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[转载]Matlab 高性能代码编写

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    【1】' g" @, A! V3 i' ?$ Q1 `; T
    3,2,1 > 1,2,36 ?1 O% X: x2 H7 V; p2 z
    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。
    , U2 ?4 g/ Y% B9 P, C( s" ^5 t2 ^* _) A5 z" e! L9 p
    循环! 循环!
    + J6 Z3 g0 ?% ?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?7 S; j7 h3 T8 W! r2 @) U; m: V
    猜猜看,快的循环是慢的循环的几倍呢?' Q/ K; c3 s1 w; [/ L
    a) 10倍  b) 5倍  c) 2.5倍 d) 1.5倍/ {. ]1 O4 L7 |4 _  i: x

    9 {  J, [+ \: u7 V- z" K/ @5 b%%2重循环的效率
    $ N8 ^: c' J6 n4 J5 ~t1 = 0;
    ; x: Y- O: ]. z, Wt2 = 0;
    ) Z9 ^; d2 I# S" j$ zp = magic(1000);
    7 t" U) x* c, t+ r8 ^v = zeros(1000);! h( t% T( Q& i" d- R6 o
    for num = 1 : 100
    0 `3 R0 Y5 A+ `  e" o. _tic;
    / z2 h! f8 n% kfor n = 1 : size(p,1) %低效率的循环+ n6 K1 L# d2 u- ]
        for m = 1 : size(p,2): p9 S; Y5 K* J, ~7 s. C5 L
            v(n,m) = p(n,m);% {  L+ q: T; m5 X" F
        end
    2 m* S$ `2 c5 O) T3 |4 V1 i$ t- Oend6 I5 t3 s6 z% W( D( [: z$ b# I
    t1 = toc + t1;
    ' r% N3 d( p5 }' dtic;
    ' B' _8 `# \8 ?1 B; @. Ffor m = 1 : size(p,2) %高效率的循环
    % B, z4 u" k$ n4 E+ Q6 d- _0 n    for n = 1 : size(p,1)
    ; F2 h% e1 _* g! _# H& Y        v(n,m) = p(n,m);
    ) r; m+ e6 @5 Z, @) O+ s, Y    end
    4 s$ _3 \4 u' j9 \0 V  l7 @end
    7 r0 h3 a3 t! u5 E; t4 z# V; v( Pt2 = toc + t2;
    2 y4 C; H5 `! M& N3 l# Lend2 Q0 ]: S1 V# _
    ratio = t1/t2;" C8 ]) w* _0 i9 f2 _+ w
    msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
    * r% s3 E: r, R2 M+ o. E; b% idisp(msg);' _* E+ z! M- v- s: ]
    6 n( Y/ ^. @+ f2 D
    %%3重循环的效率) u3 C/ X# }, y2 y8 a/ ~
    t1 = 0;
    - X$ S" g5 w0 f. i1 j4 lt2 = 0;
    / C2 F6 @2 e1 n3 O1 _& M, sp = randi(1000,[100,100,100]);, z  E; M7 i4 z2 {  B, Z
    v = zeros(100,100,100);5 }8 V3 @! j& ]4 B: }$ A
    for num = 1 : 100
    5 _  h: @  v% F% n9 _1 Jtic;
    / K) ?* j0 ?5 e5 Efor n = 1 : size(p,1) %低效率的循环
    / S# V% j0 I6 o2 x& K. i    for m = 1 : size(p,2)' }( `6 Z5 r, x7 P6 G
            for l = 1 : size(p,3)
    6 V- f/ G! F) E; O0 z: h            v(n,m,l) = p(n,m,l);& g2 N' A9 v3 o% r. R3 h+ N* r/ s" p
            end
    - I* `) |1 r# ^) F    end
    * k" @* n; |- ]& m2 u0 p. `  Cend  Y! p$ I! H- ?4 e) S2 S1 R
    t1 = toc + t1;
    ; U  z0 m* a" u/ T: _! Btic;
    ( V. R* o( B( U  G, Y9 [/ `for m = 1 : size(p,3) %高效率的循环
    # Z; E+ Q5 ?' o5 n    for n = 1 : size(p,2)# R! v0 ^, I0 K
            for l = 1 : size(p,1)" p9 B# L/ E4 V2 H
                v(n,m) = p(n,m);3 I) H- L0 v& s  v5 ~2 X) y. K
            end
    5 Y3 v. p' `: V    end" H. M5 E$ h. B. B
