Math.Pow的最佳做法

我正在研究扩展OpenCV，HALCON，...的n图像处理库。该库必须使用.NET Framework 3.5，因为我对.NET的使用经验有限，所以我想问一些关于性能的问题。Math.Pow的最佳做法

我遇到了一些我无法向自己正确解释的具体事情，并希望您提问a）为什么和b）处理这些案件的最佳做法是什么。

我的第一个问题是关于Math.pow。我已经在StackOverflow上找到了一些答案，它很好地解释了它（a），但不知道怎么做（b）。我的基准测试程序看起来像这样

Stopwatch watch = new Stopwatch(); // from the Diagnostics class 
watch.Start(); 
for (int i = 0; i < 1000000; i++) 
    double result = Math.Pow(4,7) // the function call 
watch.Stop()

结果不是很好（〜我的电脑上300毫秒）（我已经运行测试10次，calcuated平均值）。

我的第一个想法是检查这是因为它是一个静态函数。所以，我实现了我自己的直接阶级

class MyMath 
{ 
    public static double Pow (double x, double y) //Using some expensive functions to calculate the power 
    { 
     return Math.Exp(Math.Log(x) * y); 
    } 

    public static double PowLoop (double x, int y) // Using Loop 
    { 
     double res = x; 
     for(int i = 1; i < y; i++) 
      res *= x; 
     return res; 
    } 

    public static double Pow7 (double x)   // Using inline calls 
    { 
     return x * x * x * x * x * x * x; 
    } 
}

我检查的第三件事是，如果我将取代Math.Pow（4,7）到4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4。

的结果（平均出10个测试的运行）

300 ms Math.Pow(4,7) 
356 ms MyMath.Pow(4,7) //gives wrong rounded results 
264 ms MyMath.PowLoop(4,7) 
92 ms MyMath.Pow7(4) 
16 ms 4*4*4*4*4*4*4

现在我的情况现在基本上是这样的：不要使用数学的战俘。我唯一的问题就是......我真的必须现在实施我自己的Math-Class吗？为功能函数实现一个自己的类似乎不太有效。（顺便说一下，PowLoop和Pow7在Release版本中的速度更快了25％，而Math.Pow则没有）。

所以我最后的问题是

一）我，如果我不能在所有（但可能分数）（这让我莫名其妙地伤心难过）使用Math.Pow我错了。 b）如果你有代码优化，你是否真的直接写这些数学运算？

c）是有可能已经快（开源^^）库数学运算

d）我的问题的来源基本上是：我认为在.NET Framework本身就已经提供了非常优化编码/编译这些基本操作的结果 - 无论是数学类还是处理数组，我都有点惊讶，通过编写自己的代码可以获得多少好处。还有其他的一些“领域”或别的东西在C＃中看不到，我不能直接相信C＃。

来源

2011-03-04 S. Richter

我认为4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4会在编译时评估，因此它的速度非常快。 – Nick 2011-03-04 10:13:54

我认为对于大多数人来说，100ms左右并不是什么大不了的事情。 C＃通常不是大多数人的这种应用程序的首选。 – Ian 2011-03-04 10:15:26

你用较大的数字测试过吗？我认为Math.Pow针对较大的指数进行了优化，并且执行如下操作：x^7 == x^{3 + 3 + 1} == {x^3 + x^3 x}，这意味着它正在运行顺序是O（log（n）），而你的解决方案是O（n），并且对于大型指数可能会慢得多。 – markijbema 2011-03-04 10:19:01

当你正在谈论做一行代码的百万次迭代时，显然每一个细节都会有所作为。

Math.Pow（）是一个函数调用，它比您的手动4 * 4 ... * 4示例要慢很多。

不要将自己的课程编写为可疑课程，您可以编写比标准数学课程更优化的任何课程。

来源

2011-03-04 10:22:05 cusimar9

首先，整数运算是太多比浮点更快。如果您不需要浮点值，请不要使用浮点数据类型。对于任何编程语言来说都是如此。其次，正如你自己所说的，Math.Pow可以处理雷亚尔。它使用了比简单循环更复杂的算法。难怪它比循环更慢。如果你摆脱了循环，只需执行n次乘法运算，你也可以减少建立循环的开销 - 从而使其更快。但是如果你不使用循环，你必须事先知道指数的值 - 它不能在运行时提供。

我不知道为什么Math.Exp和Math.Log更快。但是，如果使用Math.Log，则无法找到负值的力量。

基本上int更快，避免循环，避免额外的开销。但是当你为那些人而做时，你正在交易一些灵活性。但是，当你需要的只是整数时避免实数通常是一个好主意，但在这种情况下，当已经存在的自定义函数编码时似乎有点太过分了。

你必须问自己的问题是这是否值得。 Math.Pow实际上是减慢你的程序吗？无论如何，已经与你的语言捆绑在一起的Math.Pow往往是最快或非常接近的。如果你真的想做一个真正通用的替代实现（即不仅限于整数，正值等），你可能最终会使用默认实现中使用的相同算法。

来源

2011-03-04 10:32:54 MAK

虽然我同意你的回答的一般观点，但我想说一句话：当然库函数函数是优化的，但并不总是可以针对所有情况进行优化。考虑例如排序，其中有很多有效的算法选项，并且它确实取决于您的特定数据哪一个最好。 – markijbema 2011-03-04 11:57:04

@markijbema：这就是为什么我在回答中使用了“通用”这个词。如果您可以对数据做出额外的假设（例如它们总是整数或在给定的范围内），当然您可以使用该数据进行优化（例如，计数排序而不是快速排序）。这是我的答案的重点，对于通用功能来说，很难与图书馆相匹配。 – MAK 2011-03-04 12:00:20

两件事情要牢记：

你可能don't need to optimise这段代码。你在不到一秒钟内完成了一百万次函数调用。这真的会在你的程序中造成很大的问题吗？
Math.Pow无论如何可能是相当优化的。有人猜测，它会调用一个用低级语言编写的适当的数字库，这意味着你不应该期望数量级的增加。
数值编程比您想象的要困难。即使你认为你知道如何计算的算法，也不是这样计算的。例如，当你计算平均值时，你不应该只加上数字并除以你有多少数字。（现代NUMERICS库使用两遍程序纠正了为浮点错误。）

这就是说，如果你决定，你绝对需要优化，然后再考虑使用整数，而不是浮点值，或外包这到另一个数字图书馆。

来源

2011-03-04 10:40:14

Math.Pow的最佳做法

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