[转载]Matlab 高性能代码编写

晓夜寒风 · 发表于 2009-8-8 00:22:38

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【1】
3,2,1 > 1,2,3
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。

循环！循环！
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？
猜猜看，快的循环是慢的循环的几倍呢？
a) 10倍  b) 5倍  c) 2.5倍 d) 1.5倍

%%2重循环的效率
t1 = 0;
t2 = 0;
p = magic(1000);
v = zeros(1000);
for num = 1 : 100
tic;
for n = 1 : size(p,1) %低效率的循环
for m = 1 : size(p,2)
      v(n,m) = p(n,m);
end
end
t1 = toc + t1;
tic;
for m = 1 : size(p,2) %高效率的循环
for n = 1 : size(p,1)
      v(n,m) = p(n,m);
end
end
t2 = toc + t2;
end
ratio = t1/t2;
msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
disp(msg);

%%3重循环的效率
t1 = 0;
t2 = 0;
p = randi(1000,[100,100,100]);
v = zeros(100,100,100);
for num = 1 : 100
tic;
for n = 1 : size(p,1) %低效率的循环
for m = 1 : size(p,2)
      for l = 1 : size(p,3)
         v(n,m,l) = p(n,m,l);
      end
end
end
t1 = toc + t1;
tic;
for m = 1 : size(p,3) %高效率的循环
for n = 1 : size(p,2)
      for l = 1 : size(p,1)
         v(n,m) = p(n,m);
      end
end
end
t2 = toc + t2;
end
ratio = t1/t2;
msg = sprintf('3DLoop 2 is %2.1fx faster than 3Dloop 1',ratio);
disp(msg);

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。

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。

晓夜寒风 · 发表于 2009-8-8 00:23:01

Matlab 高性能代码编写（二）meshgird > for
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。
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。：）

%% meshgird 代替 for 提高效率
%目标将每个a与每个b相加
a = 1:20;
b = 6 : 10;
t1 = 0;
t2 = 0;
p1 = zeros(length(b),length(a));
[A B] = meshgrid(a,b);
for num = 1 :10000
tic;
for n = 1 : length(a)
      for m = 1 : length(b)
         p1((n-1)*length(b) + m) = a(n) + b(m);
      end
end
t1= toc + t1;

tic;
      p2 = A + B;
t2=toc + t2;
end
ratio = t1/t2;
if (nnz(p1-p2) == 0)
disp('p1 equals p2');
end
msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
disp(msg);

%% ndgrid 代替 n 重 for
%目标将 a,b,c 循环相加
a = 1:20;
b = 6 : 10;
c = 1:10;
t1 = 0;
t2 = 0;
p1 = zeros(length(a),length(b),length(c));
[A B C] = ndgrid(a,b,c);
for num = 1 :1000
tic;
count = 0;
for n = 1 : length(c)
      for m = 1 : length(b)
         for l = 1 : length(a)
            p1(l,m,n) = a(l) + b(m) + c(n);
         end
      end
end
t1= toc + t1;

tic;
      p2 = A + B + C;
t2=toc + t2;
end
ratio = t1/t2;
if (nnz(p1-p2) == 0)
disp('p1 equals p2');
end
msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
disp(msg);

晓夜寒风 · 发表于 2009-8-8 00:23:21

Matlab 高性能代码编写（三）内存是要先分配再使用的
我以前写代码常常写出
for n = 1 : xxx
      a(n) = fcn(....)
end
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

   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。
下面写了几个例子。
特别推荐的是
      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
是不是某个版本改进之后的效果。

主要的问题来自于matlab的内存管理机制：
   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，
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
两个问题：
   1. 额外的操作，找内存＋复制；而且这种操作有可能是很多次。
   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

% Test Part I
clear;
clc;
len = 1000;
LOOP = 100;
tic;
for t = 1 : LOOP
for n = 1 : len
      for m = 1:len
         x(n,m) = n*m;
      end
end
end
t1 = toc;
clear x;
tic;
x = zeros(len);
for t = 1 : LOOP
for n = 1 : len
      for m = 1:len
         x(n,m) = n * m;
      end
end
end
t2 = toc;
clear x;
tic;
for t = 1 : LOOP
for n = len : -1 : 1
      for m = len : -1 : 1
         x(n,m) = n * m;
      end
end
end
t3 = toc;
clear x;
msg = sprintf('Part I: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);
disp(msg);

% Test Part II
len = 1000;
tic;
for n = 1 : len  % Loop 1
for i = 1 : len
      x(i+(n-1)*i) =  n*i;
end
end
t1 = toc;
clear x;
tic;
x = zeros(len*len,1);
for n = 1 : len % Loop 2
for i = len: -1 : 1
      x(i+(n-1)*i) =  n*i;
end
end
t2 = toc;
clear x;
len = 1000;
tic;
for n = len : -1 : 1  % Loop 3
for i = len : -1 : 1
      x(i+(n-1)*i) =  n*i;
end
end
t3 = toc;
clear x;
msg = sprintf('Part II: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);
disp(msg);

suner1986 · 发表于 2009-8-10 09:49:35

受教了，呵呵

glwl · 发表于 2009-8-14 09:42:18

matlab在这一块确实不太好

qqchun · 发表于 2009-12-7 19:06:18

Matlab 高性能代码编写，很受启发，谢谢。

shoupi · 发表于 2009-12-14 10:10:18

好啊，楼主都贴出来了，很有启发！！！

zgk001 · 发表于 2009-12-15 11:43:35

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。

yjquan · 发表于 2009-12-17 14:09:20

循环代码编写的确很灵活，受教了，谢谢

cep7 · 发表于 2009-12-22 18:31:49

这个比较有用,学习了.

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