使用Rcpp :: List输入的我的C++函数非常慢

Question

虽然C++,特别是Rcpp包对我加速代码非常有帮助,但我注意到我的C++函数有一个列表或数据框输入参数(Rcpp :: DataFrame和Rcpp :: List形式的参数)与我的其他C++函数相比,速度非常慢.我写了一个示例代码,我想问一些能让我的代码更快的技巧:

首先,让我们模拟R中包含两个列表的List.将myList视为包含两个列表的列表 - measure1和measure2.measure1和measure2是列表本身,每个列表包括对象的测量矢量.这是R代码:

lappend <- function(lst, ...){
  lst <- c(lst, list(...))
return(lst)
}

nSub <- 30
meas1 <- list()
meas2 <- list()
for (i in 1:nSub){
  meas1 <- lappend(meas1, rnorm(10))
  meas2 <- lappend(meas2, rnorm(10))
}
myList <- list(meas1 = meas1, meas2 = meas2)

现在,假设我想要一个C++函数,对于每个主题,找到measure1的总和和度量2的总和,然后基于这两个求和创建两个新的度量.最后,该函数应将这些新测量值作为列表返回.

// [[Rcpp::depends(RcppArmadillo)]]
#include <RcppArmadillo.h>
#include <Rcpp.h>

// [[Rcpp::export]]
Rcpp::List mySlowListFn(Rcpp::List myList, int nSub){
   arma::vec myMult(nSub);
   arma::vec myDiv(nSub);
   for (int i = 0; i < nSub; i++){
     arma::vec meas1_i = Rcpp::as<arma::vec>(Rcpp::as<Rcpp::List>(myList["meas1"])[i]);
     arma::vec meas2_i = Rcpp::as<arma::vec>(Rcpp::as<Rcpp::List>(myList["meas2"])[i]);
     myMult[i] = arma::sum(meas1_i)*arma::sum(meas2_i);
     myDiv[i] = arma::sum(meas1_i)/arma::sum(meas2_i);
   }
   return Rcpp::List::create(Rcpp::Named("myMult") = myMult, 
                             Rcpp::Named("myDiv") = myDiv);
}

如何使上述功能更快？我特别想找到将输入和输出列表保存在代码中的想法(因为在我自己的程序中处理列表是不可避免的),但有一些技巧可以减少一些开销时间.我想到的一件事是:

 Rcpp::List mySlowListFn(const Rcpp::List& myList, int nSub)

非常感谢您的帮助.

Answer 1

首先,请注意,在最近的R版本中,列表的复制语义已经发生了变化(肯定是在最新的R-devel中,不确定它是否进入了R 3.1.0),从而制作了列表的浅表副本,并且后来的元素被复制了如果他们被修改.很有可能如果你运行的是旧版本的R,那么它更昂贵的列表复制语义就会受到阻碍.

也就是说,这是我用基准测试重新编写你的函数以获得额外速度的方法.sourceCpp它可以在你自己的机器上进行比较.

// [[Rcpp::depends(RcppArmadillo)]]
#include <RcppArmadillo.h>
#include <Rcpp.h>

// [[Rcpp::export]]
Rcpp::List mySlowListFn(Rcpp::List myList, int nSub){
   arma::vec myMult(nSub);
   arma::vec myDiv(nSub);
   for (int i = 0; i < nSub; i++){
     arma::vec meas1_i = Rcpp::as<arma::vec>(Rcpp::as<Rcpp::List>(myList["meas1"])[i]);
     arma::vec meas2_i = Rcpp::as<arma::vec>(Rcpp::as<Rcpp::List>(myList["meas2"])[i]);
     myMult[i] = arma::sum(meas1_i)*arma::sum(meas2_i);
     myDiv[i] = arma::sum(meas1_i)/arma::sum(meas2_i);
   }
   return Rcpp::List::create(Rcpp::Named("myMult") = myMult, 
                             Rcpp::Named("myDiv") = myDiv);
}

// [[Rcpp::export]]
Rcpp::List myFasterListFn(Rcpp::List myList, int nSub) {

  Rcpp::NumericVector myMult = Rcpp::no_init(nSub);
  Rcpp::NumericVector myDiv = Rcpp::no_init(nSub);

  Rcpp::List meas1 = myList["meas1"];
  Rcpp::List meas2 = myList["meas2"];

  for (int i = 0; i < nSub; i++) {

    arma::vec meas1_i( 
      REAL(VECTOR_ELT(meas1, i)), Rf_length(VECTOR_ELT(meas1, i)), false, true
    );

    arma::vec meas2_i(
      REAL(VECTOR_ELT(meas2, i)), Rf_length(VECTOR_ELT(meas2, i)), false, true
    );

    myMult[i] = arma::sum(meas1_i) * arma::sum(meas2_i);
    myDiv[i] = arma::sum(meas1_i) / arma::sum(meas2_i);
  }

  return Rcpp::List::create(
    Rcpp::Named("myMult") = myMult, 
    Rcpp::Named("myDiv") = myDiv
  );
}

/*** R
library(microbenchmark)
lappend <- function(lst, ...){
  lst <- c(lst, list(...))
  return(lst)
}

nSub <- 30
n <- 10
meas1 <- list()
meas2 <- list()
for (i in 1:nSub){
  meas1 <- lappend(meas1, rnorm(n))
  meas2 <- lappend(meas2, rnorm(n))
}
myList <- list(meas1 = meas1, meas2 = meas2)
x1 <- mySlowListFn(myList, nSub)
x2 <- myFasterListFn(myList, nSub)
microbenchmark(
  mySlowListFn(myList, nSub),
  myFasterListFn(myList, nSub)
)
*/

给我

> library(microbenchmark)

> lappend <- function(lst, ...){
+   lst <- c(lst, list(...))
+   return(lst)
+ }

> nSub <- 30

> n <- 10

> meas1 <- list()

> meas2 <- list()

> for (i in 1:nSub){
+   meas1 <- lappend(meas1, rnorm(n))
+   meas2 <- lappend(meas2, rnorm(n))
+ }

> myList <- list(meas1 = meas1, meas2 = meas2)

> x1 <- mySlowListFn(myList, nSub)

> x2 <- myFasterListFn(myList, nSub)

> microbenchmark(
+   mySlowListFn(myList, nSub),
+   myFasterListFn(myList, nSub)
+ )
Unit: microseconds
                         expr    min      lq  median      uq    max neval
   mySlowListFn(myList, nSub) 14.772 15.4570 16.0715 16.7520 42.628   100
 myFasterListFn(myList, nSub)  4.502  5.0675  5.2470  5.8515 18.561   100

未来版本的Rcpp和Rcpp11将有一个ListOf<T>类,它将使我们更容易与我们事先知道内部类型的列表进行交互,在正确的语义被解决之后.