为什么在 MATLAB 中缓存答案需要更长的时间？答案

【问题标题】：Why is caching answers taking LONGER in MATLAB?为什么在 MATLAB 中缓存答案需要更长的时间？
【发布时间】：2008-12-15 13:29:21
【问题描述】：

我在 MATLAB 中有一个长时间运行的函数，我试图通过添加缓存来加速它，结果显着降低了我的性能。我的代码基本上是在边缘检测图像中搜索连续的“水平”线，原始代码如下所示：

function lineLength = getLineLength(img, startRow, startCol)
    [nRows, nCols] = size(img);
    lineLength = 0;
    if startRow < 1 || startRow > nRows
        return;
    end

    for curCol = startCol:nCols
        if img(curCol)
            lineLength = lineLength + 1;
            continue;
        elseif lineLength > 0
            lengths = zeros(2,1);
            lengths(1) = getLineLength(img, startRow - 1, curCol);
            lengths(2) = getLineLength(img, startRow + 1, curCol);
            increment = max(lengths);
            lineLength = lineLength + increment;
        end
        break; %// At this point the end of the current line has been reached
    end
end function

由于这个函数的性能不是我想要的，我想我会从任何一点添加长度缓存，如下所示：

function lineLength = getLineLength(img, startRow, startCol)
persistent pointCache; 
    if startRow == 0 && startCol == 0
        pointCache = zeros(size(img, 1), size(img, 2), 2);
    end
    [nRows, nCols] = size(img);
    lineLength = 0;
    if startRow < 1 || startRow > nRows
        return;
    end

    for curCol = startCol:nCols
        if pointCache(startRow, curCol, 2)
            lineLength = lineLength + pointCache(startRow, curCol, 1);
            break;
        end
        if img(curCol)
            lineLength = lineLength + 1;
            continue;
        elseif lineLength > 0
            lengths = zeros(2,1);
            lengths(1) = getLineLength(img, startRow - 1, curCol);
            lengths(2) = getLineLength(img, startRow + 1, curCol);
            increment = max(lengths);
            lineLength = lineLength + increment;
        end
        break; %// At this point the end of the current line has been reached
    end
    pointCache(startRow, startCol, 1) = lineLength;
    pointCache(startRow, startCol, 2) = 1;
end function

让我感到惊讶的是，实施这种缓存实际上使我的性能更差，而不是更好。我的最佳猜测是 global 变量给我带来了麻烦，或者它使用了额外的内存，但我没有足够的 MATLAB 经验知道。

已编辑...

正如 Gautam 正确指出的那样，原始代码中存在忽略递归结果的错误。这就是实际代码的作用。我确信这很明显，但 MATLAB 不是我的母语，所以如果有更 MATLAB 的方式来做到这一点，我会喜欢这些建议。

【问题讨论】：

标签： performance matlab

【解决方案1】：

我很确定全局不是问题，但就风格而言，您应该使用persistent，它在每次调用中保持其值，但对于函数来说是本地的。

任何时候你有性能问题，配置文件。调用profile on，然后调用你的函数，然后调用profile report。它会指出你真正的性能问题。直觉很少有利于分析问题，尤其是在 matlab 中。您可以阅读帮助，但它是不言自明的。

【讨论】：

谢谢 Marc，我不知道持久性。我更喜欢拥有更本地化的范围，只是不知道如何实现它。

【解决方案2】：

我不清楚该函数的作用。特别是，你为什么递归调用 getLineLength 然后有效地丢弃结果（你只测试增量是否大于零）？

我对为什么 pointCache 没有帮助的猜测：您的函数可能不会使用相同的参数（startRow、startCol）重复调用自身。您是否尝试记录特定 startRow 和 startCol 调用 getLineLength 的次数？

无论您的算法是什么，使用递归迭代图像完全不适合 MATLAB 的优势。如果您想要高性能：

将您的算法设置为使用迭代而不是递归，并且
弄清楚如何向量化迭代的部分。

关于矢量化的一些技巧：

使用sum、cumsum、diff、bsxfun 和accumarray 等内置函数直接对图像矩阵进行操作。
图像上复杂的双迭代计算有时可以重新表示为矩阵乘法。

【讨论】：

你说得对，这是一个错误，因为实际代码在另一台没有互联网连接的机器上，所以我是从内存中重写的。我确实检查了我的缓存命中率，它似乎应该有所帮助。既然您可以看到我的实际意图，还有更多的 MATLAB 方法可以做到吗？

【解决方案3】：

我的猜测是您缓存了错误的代码部分。 elseif 部分的递归似乎是真正的瓶颈。整个算法对我来说有点奇怪，也许你最好试试这样的东西（虽然我不确定这是否是你想要的）：

for every pixel p in img
  if (pixel p set)
    linelength = 1
    p2 = p
    while (pixel p2 set) and (p2 in same column as p)
      p++ // don't check lines twice
      p2++
      linelength++
    endwhile
  endif

【讨论】：

【解决方案4】：

据我所知，您正在尝试查找每列的非零元素的数量，尽管代码似乎并没有完全做到这一点。会像以下工作：

lineLengths = max(cumsum(img~=0, 1), 1)

如果您尝试从图像中提取 blob，请考虑使用 BWLABEL 函数。

我赞同 Gautam 所说的在 Matlab 中通常运行良好的内容。

【讨论】：