Большая часть времени исполнения программы приходится на циклы: это могут быть вычисления, прием и обработка информации и т.д. Правильное применение техник оптимизации циклов позволит увеличить скорость работы программы. Но прежде, чем приступать к оптимизациям необходимо выделить «узкие» места программы и попытаться найти причины падения быстродействия.
Время исполнения кода в циклах зависит от организации памяти, архитектуры процессора, в том числе, поддерживаемого набора инструкций, конвейеров, кэшей и опыта программиста.
Рассмотрим некоторые методы оптимизаций циклов: развертка циклов (loop unrolling), объединение циклов (loop fusion), разрезание циклов (loop distribution), выравнивание циклов (loop alignment), перестановка циклов (loop interchange), разделение на блоки (loop blocking).
Перед применением какой-либо оптимизации сделайте самое простое: вынесите из цикла все переменные, которые в нем не изменяются.
Какие причины могут привести к уменьшению скорости работы программы в циклах?
- Итерации цикла зависимы и не могут исполняться параллельно.
- Тело цикла большое и требуется слишком много регистров.
- Тело цикла или количество итераций мало и выгоднее совсем отказаться от использования цикла.
- Цикл содержит вызовы функций и процедур из сторонних библиотек.
- Цикл интенсивно использует какое-то одно исполняющее устройство процессора.
- В цикле имеются условные переходы.
Развертка циклов
Такая оптимизация выполняется, когда тело цикла мало. Необходимо более эффективно использовать исполняющие устройства на каждой итерации. Поэтому многократно дублируют тело цикла в зависимости от количества исполняющих устройств. Но такая оптимизация может вызвать зависимость по данным, чтобы от нее избавиться вводятся дополнительные переменные.
Фазы экономического цикла | Цикличность экономики
| До | После | После №2 |
| for ( int i = 0; i < iN; i++)res *= a[i]; > |
for ( int i = 0; i < iN; i+=3)res *= a[i]; res *= a[i+1]; res *= a[i+2]; > |
for ( int i = 0; i < iN; i+=3)res1 *= a[i]; res2 *= a[i+1]; res3 *= a[i+2]; > res = res1 * res2 * res3; |
В gcc можно применить следующие ключи: -funroll-all-loops -funroll-loops.
Объединение циклов
В цикле может быть долго выполняющиеся инструкции, например, извлечение квадратных корней. Или есть несколько циклов, которые выполняются по одинаковому интервалу индексов. Поэтому целесообразно объединить циклы для более сбалансированной нагрузки исполняющих устройств.
| До | После |
| for ( int i = 0; i < iN; i++)a[i] = b[i] — 5; > for ( int i = 0; i < iN-1; i++)d[i] = e[i] * 3; > |
for ( int i = 0; i < iN-1; i++)a[i] = b[i] — 5; d[i] = e[i] * 3; > a[iN-1] = b[iN-1] — 5; |
Как запустить 2 цикла одновременно или же Многопоточность в Python | #Python #Программирование #Гайд
Разрезание циклов
Данная оптимизация применяется, когда тело цикла большое и переменным не хватает регистров. Поэтому данные сначала вытесняются в кэш, а если совсем все плохо, то и в оперативную память. А доступ к оперативной памяти занимает ~300 тактов процессора, а доступ к L2 всего ~10. Доступ к памяти с большим шагом еще больше замедляет программу. Оптимально «ходить» по памяти с шагом 2 n , где n — достаточно маленькое число ( <7).
| До | После |
| for ( int j = 0; j < jN; j++)for ( int k = 0; k < kN; k++)for ( int m = 0; m < mN; m++)i = j * k + m; a[i] = b[i] * c[i] + f[i]/e[i]+ x[i] — y[i] + z[i]/r[i] + d[i] * x[i]; > > > |
for ( int j = 0; j < jN; j++)for ( int k = 0; k < kN; k++)double tmp; for ( int m = 0; m < mN; m++)i = j * k + m; tmp = b[i] * c[i] + f[i]/e[i]; a[i] = tmp — y[i] + z[i]/r[i] + (d[i] + 1) * x[i]; > > > |
Перестановка циклов
Во вложенных циклах важен порядок вложения. Поэтому необходимо помнить как хранятся массивы в памяти. Классический пример: c/c++ хранят матрицы построчно, а fortran — по столбцам.
| До | После |
| for ( int i = 0; i < iN; i++)for ( int j = 0; j < jN; j++)for ( int k = 0; k < kN; k++)c[i][j] = c[i][j] + a[i][k] * b[k][j]; > > > |
for ( int i = 0; i < iN; i++)< for ( int k = 0; k < kN; k++)for ( int j = 0; j < jN; j++)< c[i][j] = c[i][j] + a[i][k] * b[k][j]; > > > |
Теперь обращения к массиву a идут последовательно.
