【问题标题】:std::accumulate() only the real part of a complex std::vectorstd::accumulate() 仅是复数 std::vector 的实部
【发布时间】:2016-07-20 18:31:30
【问题描述】:

我曾经取对称(Hermitian)矩阵的总和(该矩阵在std::vector 中),这是一个巨大的浪费,因为虚部总是会加到零(我说的是巨大的矩阵n>1000 的边长,所以我认为这会有所不同。

所以现在我只添加矩阵的上三角部分。但我想进一步优化这一点,避免添加复杂的部分,因为我不需要它。

我目前使用的是:

std::real(std::accumulate(myMatrix.begin(), myMatrix.end(), std::complex<Real>(0,0)));

这会将myMatrix 的所有元素添加到std::complex&lt;Real&gt;(0,0),得到我需要的总和。

但这会添加我的向量的实部和虚部,这是一种浪费!如何编写仅添加此矩阵的实部的最优化版本?


更新:

虽然我接受了有效的答案,但我发现它比对矩阵的实部和虚部求和要慢。对于边长为 128 的矩阵,它慢了 5%-10%。这令人惊讶。任何其他更快的建议都将受到高度赞赏。

如果您需要更多信息,请询问。

【问题讨论】:

  • 如果你-1这个帖子请解释一下。我将不胜感激。
  • 您是否考虑过基于 std::thread 的并行或 cuda?另外,对于一个对称矩阵,你只需要访问 n(n-1)/2 个元素,而不是 n*n 个元素来进行累加。
  • @FengWang 实际上我正在使用 OpenMP 进行并行化,并且我已经访问了 n(n-1)/2 个元素 :)
  • 对于大型数组的简单聚合,性能瓶颈确实在于内存带宽。 Real 是多少字节?如果Real 定义为 4 字节浮点数,则 64 位机器加载 8 个对齐字节的速度可能与其前 4 个字节一样快。您可以通过将 myMatrix 分成实部和虚部来测试这一点,两者都由std::vector&lt;float&gt; 表示,然后只聚合实部,但如果您不必在不同的表示之间进行大量转换,这将是有益的。跨度>

标签: c++ c++11 matrix vector complex-numbers


【解决方案1】:
Real real_sum = std::accumulate(
    myMatrix.cbegin(), myMatrix.cend(), Real{},
    [](Real const acc, std::complex<Real> const& c) { return acc + std::real(c); }
);

【讨论】:

  • 顺便说一句,我刚刚发现这在计算上比较慢:(
  • @TheQuantumPhysicist :试试[](Real&amp; acc, std::complex&lt;Real&gt; const c) -&gt; Real&amp; { return acc += c.real(); }——它的表现有什么不同吗?
  • 仍然……这比实部和虚部之和慢 5%-10%……我真的很惊讶。
  • @TheQuantumPhysicist 可能复杂的加法版本得到了 SIMD
【解决方案2】:

std::accumulate 有两个重载,其中一个采用运算符:

template< class InputIt, class T, class BinaryOperation >
T accumulate( InputIt first, InputIt last, T init,
              BinaryOperation op );

只需提供您自己的而不是默认为+

std::accumulate(myMatrix.begin(), myMatrix.end(), Real{0},
    [](Real const& sum, std::complex<Real> const& next){
        return sum + std::real(next);
    });

或者,你可以做一些有趣的事情,比如使用boost::transform_iterator

auto make_real = [](std::complex<Real> const& c) {
    return std::real(c);
};

std::accumulate(
    boost::make_transform_iterator(myMatrix.begin(), make_real),
    boost::make_transform_iterator(myMatrix.end(), make_real),
    Real{0});

或者range-v3:

accumulate(myMatrix,
    Real{0},
    std::plus<>{},
    [](std::complex<Real> const& c) { return c.real(); }
);

如果real 没有重载,上述两种方法都会更好,您可以在boost 示例中提供std::real&lt;Real&gt;,在第二个示例中提供&amp;std::complex&lt;Real&gt;::real

【讨论】:

    【解决方案3】:

    绝对有必要使用std::accumulate 吗?

        Real acc = 0;
        for(auto c : myMatrix)
           acc += real(c);
    

    不要误会我的意思,我赞成在适合的情况下使用标准算法,但在可读性方面似乎很难超越这个循环。

    这与我的 g++-4.8.4 安装附带的实现相比:

      template<typename _InputIterator, typename _Tp>
        inline _Tp
        accumulate(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Tp __init)
        {
          // concept requirements
          __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator>)
          __glibcxx_requires_valid_range(__first, __last);
    
          for (; __first != __last; ++__first)
        __init = __init + *__first;
          return __init;
        }
    

    所以你可以看到他们几乎在做同样的事情。

    【讨论】:

    • std 算法针对处理器进行了优化。所以是的,如果你想要最好的结果,你应该尽可能地使用标准算法。
    • 通过使用auto c 而不是auto&amp; c,您正在制作副本。这是你的意图吗?
    • @kfsone 我相信编译器会做出避免复制的优化。
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