优化 Numba 和 Numpy 功能

Question

我正在尝试让这段代码运行得更快，但我找不到更多可以加快速度的技巧。

我得到了大约 3 微秒的运行时间，问题是我调用了这个函数几百万次，而这个过程最终需要很长时间。我在 Java 中有相同的实现（只有基本的 for 循环），基本上，即使是大型训练数据，计算也是即时的（这是用于 ANN）

有没有办法加快速度？

我在 Windows 10 上运行 Python 2.7、numba 0.43.1 和 numpy 1.16.3

x = True
expected = 0.5
eligibility = np.array([0.1,0.1,0.1])
positive_weight = np.array([0.2,0.2,0.2])
total_sq_grad_positive = np.array([0.1,0.1,0.1])
learning_rate = 1

@nb.njit(fastmath= True, cache = True)
def update_weight_from_post_post_jit(x, expected,eligibility,positive_weight,total_sq_grad_positive,learning_rate):
        if x:
            g = np.multiply(eligibility,(1-expected))
        else:
            g = np.negative(np.multiply(eligibility,expected))
        gg = np.multiply(g,g)
        total_sq_grad_positive = np.add(total_sq_grad_positive,gg)
        #total_sq_grad_positive = np.where(divide_by_zero,total_sq_grad_positive, tsgp_temp)

        temp = np.multiply(learning_rate, g)
        temp2 = np.sqrt(total_sq_grad_positive)
        #temp2 = np.where(temp2 == 0,1,temp2 )
        temp2[temp2 == 0] = 1
        temp = np.divide(temp,temp2)
        positive_weight = np.add(positive_weight, temp)
        return [positive_weight, total_sq_grad_positive]

Answer 1

编辑：看来@max9111 是对的。不必要的临时数组是开销的来源。

对于您的函数的当前语义，似乎有两个无法避免的临时数组——返回值[positive_weight, total_sq_grad_positive]。但是，令我震惊的是，您可能正计划使用此函数来更新这两个输入数组。如果是这样，通过就地执行所有操作，我们可以获得最大的加速。像这样：

import numba as nb
import numpy as np

x = True
expected = 0.5
eligibility = np.array([0.1,0.1,0.1])
positive_weight = np.array([0.2,0.2,0.2])
total_sq_grad_positive = np.array([0.1,0.1,0.1])
learning_rate = 1

@nb.njit(fastmath= True, cache = True)
def update_weight_from_post_post_jit(x, expected,eligibility,positive_weight,total_sq_grad_positive,learning_rate):
    for i in range(eligibility.shape[0]):
        if x:
            g = eligibility[i] * (1-expected)
        else:
            g = -(eligibility[i] * expected)
        gg = g * g
        total_sq_grad_positive[i] = total_sq_grad_positive[i] + gg

        temp = learning_rate * g
        temp2 = np.sqrt(total_sq_grad_positive[i])
        if temp2 == 0: temp2 = 1
        temp = temp / temp2
        positive_weight[i] = positive_weight[i] + temp

@nb.jit
def test(n, *args):
    for i in range(n): update_weight_from_post_post_jit(*args)

如果更新输入数组不是您想要的，您可以使用函数开始

positive_weight = positive_weight.copy()
total_sq_grad_positive = total_sq_grad_positive.copy()

并按照原始代码返回它们。这几乎没有那么快，但仍然更快。

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我不确定是否可以优化为“即时”； Java 能做到这一点让我有点惊讶，因为这对我来说是一个相当复杂的函数，需要像sqrt 这样的耗时操作。

但是，您是否在调用此函数的函数上使用了nb.jit？像这样：

@nb.jit
def test(n):
    for i in range(n): update_weight_from_post_post_jit(x, expected,eligibility,positive_weight,total_sq_grad_positive,learning_rate)

在我的计算机上，这将运行时间减少了一半，这是有道理的，因为 Python 函数调用的开销非常高。