如何加速C#数学代码

Question

我有一些3d插值代码,占用了我项目运行时的90%,无法预先计算.

我可以使用哪些技术加快速度？算法或微优化？

这是感兴趣的人的代码.

它基本上采用放置在2个3d数组中的数据并插入其余数据.

编辑:此外,我已经将其拆分为更高级别的线程以提高性能,但这对Windows手机没有帮助,因为它们都是单核...

我可能会做一些像(Single [] DensityMap = new Single [128*128*128];)来删除多D阵列命中.我访问100个地方的数组,并希望不必这样做(包装在一个函数没有帮助,因为Windows手机不会内联函数调用,它没有帮助perf然后......)

float[, ,] DensityMap = new float[128, 128, 128];
float[, ,] PressureMap = new float[128, 128, 128];

unchecked
{
    for (int x = 0; x < g_CraftWorldConstants.RegionSizeX; x++)
    {
        int offsetX = (x / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
        int plusOffsetX = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsetX;
        int poxox = plusOffsetX - offsetX;
        double poxxpoxox = ((plusOffsetX - x) / (double)poxox);
        double xoxpoxox = ((x - offsetX) / (double)poxox);

        for (int y = 0; y < g_CraftWorldSettings.GET.RegionSizeY; y++)
        {
            int offsetY = (y / SAMPLE_RATE_3D_VERT) * SAMPLE_RATE_3D_VERT;
            int plusOffsetY = SAMPLE_RATE_3D_VERT + offsetY;
            int poyoy = plusOffsetY - offsetY;
            double poyypoyoy = ((plusOffsetY - y) / (double)poyoy);
            double yoypoyoy = ((y - offsetY) / (double)poyoy);

            for (int z = 0; z < g_CraftWorldConstants.RegionSizeZ; z++)
            {
                if (!(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0 && y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0 && z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
                {
                    int offsetZ = (z / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
                    int plusOffsetZ = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsetZ;
                    int pozoz = plusOffsetZ - offsetZ;
                    double pozzpozoz = ((plusOffsetZ - z) / (double)pozoz);
                    double zozpozoz = ((z - offsetZ) / (double)pozoz);

                    double x00 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                    double x10 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                    double x01 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                    double x11 = poxxpoxox * in_DensityMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                    double r0 = poyypoyoy * x00 + yoypoyoy * x01;
                    double r1 = poyypoyoy * x10 + yoypoyoy * x11;
                    in_DensityMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r0 + zozpozoz * r1);

                    double x02 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                    double x12 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                    double x03 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                    double x13 = poxxpoxox * in_CaveDensity[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * in_CaveDensity[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                    double r2 = poyypoyoy * x02 + yoypoyoy * x03;
                    double r3 = poyypoyoy * x12 + yoypoyoy * x13;
                    in_CaveDensity[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r2 + zozpozoz * r3);
                }
            }
        }
    }
}

Answer 1

您似乎有很多机会来优化代码.你的x循环执行128次,你的y循环执行128*128 = 16,384次,你的z循环执行128 ^ 3 = 2,097,152次.z循环中有许多术语仅依赖于x或y迭代,但在每次z迭代时都会重新计算它们.例如,

int poxox = plusOffsetX - offsetX;

和

double poxxpoxox = ((plusOffsetX - x) / (double)poxox);

这两个术语的计算次数超过200万次,但如果我的粗略扫描函数是正确的,则只需要计算128次.将术语移动到适当的循环级别,这样您就不会浪费多次重复计算相同值的循环.

这是您的基本优化代码.我很想知道这会如何影响你的运行时间.一些术语仅取决于迭代值,并且对于x,y和z是相同的.所以我把它们完全拉出来并预先计算一次.我还将外部mod操作移出内部循环,并修改逻辑以确保评估的短路,这应该应该删除之前执行的大多数mod操作.

int[] offsets = new int[128];
int[] plusOffsets = new int[128];
double[] poii = new double[128];
double[] ioip = new double[128];
for (int i = 0; i < 128; i++) {
    offsets[i] = (i / SAMPLE_RATE_3D_HOR) * SAMPLE_RATE_3D_HOR;
    plusOffsets[i] = SAMPLE_RATE_3D_HOR + offsets[i];
    double poioi = (double) (plusOffsets[i] - offsets[i]);
    poii[i] = ((plusOffsets[i] - i) / poioi);
    ioip[i] = ((i - offsets[i]) / poioi);
}

float[, ,] DensityMap = new float[128, 128, 128];
float[, ,] PressureMap = new float[128, 128, 128];

for (int x = 0; x < g_CraftWorldConstants.RegionSizeX; x++)
{
    int offsetX = offsets[x];
    int plusOffsetX = plusOffsets[x];
    double poxxpoxox = poii[x];
    double xoxpoxox = ioip[x];
    bool xModNot0 = !(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0);

    for (int y = 0; y < g_CraftWorldConstants.RegionSizeY; y++)
    {
        int offsetY = offsets[y];
        int plusOffsetY = plusOffsets[y];
        double poyypoyoy = poii[y];
        double yoypoyoy = ioip[y];
        bool yModNot0 = !(y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0);

        for (int z = 0; z < g_CraftWorldConstants.RegionSizeZ; z++)
        {
            //if (!(x % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0 && y % SAMPLE_RATE_3D_VERT == 0 && z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
            if (xModNot0 || yModNot0 || !(z % SAMPLE_RATE_3D_HOR == 0))
            {
                int offsetZ = offsets[z];
                int plusOffsetZ = plusOffsets[z];
                double pozzpozoz = poii[z];
                double zozpozoz = ioip[z];

                double x00 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                double x10 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                double x01 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                double x11 = poxxpoxox * DensityMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * DensityMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                double r0 = poyypoyoy * x00 + yoypoyoy * x01;
                double r1 = poyypoyoy * x10 + yoypoyoy * x11;
                DensityMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r0 + zozpozoz * r1);

                double x02 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, offsetY, offsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, offsetY, offsetZ];
                double x12 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, offsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, offsetY, plusOffsetZ];
                double x03 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, plusOffsetY, offsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, plusOffsetY, offsetZ];
                double x13 = poxxpoxox * PressureMap[offsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ] + xoxpoxox * PressureMap[plusOffsetX, plusOffsetY, plusOffsetZ];

                double r2 = poyypoyoy * x02 + yoypoyoy * x03;
                double r3 = poyypoyoy * x12 + yoypoyoy * x13;
                PressureMap[x, y, z] = (float)(pozzpozoz * r2 + zozpozoz * r3);
            }
        }
    } 
}

Answer 2

您可以采取一些措施来加速代码:

• 避免使用multidim.-arrays,因为它们很慢
• 使用多个线程
• 存储将在双变量中转换为double的变量
• 预先计算你能做的一切(见斧头的帖子)

数组

要模拟3D阵列,您可以这样做:

Single[] DensityMap = new Single[128 * 128 * 128];
DensityMap[z + (y * 128) + (x * 128 * 128)] = ...;