# o* p" K& V%% ndgrid 代替 n 重 for
    5 S! ~0 t" V6 ~  _" x%目标将 a,b,c 循环相加
    % w3 t2 o+ d3 r: Q/ v4 qa = 1:20;0 a& V" w% [$ c6 v' N5 y/ i
    b = 6 : 10;3 [3 Y: e4 ]; O) E$ K7 ?! S/ {
    c = 1:10;! }: ?# a2 ~1 g, x
    t1 = 0;
    : k9 s, I8 O& o: E, @t2 = 0;" X' S# q9 x5 S, j, j( M
    p1 = zeros(length(a),length(b),length(c));
    - ^; V% g0 e( `( g+ D[A B C] = ndgrid(a,b,c);
    8 q9 W' ^; ]6 `for num = 1 :1000
    - S* e# `* s3 o    tic;
    ! k1 v8 w! P* f: I# w# a    count = 0;
    , C( ]( t7 p' z" G  f    for n = 1 : length(c)$ t2 D3 {. b( T' @' Q
            for m = 1 : length(b); K$ c, c: S1 l: h# d/ A
                for l = 1 : length(a)  C) ?5 @" g8 M7 l
                    p1(l,m,n) = a(l) + b(m) + c(n);
    % p' y: ^* y( C1 g            end
    1 F2 @9 Y& {4 q6 W  i5 }        end
    7 r8 ~/ J$ X0 Y. O    end0 x1 d9 z" `4 a8 E
        t1= toc + t1;
    # G& G- h" w! f- ~% S7 _3 o9 \- Q    ! _( c7 K5 C6 O1 h: v9 r3 W. y" F
        tic;; c5 q; w0 f- N3 `" u1 }: {
            p2 = A + B + C;2 t" k0 H. n- b+ z/ g2 B0 h
        t2=toc + t2;
    . ~, o; g' i. G- Q# }* q3 f8 u) F0 T: Oend
    % m  I) l# x9 n3 ^$ D7 o7 Q9 J, }ratio = t1/t2;
    4 z, M8 `0 ^$ Y! \. e# }6 M; T0 Jif (nnz(p1-p2) == 0)$ N  S  l, `( V- Q8 L) |. F
       disp('p1 equals p2');" o) {+ h) P4 k% C# X( `: F
    end( O1 ~1 H( C: q2 y2 U
    msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
    1 f2 }3 g- _, B# I% bdisp(msg);
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     楼主| 发表于 2009-8-8 00:23:21 | 显示全部楼层
    Matlab 高性能代码编写(三)内存是要先分配再使用的
    ! u7 |" h/ l: z我以前写代码常常写出4 \& c" P6 ^% @# \
        for n = 1 : xxx2 ^/ b5 o3 g) i) |9 N* H& a  f7 ^
            a(n) = fcn(....)
    ' ~4 ^7 E8 ^& O8 E* k4 O    end
    4 q, {# u+ ~, P9 \7 M& {# ]    后来到处偷师,学了到一定要先开内存,比如用zeros(), 比如换成 for n = xxx : -1 :1
    & `' B$ j$ u, G5 k6 j6 o8 Y* a" Z3 J5 I
         Matlab 在使用内存的时候最有效率的方法是一次找到足够大的连续内存块,而for显然在有些情况下无法满足。: f) i! c- }9 ?6 Q& _+ }" T( [
    下面写了几个例子。
    ) ^2 W9 ]% Q, Q& ~% J9 L/ V- d   特别推荐的是' v0 {& Q1 o- |( O2 P0 r  K
            for n = len : -1 :1 的这种for的写法,即不需要zeros() 之类的先开内存,也可以达到预分配内存的效果,当然不知道
    / d) k6 O+ V6 B$ A是不是某个版本改进之后的效果。
    7 I+ e9 A4 e. H# ?6 i1 c
    6 K6 ?* ?, F( z. x$ W- o6 h- }主要的问题来自于matlab的内存管理机制:
    : O2 O  D, J! H, }/ `7 E     对于一个数组,matlab先在内存中找一块放得下的连续空间,如果这个数组一直增大到那个连续空间放不下了,' N6 L1 o" j1 N* T  N: }7 \5 h: v  q
    matlab会去找另外一个放得下的连续空间(好像记得在什么地方听到过是找一个原来内存2倍大的地方),这样就带了" r7 P0 N" h/ ~
    两个问题:$ E+ A7 O/ T$ H( M$ n+ F* q
          1. 额外的操作,找内存 + 复制; 而且这种操作有可能是很多次。
    # ^5 h% r% z# Q+ d1 o      2.  额外的空间,这个时候有2份copy在内存中。导致内存不足的常见原因之一* J+ @( D7 [0 r6 s8 T$ r
    * o- p# g/ Q. Y4 n9 ?# s, B  z7 _

    9 x  @: v* Z) W$ U5 R7 r: \% Test Part I
      _' `" G" o* Y. n. t1 o2 d% {2 Aclear;9 ?0 a0 O/ n4 P2 A: U  i
    clc;
      l2 V" f+ {7 r; \: x* }, S1 H% Glen = 1000;
    ( y( Z* W8 b' m9 N9 nLOOP = 100;
    $ z6 G: N" a( Qtic;
    5 e; v# s; ~; ^. Rfor t = 1 : LOOP& H3 U, P  d& K8 w6 J3 o
        for n = 1 : len" z3 h0 t1 M+ B- Z& ?! S
            for m = 1:len+ }8 ^+ g2 q4 v; E
                x(n,m) = n*m;
    5 Q2 a7 {: Z# }; n        end0 \" x' }& x, x! v  X2 z) F
        end
    ) j! c0 \( ]( J! Y# m8 fend
    ) _" G( d! C( N/ tt1 = toc;! q* r3 w. @9 l, B
