改進速度的數學函數類C++

Question

我寫了一些數學函數在我的程序中使用，他們將得到非常大的使用。我想提供代碼，看看是否a）有邏輯上的改進，b）如果有更好的方法來做這些事情。它的頭文件包含在需要的地方。

我不是爲C++ 11編譯，所以請記住這一點。 - 我也知道負數的rootDouble在數學上不正確。

我認爲可能出現的第一件事是將矢量輸入轉換爲通過引用傳遞，歡迎評論。

就我接受答案而言，我想知道這些功能在速度方面可以提高的方式和方式。

++我已經發布這個很快，希望我沒有留下任何尷尬的錯誤！

#ifndef MATHSFUNCTIONS_H_ 
#define MATHSFUNCTIONS_H_ 
#include <algorithm> 
#include <vector> 
#include <numeric> 
#include <cmath> 


class MathsFunctions { 
public: 
    MathsFunctions(); 
    virtual ~MathsFunctions(); 

    inline static double squareDouble(double input) { 
     return input * input; 
    } 

    inline static double rootDouble(double input) { 
     if (input == 0.0) { 
      return 0.0; 
     } else if (input < 0.0) { 
      input = flipDouble(input); 
      input = sqrt(input); 
      return flipDouble(input); 
     } 
     return sqrt(input); 
    } 

    inline static double flipDouble(double input) { 
     return input * -1; 
    } 

    inline static double rangeInVec(std::vector<double> inputs) { 
     return maxInVec(inputs) - minInVec(inputs); 
    } 

    inline static double stdDevInVec(std::vector<double> inputs) { 
     if (inputs.size() < 2) {return 0.0;} 
     double mean = meanInVec(inputs); 
     double sq_sum = std::inner_product(inputs.begin(), inputs.end(), inputs.begin(), 0.0); 
     return std::sqrt(sq_sum/inputs.size() - mean * mean); 

    } 

    inline static double meanInVec(std::vector<double> inputs) { 
     double sum = std::accumulate(inputs.begin(), inputs.end(), 0.0); 
     return sum/inputs.size(); 
    } 

    inline static double sumOfVec(std::vector<double> inputs) { 
     double total = 0.0; 
     for (unsigned int var = 0; var < inputs.size(); ++var) { 
      total += inputs[var]; 
     } 
     return total; 
    } 

    inline static double maxInVec(std::vector<double> inputs) { 
     bool first = true; 
     double max; 
     for (unsigned int var = 0; var < inputs.size(); ++var) { 
      if (first) { 
       max = inputs[var]; 
       first = false; 
      } else { 
       if (inputs[var] > max) { 
        max = inputs[var]; 
       } 
      } 
     } 
     return max; 
    } 

    inline static double minInVec(std::vector<double> inputs) { 
     bool first = true; 
     double min; 
     for (unsigned int var = 0; var < inputs.size(); ++var) { 
      if (first) { 
       min = inputs[var]; 
       first = false; 
      } else { 
       if (inputs[var] < min) { 
        min = inputs[var]; 
       } 
      } 
     } 
     return min; 
    } 

    inline static std::vector<double> weightValueVector(std::vector<double> inputs,std::vector<double> weights) { 
     std::vector<double> results; 
     for (unsigned x = 0; x < inputs.size(); ++x) { 
      results.push_back(inputs[x] * weights[x]); 
     } 
     return results; 
    } 

}; 

#endif /* MATHSFUNCTIONS_H_ */ 

Answer 1

1. 也許在速度和開發時間最大的收穫將是 使用現有的線性代數庫，而不是重新發明 車輪，看到

   • What are the most widely used C++ vector/matrix math/linear algebra libraries, and their cost and benefit tradeoffs?

   • Recommendations for a usable, fast C++ matrix library?

2. 使用BLAS和LAPACK調整到您的機器體系結構。特別是，在您的機器上可用的矢量指令和緩存大小對性能有很大影響。

3. 如果您的載體足夠小，您可能通過在堆棧中分配它們來獲得顯着的性能提升。現在，你是 在堆上分配它們。

4. 通過使用template metaprogramming techniques可以在編譯時消除 許多臨時和不必要的循環。要 這裏重複維基百科的例子：

   說你有Vec x = alpha*(u - v);其中alpha是標量和u和v是Vecs。

   如果 你在做它的方式實現它，它會花費你在 至少2個臨時向量（一個用於u-v和一個用於 乘以alpha）和 2通過內存 （ 2或3個循環：一個用於u-v，一個用於 乘以alpha，另外一個用於未指定優化的賦值）。

   如果你這樣做模板元編程，Vec x = alpha*(u - v);將歸結爲沒有臨時工單環和那就是你可以得到最好的。隨着更復雜的表達式，增益變得更大。

   在 時刻，你沒有這些操作，但我想這只是一個時間問題，你會需要它們 （weightValueVector()是一個跡象）。

當然，如果你使用了線性代數庫，你不必知道任何有關這些/憂慮，但你可以專注於應用程序，而不是和獲得超快的代碼。

Answer 2

嗯，我看到了一些改進，

1. 的std ::向量應引用或引用傳遞。

2. 您需要檢查inputs.size()的某些功能。

3. 如果提供weightValueVector作爲參數參考並修改其值，將會有用且更快。

Answer 3

在已經提供了答案的頂部：
在maxInVec功能 ：
- 零intialize double max
- 我建議size_t var在unsigned int var = 0
您還可以使用reserve爲您的載體，當你知道大小提前避免重新分配內存時做幾次push_back