Разделение циклов на блоки
Если тело цикла сложное, то можно применить эту оптимизацию для более лучшего расположения данных в памяти и улучшения использования кэшей. Результат оптимизации сильно зависит от архитектуры процессора.
| До | После |
| for ( int i = 0; i < iN; i++)for ( int j = 0; j < jN; j++)a[i][j] = a[i][j] + b[i][j]; > > |
// размер блоков зависит от размера исходных массивов int iBlk, jBlk; for ( int k = 0; k < iN/iBlk; k++)for ( int m = 0; m < jN/jBlk; m++)for ( int i = k * iBlk; i < ((k + 1) * iBlk); i++)for ( int j = m * jBlk; j < ((m + 1) * jBlk); j++)a[i][j] = a[i][j] + b[i][j]; > > > > |
Примерно по такому принципу работает технология MPI: делит большие массивы на блоки и рассылает отдельным процессорам.
Разрешение зависимостей
Лучшее решение — избавиться. Но не со всеми зависимостями это получится.
for ( int i = 1; i < N; i++)a[i] = a[i-1] + 1;
>
Для этого примера лучше применить развертку, т.к. результат вычислений будет оставаться на регистрах. Но большинство таких циклов не могут быть полностью оптимизированы (или распараллелены), результат все равно зависит от предыдущего витка цикла.
Чтобы проверить цикл на независимость, измените направление движения в цикле на обратное. Если результат вычислений не изменился, то итерации цикла — независимы.
Относительно условных переходов
Потери времени возникают из-за ошибок в предсказании переходов, т. к. приходиться откатывать конвейер. Поэтому лучше всего отказаться от условных конструкций. Но, если это невозможно нужно постараться облегчить работу модулю предсказания переходов. Для этого разместите наиболее вероятные ветви в начале ветвления и, если возможно, вынесите условные конструкции за пределы цикла.
Вместо заключения
- Ознакомтесь с архитектурой процессора (узнайте сколько и каких исполняющих устройств у него есть, сколько конвейеров, размеры кэшей L1 и L2).
- Попробуйте компилировать программу разными компиляторами и с различными ключами.
- Учитывайте влияние операционной системы.
Если хотите сами потренироваться в оптимизации, то попробуйте вычислить число Пи:
Ниже приведен «плохой» код.
long N = 10000000;
double dx, sum, x;
sum = 0.0;
x = 0.0;
dx = 1.0 / ( double ) N;
for ( long i = 0; i < N; i++)sum += 4.0 / (1.0 + x * x);
x += dx;
>
double pi = dx * sum;
О чем я не рассказал: о векторизации вычислений (инструкции SSE); о prefetch’ах, облегчающих работу с памятью. Если будут люди «которым интересно», то напишу отдельную статью про векторизацию циклов.
Источник: habr.com
3-02. Выберите правильные варианты ответа.
Выберите один или несколько ответов:
1 Перед нами сборник коротких, но правдивых рассказов.
2 При ответе абитуриент должен излагать главную суть вопроса.
3 Известно, что именно русские вложили значительный вклад в освоение Аляски.
4 Газета сообщила, что в нашем городе вновь открывается новый магазин.
Ответы
Автор ответа: Weruytiop
Ошибки: главная суть(2), вложили вклад (3), вновь новый/ открывается новый (4)
Автор ответа: Олеся9006
Ответ: во всех ошибки
1 Перед нами сборник коротких, но правдивых рассказов. — Нельзя использовать НО. (короткие- не значит, что неправдивые)
2 При ответе абитуриент должен излагать главную суть вопроса. — убрать слово «главную»- плеоназм «главная суть». Слово «главная» заложено в самом определении понятия «суть».
3 Известно, что именно русские вложили значительный вклад в освоение Аляски. -неправильное использование термина (вклад вносят)
4 Газета сообщила, что в нашем городе вновь открывается новый магазин. — убрать «вновь»- тавтология (нельзя открыть ВНОВЬ НОВЫЙ магазин)
Источник: sous-otvet.net
1) Как циклы влияют на жизнь человека? 2) Каковы негативные последствия использования нескольких циклов на работу программы?
для того что было понятнее обозначим берег на котором солдаты «1», а второй берег «2».сначала через реку переплывают вдое мальчиков на берег 2, один остается другой возращается обратно на берег 1, переплывает солдат и отдает лодку мальчику на берегу 2, который в свою очередь переплывает на берег 1, забирает брата и переплывают вдвоем на берег 2. и данный алгоритм повторяется пока все солдаты не переправятся.
Ответ разместил: Гость
наименьшее 4-х разрядное число в системе счисления с основанием 5 = 1000₅.
наибольшее 4-х разрядное число в системе счисления с основанием 5 = 4444₅.
переведем эти числа в десятичную систему счисления:
4444₅ = (10000₅ — 1₅) = 5⁴ — 1 = 624
количество всех 4-х разрядных чисел в системе счисления с основанием 5 равно: 624 — 125 + 1 = 500
Ответ разместил: Гость
а-1; мама-4; весна-5 — количество букв
а-1; шея-2; мама-2; огурец-3 — количество гласных
а-0; шея-1; мама-2; огурец-3 — количество согласных
Источник: znay-otvet.com