矩阵乘法逐步加速演示

浅谈矩阵加速算法 前言 (看此文章请先了解一下什么是矩阵) 矩阵加速是个很神奇的算法,它可以在极端数据下、级短时间内解决复杂问题,而且还很简单。我们从例题入手: 例题一:Fibonacci第n项 这个数据很大,不能常规地用递推求解。那我们不拐弯路,直接开始公式推导吧: 因为(关键递推式),所以可以把放入一个矩阵乘法(n*m和m*q的矩阵)中。因为是2项乘2项,所以m=2,为了达到有规律的累乘,得保... 阅读详情

矩阵乘法

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1000;
    double* a = new double[n*n];
    double* b = new double[n*n];
    double* c = new double[n*n];
    int i, j, k;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            a[i*n + j] = i + j;
            b[i*n + j] = i + j;
        }
    auto tic = clock();
    double s{ 0 };
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            s = 0.0;
            for (k = 0; k < n; ++k)
                s += a[i*n + k] * a[k*n + j];
            c[i*n + j] = s;
        }
    auto toc = clock() - tic;
    cout << toc << endl;
}

耗时 1600ms

后面矩阵转置

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1000;
    double* a = new double[n*n];
    double* b = new double[n*n];
    double* c = new double[n*n];
    int i, j, k;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            a[i*n + j] = i + j;
            b[i*n + j] = i + j;
        }
    auto tic = clock();
    double s{ 0 };
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            s = 0.0;
            for (k = 0; k < n; ++k)
                s += a[i*n + k] * b[j*n + k];
            c[i*n + j] = s;
        }
    auto toc = clock() - tic;
    cout << toc << endl;
}

耗时 960ms

循环展开2个乘积

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1000;
    double* a = new double[n*n];
    double* b = new double[n*n];
    double* c = new double[n*n];
    int i, j, k;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            a[i*n + j] = i + j;
            b[i*n + j] = i + j;
        }
    auto tic = clock();
    double s{ 0 };
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            s = 0.0;
            for (k = 0; k < n; k += 2)
                s += a[i*n + k] * b[j*n + k] +
                a[i*n + k + 1] * b[j*n + k + 1];
            c[i*n + j] = s;
        }
    auto toc = clock() - tic;
    cout << toc << endl;
}

耗时 560 ms

循环展开4个乘积

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1000;
    double* a = new double[n*n];
    double* b = new double[n*n];
    double* c = new double[n*n];
    int i, j, k, i1, j1;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            a[i*n + j] = i + j;
            b[i*n + j] = i + j;
        }
    auto tic = clock();
    double s{ 0 };
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        i1 = i * n;
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            j1 = j * n;
            s = 0.0;
            for (k = 0; k < n; k += 4)
                s += a[i1 + k] * b[j1 + k] +
                a[i1 + k + 1] * b[j1 + k + 1] +
                a[i1 + k + 2] * b[j1 + k + 2] +
                a[i1 + k + 3] * b[j1 + k + 3];
            c[i*n + j] = s;
        }
    }
    auto toc = clock() - tic;
    cout << toc << endl;
}

耗时 480 ms

蛇形顺序

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1000;
    double* a = new double[n*n];
    double* b = new double[n*n];
    double* c = new double[n*n];
    int i, j, k, i1, j1;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j) {
            a[i*n + j] = i + j;
            b[i*n + j] = i + j;
        }
    auto tic = clock();
    double s{ 0 };
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        i1 = i * n;
        if (i % 2 == 0) {
            for (j = 0; j < n; ++j) {
                j1 = j * n;
                s = 0.0;
                for (k = 0; k < n; k += 4)
                    s += a[i1 + k] * b[j1 + k] +
                    a[i1 + k + 1] * b[j1 + k + 1] +
                    a[i1 + k + 2] * b[j1 + k + 2] +
                    a[i1 + k + 3] * b[j1 + k + 3];
                c[i*n + j] = s;
            }
        }
        else {
            for (j = n - 1; j >= 0; --j) {
                j1 = j * n;
                s = 0.0;
                for (k = 0; k < n; k += 4)
                    s += a[i1 + k] * b[j1 + k] +
                    a[i1 + k + 1] * b[j1 + k + 1] +
                    a[i1 + k + 2] * b[j1 + k + 2] +
                    a[i1 + k + 3] * b[j1 + k + 3];
                c[i*n + j] = s;
            }
        }
    }
    auto toc = clock() - tic;
    cout << toc << endl;
}

耗时 430 ms

注: visual C++ 2017, release, Intel()R) Core()TM) i7-8700K CPU 3.7G Hz

基于PYNQ-Z2开发板实现矩阵乘法加速详细流程 基于PYNQ-Z2开发板实现矩阵乘法加速 主要内容 1、在Vivado HLS中生成矩阵乘法加速的IP核。 2、在Vivado中完成Block Design。 3、在Jupyter Notebook上完成IP的调用。 完整项目工程文件下载链接见文末 所需硬件 PYNQ-Z2开发板、USB数据线、网线 SD卡、读卡器 开发板配置参考链接 1、Vivado HLS生成矩阵乘法加速IP HLS硬件配置信息 mul.h关键代码 #define MAT_A_ROWS 32 #define MAT_A_COLS 阅读详情

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