    end
    * N" R# a" n. }8 K7 Vt2 = toc + t2;7 n8 D6 g. G6 b# ]. H
    end
      y" \/ N6 n# N& g1 ]9 _7 f( n$ kratio = t1/t2;
    / {4 F$ G9 m" ^* Z+ }4 lmsg = sprintf('3DLoop 2 is %2.1fx faster than 3Dloop 1',ratio);
    ! z+ I' J5 y# ]" N/ l7 E2 ldisp(msg);
    - k- y4 m3 s! I* A) d$ d: g% N9 ?7 Q9 l2 ?( o) |  [) w

    $ k% t* p7 _' ~* ~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。2 m! l( j3 K1 w1 N9 m# w; m

    7 A: g0 R  Y* y" H+ U2 m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 > for0 K* ?- B/ @. [+ ^5 P2 m9 I1 T
    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。
    7 B3 x# b: X  g, p! X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 N' \) d5 `" C( k! F
    " A& @2 B' f6 M7 b; S: t%% meshgird 代替 for 提高效率$ P- ~( j( |0 T+ H
    %目标将每个a与每个b相加
    0 F, ~% o+ o9 c' na = 1:20;0 G( |6 l/ j. Z& ^' E
    b = 6 : 10;7 g0 j0 h. F, E) X6 b8 R5 Z- O( A1 D
    t1 = 0;. Z! Y) b* |  ?+ j3 x$ f$ {
    t2 = 0;0 {6 y4 [! I( W
    p1 = zeros(length(b),length(a));
    6 U& e  h, Z0 ^: ~6 s7 \8 E) _[A B] = meshgrid(a,b);
    * P8 D- {6 `- A+ ~for num = 1 :10000  f* _* I( J. H5 y  v8 ^7 o+ z
        tic;4 z3 p1 v, _. R& ?. t' ^
        for n = 1 : length(a)
    7 a! T) |8 a9 V        for m = 1 : length(b)
    2 c" H4 L. o# x; T            p1((n-1)*length(b) + m) = a(n) + b(m);
    : G: j  |4 q9 X$ K        end
      M- v; p. p* X    end
    ' f/ j* E' X  W' b5 e# B: r    t1= toc + t1;% z8 g8 K/ B8 s
        6 p  }, \% V# s4 B$ f
        tic;
    6 M6 {3 c5 `# X! D/ T        p2 = A + B;
    2 z+ O; d4 T& X3 b5 N" I! u    t2=toc + t2;2 [( q1 O& P8 @+ |: T9 q& v
    end7 E- f3 u4 C1 A5 Q' z9 m
    ratio = t1/t2;
    2 f; x+ R0 t+ C+ ?, m+ n) Vif (nnz(p1-p2) == 0)
    : Q2 g  \9 @; F2 M    disp('p1 equals p2');
    " `- M# u6 x* L! x- H" }" f% aend8 e, }, d1 n7 e
    msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);; Q" ]5 j2 S! P2 U1 A" m5 p
    disp(msg);
    6 _9 e$ p4 W: X9 I
    + i. U% x4 T% W5 k& S, R" l- D
    # y  n: X3 w6 v5 Z' [1 W6 e* I7 X% K& U+ @3 ^! ~
    %% ndgrid 代替 n 重 for
    . M; _  c& e0 [2 L& p%目标将 a,b,c 循环相加
    8 L" j+ F' x6 H% s8 u: Da = 1:20;# V, ~4 F* d6 S" ]/ p  |* E1 W
    b = 6 : 10;3 A" T: I" D, l( X  x- \
    c = 1:10;5 e/ Q1 R. ]! F2 V6 j$ o
    t1 = 0;
      U  J. L  q. e: z0 a- Pt2 = 0;
    " c! l1 ~! |6 T  d8 B/ M  cp1 = zeros(length(a),length(b),length(c));+ U6 H+ M2 e- `! j+ T" R
    [A B C] = ndgrid(a,b,c);
    5 R- T* G- u/ d% z" N9 ?. s9 ?( _1 R: Efor num = 1 :1000
    , T1 ~/ z" L# n$ }4 c5 P& k$ R5 y    tic;
    ; a% B1 d4 P' S- J, J* J; \    count = 0;* ]% k7 m- x+ W7 c1 Y$ z
        for n = 1 : length(c)
