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我正在使用 numpy 1.9、python 2.7 和 opencv,处理大矩阵,我必须多次执行以下操作
def sumShifted(A): # A: numpy array 1000*1000*10
return A[:, 0:-1] + A[:, 1:]
如果可能的话,我想优化这个操作;我试过 Cython但是我没有得到任何显着的改进,但我不排除这是因为我的执行不当。
有没有办法让它更快?
编辑:sumShifted
在这样的 for 循环中被调用:
for i in xrange(0, 400):
# ... Various operations on B
A = sumShifted(B)
# ... Other operations on B
#More detailed
for i in xrange(0, 400):
A = sumShifted(a11)
B = sumShifted(a12)
C = sumShifted(b12)
D = sumShifted(b22)
v = -upQ12/upQ11
W, X, Z = self.function1( input_matrix, v, A, C[:,:,4], D[:,:,4] )
S, D, F = self.function2( input_matrix, v, A, C[:,:,5], D[:,:,5] )
AA = self.function3( input_matrix, v, A, C[:,:,6], D[:,:,6] )
BB = self.function4( input_matrix, v, A, C[:,:,7], D[:,:,7] )
EDIT2:根据您的建议,我创建了这两个可运行的基准测试(使用 Cython),关于将 4 个 sumShifted
方法合并为一个。
A, B, C, D= improvedSumShifted(E, F, G, H)
#E,F: 1000x1000 matrices
#G,H: 1000x1000x8 matrices
#first implementation
def improvedSumShifted(np.ndarray[dtype_t, ndim=2] a, np.ndarray[dtype_t, ndim=2] b, np.ndarray[dtype_t, ndim=3] c, np.ndarray[dtype_t, ndim=3] d):
cdef unsigned int i,j,k;
cdef unsigned int w = a.shape[0], h = a.shape[1]-1, z = c.shape[2]
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=2] aa = np.empty((w, h))
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=2] bb = np.empty((w, h))
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=3] cc = np.empty((w, h, z))
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=3] dd = np.empty((w, h, z))
with cython.boundscheck(False), cython.wraparound(False), cython.overflowcheck(False), cython.nonecheck(False):
for i in range(w):
for j in range(h):
aa[i,j] = a[i,j] + a[i,j+1]
bb[i,j] = b[i,j] + b[i,j+1]
for k in range(z):
cc[i,j,k] = c[i,j,k] + c[i,j+1,k]
dd[i,j,k] = d[i,j,k] + d[i,j+1,k]
return aa, bb, cc, dd
#second implementation
def improvedSumShifted(np.ndarray[dtype_t, ndim=2] a, np.ndarray[dtype_t, ndim=2] b, np.ndarray[dtype_t, ndim=3] c, np.ndarray[dtype_t, ndim=3] d):
cdef unsigned int i,j,k;
cdef unsigned int w = a.shape[0], h = a.shape[1]-1, z = c.shape[2]
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=2] aa = np.copy(a[:, 0:h])
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=2] bb = np.copy(b[:, 0:h])
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=3] cc = np.copy(c[:, 0:h])
cdef np.ndarray[dtype_t, ndim=3] dd = np.copy(d[:, 0:h])
with cython.boundscheck(False), cython.wraparound(False), cython.overflowcheck(False), cython.nonecheck(False):
for i in range(w):
for j in range(h):
aa[i,j] += a[i,j+1]
bb[i,j] += b[i,j+1]
for k in range(z):
cc[i,j,k] += c[i,j+1,k]
dd[i,j,k] += d[i,j+1,k]
return aa, bb, cc, dd
最佳答案
这个函数不太可能进一步加速:它实际上只在 python 级别执行四个操作:
np.add
ufunc,这是一个在 numpy 中高度优化的操作。事实上,我的基准测试显示使用 numba 或 cython 没有任何改进。在我的机器上,如果输出数组是预先分配的,每次调用我总是得到大约 30 毫秒,如果考虑内存分配,我每次调用大约需要 50 毫秒。
纯 numpy 版本:
import numpy as np
def ss1(A):
return np.add(A[:,:-1,:],A[:,1:,:])
def ss2(A,output):
return np.add(A[:,:-1,:],A[:,1:,:],output)
cython 版本:
import numpy as np
cimport numpy as np
cimport cython
def ss3(np.float64_t[:,:,::1] A not None):
cdef unsigned int i,j,k;
cdef np.float64_t[:,:,::1] ret = np.empty((A.shape[0],A.shape[1]-1,A.shape[2]),'f8')
with cython.boundscheck(False), cython.wraparound(False):
for i in range(A.shape[0]):
for j in range(A.shape[1]-1):
for k in range(A.shape[2]):
ret[i,j,k] = A[i,j,k] + A[i,j+1,k]
return ret
def ss4(np.float64_t[:,:,::1] A not None, np.float64_t[:,:,::1] ret not None):
cdef unsigned int i,j,k;
assert ret.shape[0]>=A.shape[0] and ret.shape[1]>=A.shape[1]-1 and ret.shape[2]>=A.shape[2]
with cython.boundscheck(False), cython.wraparound(False):
for i in range(A.shape[0]):
for j in range(A.shape[1]-1):
for k in range(A.shape[2]):
ret[i,j,k] = A[i,j,k] + A[i,j+1,k]
return ret
numba 版本(当前 numba 0.14.0 无法在优化函数中分配新数组):
@numba.njit('f8[:,:,:](f8[:,:,:],f8[:,:,:])')
def ss5(A,output):
for i in range(A.shape[0]):
for j in range(A.shape[1]-1):
for k in range(A.shape[2]):
output[i,j,k] = A[i,j,k] + A[i,j+1,k]
return output
时间安排如下:
>>> A = np.random.randn((1000,1000,10))
>>> output = np.empty((A.shape[0],A.shape[1]-1,A.shape[2]))
>>> %timeit ss1(A)
10 loops, best of 3: 50.2 ms per loop
>>> %timeit ss2(A,output)
10 loops, best of 3: 30.8 ms per loop
>>> %timeit ss3(A)
10 loops, best of 3: 50.8 ms per loop
>>> %timeit ss4(A,output)
10 loops, best of 3: 30.9 ms per loop
>>> %timeit ss5(A,output)
10 loops, best of 3: 31 ms per loop
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!