PyFFTW 比 SciPy FFT 慢？

Question

我尝试了用户在 Stackoverflow 上提出的解决方案：henry-gomersall 来重复加速基于 FFT 的卷积，但得到了不同的结果。

import numpy as np
import pyfftw
import scipy.signal
import timeit

class CustomFFTConvolution(object):

    def __init__(self, A, B, threads=1):

        shape = (np.array(A.shape) + np.array(B.shape))-1

        if np.iscomplexobj(A) and np.iscomplexobj(B):
            self.fft_A_obj = pyfftw.builders.fftn(
                    A, s=shape, threads=threads)
            self.fft_B_obj = pyfftw.builders.fftn(
                    B, s=shape, threads=threads)
            self.ifft_obj = pyfftw.builders.ifftn(
                    self.fft_A_obj.get_output_array(), s=shape,
                    threads=threads)

        else:
            self.fft_A_obj = pyfftw.builders.rfftn(
                    A, s=shape, threads=threads)
            self.fft_B_obj = pyfftw.builders.rfftn(
                    B, s=shape, threads=threads)
            self.ifft_obj = pyfftw.builders.irfftn(
                    self.fft_A_obj.get_output_array(), s=shape,
                    threads=threads)

    def __call__(self, A, B):

        fft_padded_A = self.fft_A_obj(A)
        fft_padded_B = self.fft_B_obj(B)

        return self.ifft_obj(fft_padded_A * fft_padded_B)

N = 200

A = np.random.rand(N, N, N)
B = np.random.rand(N, N, N)

start_time = timeit.default_timer()

C = scipy.signal.fftconvolve(A,B,"same")
print timeit.default_timer() - start_time

custom_fft_conv_nthreads = CustomFFTConvolution(A, B, threads=1)
C = custom_fft_conv_nthreads(A, B)
print timeit.default_timer() - start_time

PyFFTW 约为。比其他用户体验不同的 SciPy FFT 慢 7 倍。这段代码有什么问题？ Python 2.7.9，PyFFTW 0.9.2。

Answer 1

你没有做你认为你在做的事，你认为你在做你不应该做的事。

你没有做你认为你正在做的事情，因为你上面的代码只定义了一次 start_time（所以你对 pyfftw 的测试不仅包括耗时的 CustomFFTConvolution 对象的创建，还包括 scipy 卷积！）。

你不应该做你认为你正在做的事情，因为你应该使用timeit 来测试这种事情。

所以，有一些文件foo.py：

import numpy as np
import pyfftw
import scipy.signal

class CustomFFTConvolution(object):

    def __init__(self, A, B, threads=1):

        shape = (np.array(A.shape) + np.array(B.shape))-1

        if np.iscomplexobj(A) and np.iscomplexobj(B):
            self.fft_A_obj = pyfftw.builders.fftn(
                    A, s=shape, threads=threads)
            self.fft_B_obj = pyfftw.builders.fftn(
                    B, s=shape, threads=threads)
            self.ifft_obj = pyfftw.builders.ifftn(
                    self.fft_A_obj.get_output_array(), s=shape,
                    threads=threads)

        else:
            self.fft_A_obj = pyfftw.builders.rfftn(
                    A, s=shape, threads=threads)
            self.fft_B_obj = pyfftw.builders.rfftn(
                    B, s=shape, threads=threads)
            self.ifft_obj = pyfftw.builders.irfftn(
                    self.fft_A_obj.get_output_array(), s=shape,
                    threads=threads)

    def __call__(self, A, B):

        fft_padded_A = self.fft_A_obj(A)
        fft_padded_B = self.fft_B_obj(B)

        return self.ifft_obj(fft_padded_A * fft_padded_B)

N = 200

A = np.random.rand(N, N, N)
B = np.random.rand(N, N, N)

在ipython中，你可以得到以下内容：

In [1]: %run foo.py

In [2]: timeit scipy.signal.fftconvolve(A,B,"same")
1 loops, best of 3: 8.38 s per loop

In [3]: custom_fft_conv_nthreads = CustomFFTConvolution(A, B, threads=1)

In [4]: timeit custom_fft_conv_nthreads(A, B)
1 loops, best of 3: 6.9 s per loop

多线程：

In [5]: custom_fft_conv_nthreads = CustomFFTConvolution(A, B, threads=4)

In [6]: timeit custom_fft_conv_nthreads(A, B)
1 loops, best of 3: 3.81 s per loop

如果您通过在C = custom_fft_conv_nthreads(A, B) 之前插入start_time = timeit.default_timer() 来纠正您的代码以执行您认为它正在执行的操作，您会得到更接近预期的结果：

10.8795630932
8.31241607666