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c++ - 使用 C++ 在 NxN 数组中查找 M 个最大元素的优化方法

coder 2023-11-16 原文

我需要一种快速的方法来找到 NxN 数组中 M 个最大元素的二维位置和值。

现在我正在这样做:

struct SourcePoint {
    Point point;
    float value;
}

SourcePoint* maxValues = new SourcePoint[ M ];

maxCoefficients = new SourcePoint*[
for (int j = 0; j < rows; j++) {
    for (int i = 0; i < cols; i++) {
        float sample = arr[i][j];
        if (sample > maxValues[0].value) {
            int q = 1;
            while ( sample > maxValues[q].value && q < M ) {
                maxValues[q-1] = maxValues[q];      // shuffle the values back
                 q++;
            }
            maxValues[q-1].value = sample;
            maxValues[q-1].point = Point(i,j);
        }
    }
}

Point 结构只是两个整数 - x 和 y。

此代码基本上对传入的值进行插入排序。maxValues[0] 始终包含具有最低值的 SourcePoint，该值仍保持在迄今为止遇到的前 M 个值之内。如果 sample <= maxvalues，我们什么都不做，这给了我们一个快速简单的救助。我遇到的问题是每次发现新的更好的值(value)时都会进行洗牌。它一直沿着="" maxvalues="" 向下工作，直到找到它，洗牌="" maxvalues="" 中的所有元素以为自己腾出空间。="">

我已经到了准备研究 SIMD 解决方案或缓存优化的地步，因为看起来有相当多的缓存抖动正在发生。降低此操作的成本将极大地影响我的整体算法的性能，因为它被多次调用并且占我总成本的 60-80%。

我尝试过使用 std::vector 和 make_heap，但我认为创建堆的开销超过了堆操作的节省。这可能是因为 M 和 N 通常都不大。 M 通常为 10-20，N 为 10-30 (NxN 100 - 900)。问题是此操作被重复调用，并且无法预先计算。

我只是想预加载 maxValues 的前 M 个元素，这可能会节省一些费用。在当前的算法中，前 M 个元素保证会一直向下洗牌以最初填充 maxValues。

非常感谢优化专家的任何帮助:)

最佳答案

您可以尝试一些想法。在 N=100 和 M=15 的一些快速测试中，我在 VC++ 2010 中的速度提高了大约 25%，但你自己测试一下，看看它们是否对你的情况有帮助。根据实际使用情况/数据和编译器优化，其中一些更改可能没有影响甚至产生负面影响。

  • 不要每次都分配一个新的 maxValues 数组，除非你需要。使用堆栈变量而不是动态分配让我得到 +5%。
  • 将 g_Source[i][j] 更改为 g_Source[j][i] 会给你一点好处(没有我想象的那么多)是)。
  • 使用底部列出的结构 SourcePoint1 又得到了百分之几。
  • 大约 +15% 的最大 yield 是将局部变量 sample 替换为 g_Source[j][i]。编译器可能足够聪明，可以优化对数组的多次读取，如果您使用局部变量，它就无法做到这一点。
  • 尝试简单的二分搜索让我损失了几个百分点。对于更大的 M/N，您可能会看到好处。
  • 如果可能，尽量保持 arr[][] 中的源数据排序，即使只是部分排序。理想情况下，您希望在创建源数据的同时生成 maxValues[]。
  • 查看数据的创建/存储/组织方式可能会为您提供模式或信息，以减少生成 maxValues[] 数组的时间。例如，在最好的情况下，您可以想出一个公式，无需迭代和排序即可为您提供前 M 个坐标。

上面的代码:

struct SourcePoint1 {
     int x;
     int y;
     float value;
     int test;       //Play with manual/compiler padding if needed
};

关于c++ - 使用 C++ 在 NxN 数组中查找 M 个最大元素的优化方法，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/7126201/

amp43codemaxValuesSourcePointc++ccachingoptimizationsorting

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