MATLAB for 循环索引的最佳实践

Posted 2023-02-23

【中文标题】MATLAB for 循环索引的最佳实践

【英文标题】：Best practice for MATLAB for loop index

【发布时间】：2013-04-10 04:36:37

【问题描述】：

我惊讶地发现运行 MATLAB for 循环之间的成本差异如下：

ksize = 100;
klist = 1:ksize;

tic
for m = 1:100000        
    for k = 1:ksize

    end        
end
toc

tic
for m = 1:100000        
    for k = klist

    end        
end
toc

唯一的区别是创建索引列表的方式。我会怀疑第二个版本会更快，但是瞧！

Elapsed time is 0.055400 seconds.
Elapsed time is 1.695904 seconds.

我的问题是双重的：是什么导致了上述结果，以及这种细微差别（或类似的细微差别）在 MATLAB 编程中还出现在哪里？我希望将来能够更好地发现这些低效率。谢谢大家。

【问题讨论】：

这可能是由于 JIT 加速造成的，因为如果您使用 feature accel off 将其关闭，则两次运行都会得到相似的结果。

【参考方案1】：

我的回答是推测（因为只有 Mathworks 的人知道他们产品的实现），但我认为第一个 k 循环经过优化，不会创建实际的索引数组，而是一个一个地扫描它们，因为它明确地显示了这些值是如何“构建”的。第二个k 循环无法优化，因为解释器事先不知道索引数组的内容是否会均匀增长。因此，每次循环开始时，它都会复制访问原始的klist，这就是为什么会有性能损失。

稍后编辑：与“动态”创建索引值相比，另一个性能损失可能来自对 klist 数组的索引访问。

【讨论】：

我想知道您是否可以通过创建一个派生自double 并覆盖copy 的类来测试这个...

@wakjah 检查过，这与复制无关（实际上并没有发生复制——我认为写时复制仍然有效）。这是关于klist 中的下标引用。我更正了 mt 帖子。谢谢你的想法。

@wakjah 另一方面，copy 适用于句柄子类，并且不能同时继承值 和 句柄类（至少在我拥有的 R2010a 中没有） .我想知道我是否真的覆盖了任何东西......：D

这是真的......那么可能在值类的构造函数/subsasgn 中？

【参考方案2】：

for() 中的文档指出：

for index = values
   ...
end

其中values 具有以下形式之一：

...

valArray：在每次迭代时从数组valArray 的后续列创建列向量索引。例如，在第一次迭代中，index = valArray(:,1)。循环最多执行n 次，其中n 是valArray 的列数，由numel(valArray, 1, :) 给出。输入 valArray 可以是任何 MATLAB 数据类型，包括字符串、元胞数组或结构。

因此，我假设存在很大的开销，并且编译器不会检查1:ksize == klist 是否可以利用更快的实现。换句话说，根据 Eitan 的评论，JIT 适用于前两种类型的接受的值。

整个问题与以下索引任务（列与元素）有关：

tic
for m = 1:100000        
    for k = 1:ksize
        klist(:,k);
    end        
end
toc

tic
for m = 1:100000        
    for k = 1:ksize
        klist(k);
    end        
end
toc

Index column:  ~2.9 sec
Index element: ~0.28 sec

您可以看到klist(:,k) 如何有效地减慢更快的循环，这表明for k = klist 中的问题与本例中使用的列索引有关。

有关更多详细信息，请参阅此lengthy discussion on (inefficient) indexing。