    : ?3 f( T  b- n2 Y        for m = 1 : length(b)3 l, t8 N" b  W/ ?$ A/ D. N
                for l = 1 : length(a)
    5 \$ [* {0 m, ?% K; G4 V# \4 Q                p1(l,m,n) = a(l) + b(m) + c(n);
    % x  G4 p* u& A( L3 }2 ~            end5 Q) \6 c& a- \% i0 `# L
            end
    + ^4 t' L( W1 K  z& Z/ T    end5 i; Y1 V! i. {9 Z& ^) p, S
        t1= toc + t1;
    9 g+ k  O# `3 U; S( c   
    5 t9 r: O, f- Z  S5 O5 r    tic;
    / i$ G) }9 Z7 _. Z) h# V* o7 E        p2 = A + B + C;
    & V9 t+ _9 H: R4 T' `8 c7 C# X% k; o    t2=toc + t2;
    4 S7 Y# Z& Q5 h7 g0 A; k7 Z* w4 O. qend
    ' u  H5 b  }7 U: B! U+ q1 a( Cratio = t1/t2;
    ; u5 M. j+ `% z- f* ]( _0 oif (nnz(p1-p2) == 0)
    3 T! T7 ?; @' H( R$ V   disp('p1 equals p2');
    2 Q6 U# C& P+ p# Uend+ w7 I3 Q- R, |$ W$ Q
    msg = sprintf('Loop 2 is %2.1fx faster than loop 1',ratio);
    ' e- Q+ t/ n: A' zdisp(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. U2 ]7 G% {9 [
    我以前写代码常常写出
      K# D# t: V  u8 Y    for n = 1 : xxx
    , ^0 o& p( P) r3 J        a(n) = fcn(....)
    " H9 J0 ^* P' d9 b' R: n    end
    ) b1 W! m& K. \( v9 h( j3 R( G    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 :13 q, C$ k7 T1 u8 W. H2 y
    # ^) ?% ~; K) a7 [- `
         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。
    . z1 T% P: j" H) E/ t5 p下面写了几个例子。5 V6 r1 `2 S2 H% ~  g% E; [
       特别推荐的是
    ! F$ ~+ m% a& K' L0 f        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
    ( x4 u2 q) p' R5 @! d是不是某个版本改进之后的效果。
    & F) n! U3 u+ k0 Z; n5 Q  w  B/ p' `3 H- ]2 H  q1 q, F# c
    主要的问题来自于matlab的内存管理机制:
    ; C4 C6 p( p. Y( N     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,6 T5 @: n3 M. @% W5 g& |3 y
    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! f: A+ q1 ^% A* a. {8 A
    两个问题:
    % O7 r' k+ _' k* y. X$ z* e) c4 S  E      1. 额外的操作,找内存 + 复制; 而且这种操作有可能是很多次。
    - h! c: W' c" z3 g/ a  x      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
    % ~0 A' c3 H/ n* p6 h( V$ j* w0 H  i" p
    & F, G( M- S" k) I0 D
    % Test Part I+ A; e! B" Y+ e$ P4 ]5 G& w6 Q
    clear;
    , V9 ]! y3 ~" ~) w: g2 I( z) Zclc;
    0 [' M' e! E5 f* j. ylen = 1000;; [( I" |) [% \* s4 B/ L+ a
    LOOP = 100;
    1 u, {# T+ G  g6 E, _( Q5 gtic;0 I: t! _* V( W5 Q* C
    for t = 1 : LOOP7 K. }! S% }. Z4 M' J
        for n = 1 : len; @# Q! @: w6 W" I% h& \" {
            for m = 1:len
    & a' ^8 b7 n* g7 v            x(n,m) = n*m;
    ( u; F8 l% N( ]/ I* D6 u4 f        end3 J5 D: C0 ]7 w& w
        end* ]: b! w- @4 R# @9 X
    end
    1 P; G9 d8 c# \+ ?t1 = toc;) U& K  |7 }' ~% }5 h' \  D
    clear x;
