c# - 如何加速 C# 数学代码

Question

我有一些 3d 插值代码占用了我项目运行时间的 90%，无法预先计算。

我可以使用哪些技巧来加快速度？算法优化还是微优化？

这是感兴趣的人的代码。

它基本上获取放置在 2 个 3d 数组中的数据，并对其余数据进行插值。

编辑:此外，我已经将其拆分为更高级别的线程以提高性能，但这对 Windows Phone 没有帮助，因为它们都是单核...

我可能会做类似 (Single[] DensityMap = new Single[128 * 128 * 128];) 的操作来删除多维数组命中。我在 100 个位置访问数组，并希望不必这样做(包装在一个函数中没有帮助，因为 Windows Phone 不会内联函数调用并且它对 perf 没有帮助......)

float[, ,] DensityMap = new float[128, 128, 128];
float[, ,] PressureMap = new float[128, 128, 128];

unchecked
{
    for (int x = 0; x < g_CraftWorldConstants.RegionSizeX; x++)
    {
        int offsetX = (x / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
        int plusOffsetX = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsetX;
        int poxox = plusOffsetX - offsetX;
        double poxxpoxox = ((plusOffsetX - x) / (double)poxox);
        double xoxpoxox = ((x - offsetX) / (double)poxox);

        for (int y = 0; y < g_CraftWorldSettings.GET.RegionSizeY; y++)
        {
            int offsetY = (y / SAMPLE_RATE_3D_VERT) * SAMPLE_RATE_3D_VERT;
            int plusOffsetY = SAMPLE_RATE_3D_VERT + offsetY;
            int poyoy = plusOffsetY - offsetY;
            double poyypoyoy = ((plusOffsetY - y) / (double)poyoy);
            double yoypoyoy = ((y - offsetY) / (double)poyoy);

            for (int z = 0; z < g_CraftWorldConstants.RegionSizeZ; z++)
            {
                if (!(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0 && y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0 && z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
                {
                    int offsetZ = (z / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
                    int plusOffsetZ = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsetZ;
                    int pozoz = plusOffsetZ - offsetZ;
                    double pozzpozoz = ((plusOffsetZ - z) / (double)pozoz);
                    double zozpozoz = ((z - offsetZ) / (double)pozoz);

                    double x00 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                    double x10 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                    double x01 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                    double x11 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                    double r0 = poyypoyoy * x00 + yoypoyoy * x01;
                    double r1 = poyypoyoy * x10 + yoypoyoy * x11;
                    in_DensityMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r0 + zozpozoz * r1);

                    double x02 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                    double x12 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                    double x03 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                    double x13 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                    double r2 = poyypoyoy * x02 + yoypoyoy * x03;
                    double r3 = poyypoyoy * x12 + yoypoyoy * x13;
                    in_CaveDensity[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r2 + zozpozoz * r3);
                }
            }
        }
    }
}

Answer 1

看来你有很多机会优化你的代码。你的 x 循环执行了 128 次，你的 y 循环执行了 128*128=16,384 次，你的 z 循环执行了 128^3=2,097,152 次。 z 循环中有许多项仅依赖于 x 或 y 迭代，但它们会在每次 z 迭代时重新计算。例如，

int poxox = plusOffsetX - offsetX;

和

double poxxpoxox = ((plusOffsetX - x) / (double)poxox);

这两项正在计算超过 200 万次，但如果我粗略地扫描您的函数是正确的，则只需计算 128 次。将项移动到适当的循环级别，这样您就不会浪费循环多次重新计算相同的值。

这是您进行了基本优化的代码。我很想知道这对您的运行时间有何影响。其中一些项仅取决于迭代值，并且对于 x、y 和 z 是相同的。所以我把它们完全拉出来并预先计算一次。我还将外部 mod 操作移出了内部循环，并修改了逻辑以确保评估短路，这应该会删除之前执行的大部分 mod 操作。

int[] offsets = new int[128];
int[] plusOffsets = new int[128];
double[] poii = new double[128];
double[] ioip = new double[128];
for (int i = 0; i < 128; i++) {
    offsets[i] = (i / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
    plusOffsets[i] = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsets[i];
    double poioi = (double) (plusOffsets[i] - offsets[i]);
    poii[i] = ((plusOffsets[i] - i) / poioi);
    ioip[i] = ((i - offsets[i]) / poioi);
}

float[, ,] DensityMap = new float[128, 128, 128];
float[, ,] PressureMap = new float[128, 128, 128];

for (int x = 0; x < g_CraftWorldConstants.RegionSizeX; x++)
{
    int offsetX = offsets[x];
    int plusOffsetX = plusOffsets[x];
    double poxxpoxox = poii[x];
    double xoxpoxox = ioip[x];
    bool xModNot0 = !(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0);

    for (int y = 0; y < g_CraftWorldConstants.RegionSizeY; y++)
    {
        int offsetY = offsets[y];
        int plusOffsetY = plusOffsets[y];
        double poyypoyoy = poii[y];
        double yoypoyoy = ioip[y];
        bool yModNot0 = !(y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0);

        for (int z = 0; z < g_CraftWorldConstants.RegionSizeZ; z++)
        {
            //if (!(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0 && y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0 && z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
            if (xModNot0 || yModNot0 || !(z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
            {
                int offsetZ = offsets[z];
                int plusOffsetZ = plusOffsets[z];
                double pozzpozoz = poii[z];
                double zozpozoz = ioip[z];

                double x00 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                double x10 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                double x01 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                double x11 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                double r0 = poyypoyoy * x00 + yoypoyoy * x01;
                double r1 = poyypoyoy * x10 + yoypoyoy * x11;
                DensityMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r0 + zozpozoz * r1);

                double x02 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                double x12 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                double x03 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                double x13 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                double r2 = poyypoyoy * x02 + yoypoyoy * x03;
                double r3 = poyypoyoy * x12 + yoypoyoy * x13;
                PressureMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r2 + zozpozoz * r3);
            }
        }
    } 
}