python - Cython 的 prange 没有提高性能

Question

我正在尝试使用 Cython 的 prange 提高某些度量计算的性能。这是我的代码:

def shausdorff(float64_t[:,::1] XA not None, float64_t[:,:,::1] XB not None):
    cdef:
        Py_ssize_t i
        Py_ssize_t n  = XB.shape[2]
        float64_t[::1] hdist = np.zeros(n)

    #arrangement to fix contiguity
    XB = np.asanyarray([np.ascontiguousarray(XB[:,:,i]) for i in range(n)])

    for i in range(n):
        hdist[i] = _hausdorff(XA, XB[i])
    return hdist

def phausdorff(float64_t[:,::1] XA not None, float64_t[:,:,::1] XB not None):
    cdef:
        Py_ssize_t i
        Py_ssize_t n  = XB.shape[2]
        float64_t[::1] hdist = np.zeros(n)

    #arrangement to fix contiguity (EDITED)
    cdef float64_t[:,:,::1] XC = np.asanyarray([np.ascontiguousarray(XB[:,:,i]) for i in range(n)])

    with nogil, parallel(num_threads=4):
        for i in prange(n, schedule='static', chunksize=1):
            hdist[i] = _hausdorff(XA, XC[i])
    return hdist

基本上，在每次迭代中，hausdorff 度量是在 XA 和每个 XB[i] 之间计算的。这是 _hausdorff 函数的签名:

cdef inline float64_t _hausdorff(float64_t[:,::1] XA, float64_t[:,::1] XB) nogil:
    ...

我的问题是顺序 shausdorff 和并行 phausdorff 具有相同的时序。此外，phausdorff 似乎根本没有创建任何线程。

所以我的问题是我的代码有什么问题，我该如何修复才能使线程正常工作。

这是我的setup.py:

from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Build import cythonize
from Cython.Distutils import build_ext

ext_modules=[
    Extension("custom_metric",
              ["custom_metric.pyx"],
              libraries=["m"],
              extra_compile_args = ["-O3", "-ffast-math", "-march=native", "-fopenmp" ],
              extra_link_args=['-fopenmp']
              ) 
]

setup( 
  name = "custom_metric",
  cmdclass = {"build_ext": build_ext},
  ext_modules = ext_modules
) 

编辑 1: 这是 cython -a 生成的 html 的链接:custom_metric.html

EDIT 2: 下面是一个如何调用相应函数的例子(你需要先编译the Cython file)

import custom_metric as cm
import numpy as np

XA = np.random.random((9000, 210))
XB = np.random.random((1000, 210, 9))

#timing 'parallel' version
%timeit cm.phausdorff(XA, XB)

#timing sequential version
%timeit cm.shausdorff(XA, XB)

Answer 1

我认为并行化是有效的，但并行化的额外开销正在耗尽它本应节省的时间。如果我尝试使用不同大小的数组，那么我确实开始看到并行版本的速度有所提高

XA = np.random.random((900, 2100))
XB = np.random.random((100, 2100, 90))

对我而言，并行版本花费的时间大约是串行版本的 2/3，这当然不是您预期的 1/4，但至少显示出一些好处。

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我可以提供的一个改进是替换修复连续性的代码:

XB = np.asanyarray([np.ascontiguousarray(XB[:,:,i]) for i in range(n)]) 

与

XB = np.ascontiguousarray(np.transpose(XB,[2,0,1]))

这相当显着地加快了并行和非并行函数的速度(与您最初提供的数组相比是 2 倍)。它确实使您因 prange 中的开销而变慢的速度变得更加明显 - 对于示例中的数组，串行版本实际上更快。