提高matlab运行速度

矫情吗；* 2022-08-08 05:07 366阅读 0赞

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首先说说[**Matlab**][Matlab]与其他语言的差异：例如对于C或者C++来说，只要算法的思想不变、采用的数据结构相同，不同人写出来的语句在效率上一般不会产生太大的差别。所以，对于C来说，程序的好坏一般由算法来决定。但是，在matlab中，同样的算法、同样的结构、同样的流程，如果采用的语句不一样，在效率上就会大大不同。所以，我认为，使用matlab比使用其他语言更加困难，也显得matlab更难以掌握。另外，由于matlab在存储管理上的不便，使得在同时提高时空两域的效率变得更加困难，特别是在空间上（因为在时间上matlab提供了profiler这个非常有用的工具，但是在空间上就没有）。当需要处理大量的数据时，精简时空两域的程序语句就尤为重要了。

空间上：  
  
1. 建议使用A = logical(sparse(m,n))，不建议使用 A = sparse(false(m,n))，两者结果一样，但是后者生成m×n的临时矩阵，浪费空间，且当m、n很大时，后者不一定能申请成功；  
  
2. 使用sparse几点注意：  
  
a) 只能用在二维以下的矩阵上；  
  
b) 由于matlab按照“先行后列”的方式读取数据（即先把第一列所有行读取完以后再读取第二列的各行），因此定义稀疏矩阵时，最好“行数>列数”，这样有利于寻址和空间的节省（自己试试a=sparse(10,5); whos a和b= sparse(5,10);whos b就知道了）；  
  
c) 对大型矩阵用sparse非常有效（不但节省空间，而且加快速度，强烈推荐！这在动态申请数组空间的时候尤其方便，当然了，数组不是太大的时候也可以使用eval即字符串的方法），但对小型矩阵使用反而增加存储量（自己试试a=false(5,1); whos a和b=logical(sparse(5,1));whos b就知道了），相信这是由稀疏矩阵需要存储额外的信息引起的。  
  
3. 尽量按照精度来选择数据的类型，例如，如果只需用到0－255之间的整数，则定义矩阵为uint8型就ok了，定义方式：A = zeros(10,10,’uint8’)；可以用intmin(‘uint8’)和intmax(‘uint8’)返回该种类型的最值。  
  
  
时间上：  
  
1. 在for循环中，清零操作用赋值语句 A = B，其中B是在for循环外的一个同A大小一样的全0阵，不要使用A(:) = 0；但这样会大大影响后面的逐点运算速度。这个问题要请教高手，那就是“个别语句的改动会引起其他语句的执行速度”。例如分别运行3万多次下面代码，但执行时间有较大差别：  
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函数较慢，可用logical函数代替，但是，当需要取得满足条件的下标时，就无法使用logical函数，这已经在我之前的帖子中提及过。不过，大家有没有想过，连find函数都可以进行优化的，方法是用“基本矩阵进行显式逻辑引用”来代替find。例如，假设矩阵A是一个61\*73\*20的三维逻辑矩阵，如果用下面的语句循环3万多次，需要的时间是13 s ：  
  
B = find(A == true);  
  
如果采用下面的方法，则只需要不到0.7 s：  
  
首先定义一个索引矩阵：  
a3iCubicIdx = uint32(1:iTotalVoxel); % uint32可以根据需要调整，这里省略了条件判断  
a3iCubicIdx = reshape(a3iCubicIdx, \[iVolLen, iVolWdh, iVolHgh\]);  
然后在循环中写以下代码：  
a3iTemp = a3iCubicIdx(iXmin:iXMax,iYMin:iYMax,iZMin:iZMax);  
B = aiTemp(A(iXmin:iXMax,iYMin:iYMax,iZMin:iZMax));  
  
当然了，改进的前提是知道矩阵A的非零元（即值为true的元素）大致的分布，也就是能够求出iXmin:iXMax,iYMin:iYMax,iZMin:iZMax这个范围。现在终于明白并体会到cwit所说的“连num2str都优化过”的含义了。  
  
3. 不断优化代码，例如corrcoef函数，matlab自带的corrcoef函数求整个矩阵所有列的相关系数，因为我只需要求出某一列跟其他各列的相关系数，所以参照corrcoef函数自己写了一个，不但把速度提了上去，而且还发现了：repmat(5，100，1)的速度并不比ones(100,1)\*5 快，另外，别小看一个小矩阵的转置操作，当循环次数很大的时候，有没有转置就相差很远了。  
  
4. 使用逻辑运算符&、| 时，两个操作对象最好是logical类型，否则速度会减慢。  
  
5. 二维矩阵转置操作可以用以下三种方法进行，三者的效率基本一样（时空），如果遇到三维以上的矩阵要转置，用permute命令较为方便：  
a) A = A’;  
b) A = permute(A,\[2,1\]);  
c) A = shiftdim(A,1);  
  
6. “使用eval方式动态存储多个一维数组”比“使用二维数组动态存储多个一维数组”要快，即：eval(\['A\_', num2str(k),' = B;'\]);比 A(k,:) = B; 快，其中B是一个一维数组，k表示循环次数。注：并非所有B都进行存储，只存储满足某个条件的B，另外，对预申请空间A不成功，这是对结论的补充说明。值得注意的是，如果对B是一个稀疏的一维数组，则eval方式的优势荡然无存，当k增大时反而增加系统开销。  
  
7. 当矩阵很大时，利用A(:,k+1:end)=\[\];去掉多余元素操作时会减慢程序的运行，因此，如果后续处理中没有用到这些多余元素，则没有必要使用这个语句，即不管就是了。  
  
8. 当需要对很大的一个矩阵进行操作时，可以考虑使用循环来完成。例如corrcoef函数，如果处理的对象矩阵A是100\*180时（即对100个列向量求它们两两之间的相关程度，假设需要的只是前面99个与第100个向量的相关系数，其他不需要用到），直接用corrcoef(A)会比较慢，这时候可以考虑把矩阵A分为5个部分，每个子块与第100个向量进行相关，这样速度会更快。  
  
9. 局部比较、赋值比全局比较、赋值要快（呵呵，这是废话），假设A、B都是三维逻辑矩阵，如果只想对某个局部（例如X\_1:X\_2,Y\_1:Y\_2,Z\_1:Z\_2这个立方体）进行比较和赋值，则推荐使用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)，这比B(A) = false或B = B&~A速度上都要快不少。

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