matlab上使用open CL的精度损失

在MATLAB环境中使用OpenCL实现矩阵池化时,发现与直接迭代方法得到的结果存在部分数值不一致,原因是GPU上的单精度浮点运算相对于CPU存在精度损失。尽管GPU遵循IEEE754标准,但其浮点寄存器位数为32位,而CPU通常超过标准,如80位(双精度)和40位(单精度)。通过clinfo验证了GPU的浮点传输和SIMD特性。精度损失虽小,但值得关注。

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在matlab下用openCL写了一个简单的矩阵pooling算法,也就是将一个矩阵的行列减半,每四个元素求平均值。发现使用直接迭代和使用openCL的结果存在部分值不相等的情况。起初以为是程序编写问题,经仔细检查发现是GPU上的单精度对比CPU单精度存在精度损失的情况,GPU上的浮点数是符合IEEE754标准的,而CPU的浮点数通常是过度设计的。对此,《深入理解计算机系统》中说到过,CPU的fpu寄存器位数为80位(指双精度浮点数,单精度浮点数也是高于IEEE标准,通常是40位)。然后运行clinfo发现float的最大传输量为4,SIMD数据长度为128,因此GPU的寄存器位数为32位(我的GPU只支持单精度浮点数)。幸好精度损失不大。

首先主文件

clear
clc
num = [];
error = [];
for k = 3:10
    num = [num 2^k];
    [A, data] = testCL(2^k);
    nativeTest1;
    error = [error mean(mean(A-B))];
end

然后是直接pooling

for i = 1 : size(data,1)/2
    for j = 1 : size(data,2)/2
        B(i,j) = (data((i-1)*2+1, (j-1)*2+1) + data((i-1)*2+1, j*2) + data(i*2, (j-1)*2+1) + data(i*2, j*2))/4;
    end
end

再就是opencl的

function [values,data] = testCL(num)
    tic
    ocl = ope
### 关于现代控制理论的 MATLAB 实现 现代控制理论是一种基于状态空间模型的方法,用于分析和设计控制系统。MATLAB 是一种强大的工具,广泛应用于工程领域中的建模、仿真以及算法开发。以下是有关如何在 MATLAB 中实现现代控制理论的一些指导。 #### 使用 MATLAB 的 Control System Toolbox MATLAB 提供了一个名为 **Control System Toolbox** 的工具箱,它支持线性和非线性系统的建模、分析与控制器设计。通过该工具箱可以轻松定义状态空间方程并执行各种操作[^1]。 ```matlab % 定义状态空间矩阵 A, B, C 和 D A = [0 1; -10 -2]; B = [0; 1]; C = [1 0]; D = 0; % 创建状态空间对象 sys = ss(A, B, C, D); % 绘制阶跃响应图 step(sys); title('Step Response'); grid on; ``` 上述代码片段展示了如何创建一个简单的二阶系统,并绘制其阶跃响应曲线。这有助于理解动态行为及其稳定性特性[^4]。 #### 设计 LQR 控制器 对于许多实际应用而言,线性二次型调节器 (LQR) 是一种常用的设计方法。下面是一个基本的例子: ```matlab Q = eye(2); % 状态权重矩阵 Q R = 1; % 输入权重 R [K, S, e] = lqr(A, B, Q, R); % 计算反馈增益 K cl_sys = feedback(ss(A-B*K,B,C,D), 1); % 构造闭环系统 step(cl_sys); % 显示改进后的性能表现 legend('Open-loop', 'Closed-loop with LQR'); ``` 此部分利用 `lqr` 函数计算最优反馈律 \(K\) 来最小化给定代价函数下的误差积分平方值[^3]。 #### 数字信号处理库的选择 如果涉及更复杂的数值运算或者需要高精度数据类型的支持,则可考虑引入外部开源项目如 LiDIA 库来辅助完成某些特定功能模块的构建工作[^2]。不过需要注意的是,在大多数情况下仅依靠内置的功能即可满足需求。 ---
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