提高matlab代码运行效率
Matlab是一种解释性语言,追求的是方便性、灵活性以及交互性,因此在快速性上要比C语言这种性能强劲著称的稍逊一筹。然而,通过一些手段,我们也能让MATLAB语言快起来,甚至和C差不多了!
1可行方法
1.1循环矢量化
MATLAB变量的基本类型是矩阵,当对矩阵的每个元素循环处理时,运算速度很慢。利用MATLAB提供的用于矢量化操作的函数,把循环矢量化,这样既可以提高编程效率,也可以提高程序的执行效率。下面给出一个循环的例子:
i = 0;
for n = 0 : 0.1 : 1000
I = i+1;
y(i) =
cos(n);
end
那么我们可以矢量化为:
n = 0 : 0.1 : 1000;
y = cos(n);
我们可以用tic和toc函数来查看上述各代码运行的时间,可以发现,把数组看作一个整体,进行操作后,执行效率提高约300倍。
另外,在必须使用多重循环的情况下,建议在循环的外环执行循环次数少的,内环执行循环次数多的,这样也可以显著提高程序执行速度。
下面再举一个例子
n = 100;
A(1:1000,1:1000) = 13;
C(1:1000,1) = 15;
D(1:1000,1) = 0;
for k = 1:n
D(:)
= 0;
tic
for
i = 1:1000
for
j = 1:1000
D(i)
= D(i) + A(i,j)*C(j);
end
end
t1(k)
= toc;
%------------------
D(:)
= 0;
tic
D
= A*C;
t2(k)
= toc;
end
u = t1./t2;
u(u<0) = [];
plot(u)
p = mean(u)
t1、t2分别代表用for循环编程和矩阵化编程计算矩阵乘向量所用时间,u代表时间的比值。u(u<0) = [];是认为t1不可能小于t2,所以去掉不可能出现的情况。然后画出图形计算平均值。 经多次试验结果大致相同,其中一次结果如下:p
= 9.6196------------t1时间是t2的十倍左右。
1.2在使用数组或矩阵之前先定义维数
MATLAB中的变量在使用之前不需要明确地定义和指定维数。但当未预定义数组或矩阵的维数时,当需赋值的元素下标超出现有的维数时,MATLAB 就为该数组或矩阵扩维一次,这样就会大大降低程序的执行效率。因此,在使用数组或矩阵之前,预定义维数可以提高程序的执行效率。
1.3 对矩阵元素使用下标或者索引操作
在MATLAB中,矩阵元素的引用可用两个下标来表示。例如:A(i,j) 表示矩阵的第i行第j列的元素;A(1:k,j)表示矩阵A的第j列的前k个元素;A(:,j) 表示矩阵的第j列的所有元素。求矩阵A的第j列元素的平均值的表达式为mean(A(:,j))。
1.4用函数代替脚本文件
因为每次调用MATLAB的脚本文件都需要将不必要的中间变量加载到内存中,每执行一次,就加载一次。函数在调用时被编译成了伪代码,只需要加载到内存一次。当多次调用同一个函数时会运行快一些。因此尽量多使用函数文件而少使用脚本文件,也是提高执行效率的一种方法。
1.5用Mex文件编写循环代码
Matlab提供了与C和C++的接口,那么我们可以在用C或C++语言编写耗时的循环代码,然后通过接口程序在Matlab中转换成dll文件,这就是我们所要的Mex文件,可以在MATLAB环境下直接执行。通过这种方法可以极大地提高计算速率。一般来说,C-MEX 文件的执行速度是相同功能的M文件执行速率的20~40倍。
1.6尽可能利用matlab内部提供的函数
因为matlab内部提供的函数绝对是各种问题的最优算法,那写程序都是他们大师级人物写出来的,程序应该说相当高效,有现成的为什么不用那!这个原则就不用实际的程序测试了。
1.7给数组或矩阵预分配内存
特别是使用大型数组或矩阵时,Matlab进行动态内存分配和取消时,可能会产生内存碎片,这将导致大量闲置内存产生,预分配可通过提前给大型数据结构预约足够空间来避免这个问题。
这一点原则是极其重要的,以至于在编写m程序时编辑器会给出提示“'ver' might be growing inside a loop.Consider
prealloacting for speed.”
clear
n = 50;
m = 1000;
for k = 1:n
A
= [];
tic
A(1:m,1:m)
= 3;
for
i = 1:m
A(i,i)
= i;
end
t1(k)
= toc;
%------------
A
= [];
tic
for
j = 1:m
A(j,j)
= j;
end
t2(k)
= toc;
end
t2(t1>10^9) = [];
t1(t1>10^9) = [];
plot([t1;t2]')
t1、t2分别表示预先分配空间和循环中分配空间的时间,下图上面一条t2、一条t1