    ' p1 z0 W5 e, e7 h; f7 h1 s) Xtic;* N5 p3 H  ^6 e" z
    x = zeros(len);
    5 Q- H% W% R/ N+ D- n+ X: l7 Ufor t = 1 : LOOP
    - B7 Q3 J2 ?1 q) l    for n = 1 : len, ^2 I% A2 k; f/ z% m
            for m = 1:len
    & ~8 R! G& Z3 U. d  A            x(n,m) = n * m;; ]- {2 r( [, E
            end
    ( r0 Q0 `/ [" i6 Z    end4 {+ ]1 K8 r3 d( e+ m
    end9 R+ L& Q1 Q/ P" ?' P: U
    t2 = toc;( I0 P; w4 v% U' n3 _* y& _! u; O
    clear x;$ t7 v  u5 [* V& Z; h- |2 F
    tic;
    ) x) Z# X  E+ E& S7 Yfor t = 1 : LOOP
    ; I# @" p8 K% I. c    for n = len : -1 : 1: @3 I, n2 a, f. ]/ G% [6 J4 t
            for m = len : -1 : 1* r/ s% o# h8 _) x
                x(n,m) = n * m;
    1 p# p+ y2 `6 t" B- a        end$ O" l* z8 w3 i0 d) G
        end
    / ^4 T  O" j+ V1 ~  Vend+ W( U/ k+ M. L% N% s' L% n1 \
    t3 = toc;
    0 a& T! S. \7 e9 S' Q; Cclear x;
    . I3 A2 _% l/ p$ R  A& ?5 |/ Fmsg = sprintf('Part I: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);4 t- i. Z' C9 ^
    disp(msg);
    4 s/ i$ w1 f  O+ g5 L: N4 Y: C) F, `4 c( J/ t  Q5 A' }7 }! a/ s
    % Test Part II
    & x4 \& o4 E( y, ]% Wlen = 1000;
    , k9 k+ n  ~/ V7 P# n5 @& V8 Etic;! q- m8 W3 K( D
    for n = 1 : len  % Loop 1
    2 b) A5 G+ `# ]$ a! n/ h3 m! g    for i = 1 : len  w: X8 O  ]# ]- T+ y
            x(i+(n-1)*i) =  n*i;
    ' L' |, b3 A* b7 Q( o7 y* Y# |    end. e% j/ X/ y  S
    end& ]# ^! O- U% A  V9 g* u' r8 W
    t1 = toc;
    2 b  z# a, I1 p% K1 E$ K" yclear x;9 M; u" c: i% {3 R! \5 E3 d8 m# Z! J
    tic;
    ) E" I% c" X& ]: T. [  mx = zeros(len*len,1);
    9 `! }- F# ?6 P( A, ifor n = 1 : len % Loop 2
    - \0 u" b; F+ P/ q1 C    for i = len: -1 : 14 d& w7 {5 N5 u0 L
            x(i+(n-1)*i) =  n*i;" g" g- g  i7 R3 Q. N  s! d
        end$ M- w# H0 q. v0 s0 y3 t
    end
    ' t. p' S! ]! B5 ~/ y; xt2 = toc;
    , Q( K- s8 T. L# _" a5 Uclear x;
    7 J- o* c; k3 a5 I# I$ q: wlen = 1000;
    ; ?; R& ]* t( I5 U$ ?tic;! ?3 a6 k6 Y, j4 A9 p" ?' i1 n
    for n = len : -1 : 1  % Loop 3% h* f7 R: U8 q2 x
        for i = len : -1 : 12 U4 J. j" v1 \. p7 f. X3 r" T2 |. S3 O  d
            x(i+(n-1)*i) =  n*i;
    " L. `/ n# |& y& o* q    end  g- g7 c8 Z& t) g0 ~
    end. f# m# D' D$ a& q6 x
    t3 = toc;
    9 q" E% d5 G0 X, ~% n1 H3 Z+ Qclear x;5 U/ g/ |9 A  y. M
    msg = sprintf('Part II: Loop 1 is %5.1f \n\tLoop 2 is %5.1f\n\tLoop 3 is %5.1f',t1,t2,t3);$ ~( \& P" ]9 _4 q8 P& X" \2 U
    disp(msg);
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    受教了,呵呵
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    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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