我有两个大的2D点集,需要计算距离矩阵。我需要它是快的,所以我使用NumPy广播。在计算距离矩阵的两种方法中,我不明白为什么一种比另一种好。
从here我有矛盾的结果。单元格[3,4,6]和[8,9]都计算距离矩阵,但3+4使用subtract.outer
比使用广播的8快,6使用hypot
比9快,这是简单的方法。我没有尝试Python循环,假设它永远不会完成。
1.有没有更快的方法来计算距离矩阵?
1.为什么hypot
和subtract.outer
更快?
代码(我更改了种子以防止缓存重用):
### Cell 1
import numpy as np
np.random.seed(858442)
### Cell 2
%%time
obs = np.random.random((50000, 2))
interp = np.random.random((30000, 2))
CPU times: user 2.02 ms, sys: 1.4 ms, total: 3.42 ms
Wall time: 1.84 ms
### Cell 3
%%time
d0 = np.subtract.outer(obs[:,0], interp[:,0])
CPU times: user 2.46 s, sys: 1.97 s, total: 4.42 s
Wall time: 4.42 s
### Cell 4
%%time
d1 = np.subtract.outer(obs[:,1], interp[:,1])
CPU times: user 3.1 s, sys: 2.7 s, total: 5.8 s
Wall time: 8.34 s
### Cell 5
%%time
h = np.hypot(d0, d1)
CPU times: user 12.7 s, sys: 24.6 s, total: 37.3 s
Wall time: 1min 6s
### Cell 6
np.random.seed(773228)
### Cell 7
%%time
obs = np.random.random((50000, 2))
interp = np.random.random((30000, 2))
CPU times: user 1.84 ms, sys: 1.56 ms, total: 3.4 ms
Wall time: 2.03 ms
### Cell 8
%%time
d = obs[:, np.newaxis, :] - interp
d0, d1 = d[:, :, 0], d[:, :, 1]
CPU times: user 22.7 s, sys: 8.24 s, total: 30.9 s
Wall time: 33.2 s
### Cell 9
%%time
h = np.sqrt(d0**2 + d1**2)
CPU times: user 29.1 s, sys: 2min 12s, total: 2min 41s
Wall time: 6min 10s
2条答案
按热度按时间6jjcrrmo1#
首先,
d0
和d1
需要每个50000 x 30000 x 8 = 12 GB
,这是相当大的。确保你有超过100 GB的内存,因为这是整个脚本所需要的!这是一个巨大的内存量。如果你没有足够的内存,操作系统将使用一个 * 存储设备 *(例如。swap)来存储速度慢得多的多余数据。实际上,Cell-4没有理由比Cell-3慢,我猜你已经没有足够的内存(完全)存储d1
在RAM中,而d0
似乎适合(大部分)在内存中。在我的机器上,当两者都可以容纳在RAM中时,没有区别(也可以颠倒操作的顺序来检查这一点)。这也解释了为什么进一步的操作往往会变得更慢。也就是说,单元格8+9也较慢,因为它们创建临时数组,并且需要更多的内存传递来计算结果。实际上,表达式
np.sqrt(d0**2 + d1**2)
首先在内存中计算d0**2
,得到一个新的12 GB临时数组,然后计算d1**2
,得到另一个12 GB临时数组,然后对两个临时数组求和,得到另一个新的12 GB临时数组,最后计算平方根,得到另一个12 GB临时数组。这可能需要高达48 GB的内存,并需要4个读写内存绑定通道。这是没有效率的,没有有效地使用CPU/RAM(例如。CPU缓存)。有一个更快的实现,包括在1遍内完成整个计算,并使用Numba的JIT并行。下面是一个示例:
此实现使用3倍少的内存(仅12 GB),并且比使用
subtract.outer
的实现快得多。事实上,由于交换,细胞3+4+5需要几分钟,而这一个需要1.3秒!外卖是内存访问是昂贵的,以及临时数组。当处理巨大的缓冲区时,需要避免在内存中使用多个通道,并在执行的计算不平凡时利用CPU缓存(例如通过使用数组块)。
9rbhqvlz2#
感谢Jérôme Richardhere更新
各种方法性能
我将更新这篇文章,以进一步发展,如果我发现更快的方法