提高matlab執行速度的心得

2021-06-10 08:22:58 字數 3184 閱讀 7791

首先說說matlab

與其他語言的差異:例如對於c或者c++來說,只要演算法的思想不變、採用的資料結構相同,不同人寫出來的語句在效率上一般不會產生太大的差別。所以,對於c來說,程式的好壞一般由演算法來決定。但是,在matlab中,同樣的演算法、同樣的結構、同樣的流程,如果採用的語句不一樣,在效率上就會大大不同。所以,我認為,使用matlab比使用其他語言更加困難,也顯得matlab更難以掌握。另外,由於matlab在儲存管理上的不便,使得在同時提高時空兩域的效率變得更加困難,特別是在空間上(因為在時間上matlab提供了profiler這個非常有用的工具,但是在空間上就沒有)。當需要處理大量的資料時,精簡時空兩域的程式語句就尤為重要了。

空間上:

1. 建議使用a = logical(sparse(m,n)),不建議使用 a = sparse(false(m,n)),兩者結果一樣,但是後者生成m×n的臨時矩陣,浪費空間,且當m、n很大時,後者不一定能申請成功;

2. 使用sparse幾點注意:

a) 只能用在二維以下的矩陣上;

b) 由於matlab按照「先行後列」的方式讀取資料(即先把第一列所有行讀取完以後再讀取第二列的各行),因此定義稀疏矩陣時,最好「行數》列數」,這樣有利於定址和空間的節省(自己試試a=sparse(10,5); whos a和b= sparse(5,10);whos b就知道了);

c) 對大型矩陣用sparse非常有效(不但節省空間,而且加快速度,強烈推薦!這在動態申請陣列空間的時候尤其方便,當然了,陣列不是太大的時候也可以使用eval即字串的方法),但對小型矩陣使用反而增加儲存量(自己試試a=false(5,1); whos a和b=logical(sparse(5,1));whos b就知道了),相信這是由稀疏矩陣需要儲存額外的資訊引起的。

3. 盡量按照精度來選擇資料的型別,例如,如果只需用到0-255之間的整數,則定義矩陣為uint8型就ok了,定義方式:a = zeros(10,10,』uint8』);可以用intmin(『uint8』)和intmax(『uint8』)返回該種型別的最值。

時間上:

1. 在for迴圈中,清零操作用賦值語句 a = b,其中b是在for迴圈外的乙個同a大小一樣的全0陣,不要使用a(:) = 0;但這樣會大大影響後面的逐點運算速度。這個問題要請教高手,那就是「個別語句的改動會引起其他語句的執行速度」。例如分別執行3萬多次下面**,但執行時間有較大差別:

ilen = length(find(alregion)); % 0.58 s

if ilen >= ithreshold_2   % 0.05 s

…end

和ilen = sum(alregion); % 0.37 s

if ilen >= ithreshold_2   % 0.40 s

…end

2. find函式較慢,可用logical函式代替,但是,當需要取得滿足條件的下標時,就無法使用logical函式,這已經在我之前的帖子中提及過。不過,大家有沒有想過,連find函式都可以進行優化的,方法是用「基本矩陣進行顯式邏輯引用」來代替find。例如,假設矩陣a是乙個61*73*20的三維邏輯矩陣,如果用下面的語句迴圈3萬多次,需要的時間是13 s :

b = find(a == true);

如果採用下面的方法,則只需要不到0.7 s:

首先定義乙個索引矩陣:

a3icubicidx = uint32(1:itotalvoxel); % uint32可以根據需要調整,這裡省略了條件判斷

a3icubicidx = reshape(a3icubicidx, [ivollen, ivolwdh, ivolhgh]);

然後在迴圈中寫以下**:

a3itemp = a3icubicidx(ixmin:ixmax,iymin:iymax,izmin:izmax);

b = aitemp(a(ixmin:ixmax,iymin:iymax,izmin:izmax));

當然了,改進的前提是知道矩陣a的非零元(即值為true的元素)大致的分布,也就是能夠求出ixmin:ixmax,iymin:iymax,izmin:izmax這個範圍。現在終於明白並體會到cwit所說的「連num2str都優化過」的含義了。

3. 不斷優化**,例如corrcoef函式,matlab自帶的corrcoef函式求整個矩陣所有列的相關係數,因為我只需要求出某一列跟其他各列的相關係數,所以參照corrcoef函式自己寫了乙個,不但把速度提了上去,而且還發現了:repmat(5,100,1)的速度並不比ones(100,1)*5 快,另外,別小看乙個小矩陣的轉置操作,當迴圈次數很大的時候,有沒有轉置就相差很遠了。

4. 使用邏輯運算子&、| 時,兩個操作物件最好是logical型別,否則速度會減慢。

5. 二維矩陣轉置操作可以用以下三種方法進行,三者的效率基本一樣(時空),如果遇到三維以上的矩陣要轉置,用permute命令較為方便:

a) a = a』;

b) a = permute(a,[2,1]);

c) a = shiftdim(a,1);

6. 「使用eval方式動態儲存多個一維陣列」比「使用二維陣列動態儲存多個一維陣列」要快,即:eval(['a_', num2str(k),' = b;']);比 a(k,:) = b; 快,其中b是乙個一維陣列,k表示迴圈次數。注:並非所有b都進行儲存,只儲存滿足某個條件的b,另外,對預申請空間a不成功,這是對結論的補充說明。值得注意的是,如果對b是乙個稀疏的一維陣列,則eval方式的優勢蕩然無存,當k增大時反而增加系統開銷。

7. 當矩陣很大時,利用a(:,k+1:end)=;去掉多餘元素操作時會減慢程式的執行,因此,如果後續處理中沒有用到這些多餘元素,則沒有必要使用這個語句,即不管就是了。

8. 當需要對很大的乙個矩陣進行操作時,可以考慮使用迴圈來完成。例如corrcoef函式,如果處理的物件矩陣a是100*180時(即對100個列向量求它們兩兩之間的相關程度,假設需要的只是前面99個與第100個向量的相關係數,其他不需要用到),直接用corrcoef(a)會比較慢,這時候可以考慮把矩陣a分為5個部分,每個子塊與第100個向量進行相關,這樣速度會更快。

9. 區域性比較、賦值比全域性比較、賦值要快(呵呵,這是廢話),假設a、b都是三維邏輯矩陣,如果只想對某個區域性(例如x_1:x_2,y_1:y_2,z_1:z_2這個立方體)進行比較和賦值,則推薦使用b(x_1:x_2,y_1:y_2,z_1:z_2) = b(x_1:x_2,y_1:y_2,z_1:z_2) & ~a(x_1:x_2,y_1:y_2,z_1:z_2),這比b(a) = false或b = b&~a速度上都要快不少。

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