    clear x;% n3 k0 z2 S# A/ t5 C$ R) ^
    tic;- X5 Z2 D7 y- r1 S$ Q8 {- q
    x = zeros(len);+ i& t  ]- `0 V4 `
    for t = 1 : LOOP
    2 v7 \0 y% e( \! m4 l( o    for n = 1 : len
    / t7 {: z7 `' N# i* x) O9 h        for m = 1:len
    ; T  i9 B8 g+ b1 U' T& Q            x(n,m) = n * m;7 w8 a( }8 E& i# U
            end
    ; b. }0 Z9 B- P& n! _- w  |' r0 l7 m% q    end4 y/ C1 p- s: H. u) m! q
    end
    : }5 D. p$ ]1 b. l+ y+ Ut2 = toc;
    ' c1 `- d; H, Fclear x;
    3 m1 v# I  W2 S0 Ntic;
    1 a% ~# @' s3 }" F$ M' afor t = 1 : LOOP
    ' \. }/ i0 n+ O& b" y7 B. d+ A    for n = len : -1 : 16 e- A; _  [7 D. c) n4 _
            for m = len : -1 : 1( K  n* w& t2 D+ |; n7 F$ n
                x(n,m) = n * m;
    * p2 l/ K- C/ O4 b+ @/ s% `        end
    4 i  e# u, ]: f! P! f% Y    end
    / p3 J5 B# l6 @1 wend
    + {" \8 N6 ^1 z( h# x7 |; Y4 lt3 = toc;
    % k6 R6 ]& ~* g. |* i4 _" Fclear x;
    9 P: V4 r0 R) X  d+ x6 V  Vmsg = sprintf('Part I: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);
    7 `6 |9 |* T7 s+ Udisp(msg);1 V7 }3 W+ x7 f) z6 {4 e; k0 K

    ; j( J. _6 ?) I" w5 H0 r4 p1 |1 x% Test Part II7 s7 f; a/ E) b
    len = 1000;
    $ D$ B' T4 _1 N& @; n* w5 {" I: [tic;
    " d' j7 _2 {; s7 M1 _1 j" u+ K2 ffor n = 1 : len  % Loop 18 _2 R8 p. a( _7 s
        for i = 1 : len
      ?7 e6 X; _8 r& j% R        x(i+(n-1)*i) =  n*i;
    & x4 W1 v6 `; G    end1 o8 P  @8 J0 w$ {5 S$ F$ F  I
    end
    . O5 u. K' X! q. y" Ht1 = toc;
    4 r3 Y9 U& ?) [! [clear x;0 P! ?9 I. C, R6 ?3 N' Z! ^
    tic;
    * Y" e; e# d; c9 i: f7 mx = zeros(len*len,1);' t& f3 V# ?0 y$ e
    for n = 1 : len % Loop 2* s2 m  c) h5 y" K9 S
        for i = len: -1 : 1# x& s* o- j4 M
            x(i+(n-1)*i) =  n*i;
    , A6 C. e1 m3 J* [7 m) U( G2 z* Z    end! w; p% @& D3 ]' [2 v5 }
    end# O3 J% U8 Y, S+ c# U; o) Q. {
    t2 = toc;2 i( z, t3 o1 d; M/ h, E& a( k2 z% y
    clear x;
    / m. d7 b6 J1 J6 dlen = 1000;( s2 m- y' F6 }1 H  k& q2 e7 W
    tic;
    # a" p8 ]- ^8 ?1 `& `4 J$ H1 Jfor n = len : -1 : 1  % Loop 3
    0 A- b/ P7 O  U    for i = len : -1 : 1
    / L, |# U0 U# ?! Q        x(i+(n-1)*i) =  n*i;6 p$ x/ N& i1 [* O( t! k
        end, W' S/ N, ?) d: U" G  p3 a
    end
    ! ^0 W& ?7 v+ T- t: Z: wt3 = toc;
    6 W3 N: \5 W$ J& ~% n8 b# i1 x" w6 }clear x;# H1 x4 F1 a# E( H& C/ {% U
    msg = sprintf('Part II: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);( ^; c) }2 f3 x$ X2 w' Z( L: v
    disp(msg);
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    受教了,呵呵
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    发表于 2009-8-14 09:42:18 | 显示全部楼层
    matlab在这一块确实不太好
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    发表于 2009-12-7 19:06:18 | 显示全部楼层
    Matlab 高性能代码编写,很受启发,谢谢。
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    好啊,楼主都贴出来了,很有启发!!!
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    发表于 2009-12-15 11:43:35 | 显示全部楼层
    很好,似乎matlab里的循环有个并行处理的语句,不知道和这个有没有可以比较的地方 。
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    发表于 2009-12-17 14:09:20 | 显示全部楼层
    循环代码编写的确很灵活,受教了,谢谢
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    发表于 2009-12-22 18:31:49 | 显示全部楼层
    这个比较有用,学习了.
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