Итак, я решил дать F # попробовать и портировать алгоритмы, которые я написал на С#. В какой-то момент я заметил, что сборка отладки выполняется быстрее, чем релиз. Затем я играл с настройками оптимизации и получил следующие результаты:
Время показывает общее время выполнения алгоритма более 100000 прогонов. Я использую компилятор F #, который поставляется с Visual Studio 2010 SP1. Целевая платформа - любой процессор.
Opt off, tail calls off: 5.81s
Opt off, tail calls on : 5.79s
Opt on , tail calls off: 6.48s
Opt on , tail calls on : 6.40s
Я действительно озадачен этим - почему оптимизация заставляет код работать медленнее? Версия С# алгоритма не проявляет этого поведения (хотя оно реализовано несколько иначе)
Вот урезанная версия кода F #, это алгоритм, который находит шаблоны в молекулах. Весь код, на который опирается эта программа F #, записывается в F #.
namespace Motives
module Internal =
type Motive =
{ ResidueSet: Set<Residue>; AtomSet: Set<IAtom> }
member this.Atoms : IAtom seq =
seq {
for r in this.ResidueSet do yield! r.Atoms
yield! this.AtomSet
}
static member fromResidues (residues : Residue seq) = residues |> Seq.fold (fun (m: Set<Residue>) r -> m.Add(r)) Set.empty |> fun rs -> { ResidueSet = rs; AtomSet = Set.empty }
static member fromAtoms (atoms : IAtom seq) = atoms |> Seq.fold (fun (m: Set<IAtom>) a -> m.Add(a)) Set.empty |> fun atoms -> { ResidueSet = Set.empty; AtomSet = atoms }
static member merge (m1: Motive) (m2: Motive) = { ResidueSet = Set.union m1.ResidueSet m2.ResidueSet; AtomSet = Set.union m1.AtomSet m2.AtomSet }
static member distance (m1: Motive) (m2: Motive) = Seq.min (seq { for a in m1.Atoms do for b in m2.Atoms -> a.Position.DistanceTo(b.Position) })
type Structure with
static member fromMotive (m: Motive) (parent: IStructure) (addBonds: bool) : IStructure =
let atoms = AtomCollection.FromUniqueAtoms(m.Atoms)
let bonds =
match addBonds with
| true -> BondCollection.Create(atoms |> Seq.map (fun a -> parent.Bonds.[a]) |> Seq.concat)
| _ -> BondCollection.Empty
Structure.Create (parent.Id + "_" + atoms.[0].Id.ToString(), atoms, bonds)
// KDTree used for range queries
// AminoChains used for regex queries
type StructureContext =
{ Structure: IStructure; KDTree: Lazy<KDAtomTree>; AminoChains: Lazy<(Residue array * string) list> }
static member create (structure: IStructure) =
match structure.IsPdbStructure() with
| false -> { Structure = structure; KDTree = Lazy.Create(fun () -> structure.Atoms.ToKDTree()); AminoChains = Lazy.CreateFromValue([]) }
| true ->
let aminoChains = new System.Func<(Residue array * string) list> (fun () ->
let residues = structure.PdbResidues() |> Seq.filter (fun r -> r.IsAmino)
residues
|> Seq.groupBy (fun r -> r.ChainIdentifier)
|> Seq.map (fun (k,rs) -> rs |> Array.ofSeq, String.concat "" (rs |> Seq.map (fun r -> r.ShortName)))
|> List.ofSeq)
{ Structure = structure; KDTree = Lazy.Create(fun () -> structure.Atoms.ToKDTree()); AminoChains = Lazy.Create(aminoChains) }
// Remember the named motives from named patterns
type MatchContext =
{ StructureContext: StructureContext; NamedMotives: Map<string, Motive> }
static member merge (c1: MatchContext) (c2: MatchContext) =
{ StructureContext = c1.StructureContext; NamedMotives = c2.NamedMotives |> Map.fold (fun m k v -> m.Add(k,v)) c1.NamedMotives }
type MatchedMotive = Motive * MatchContext
type Pattern =
| EmptyPattern
| GeneratingPattern of ( StructureContext -> MatchedMotive seq )
| ConstraintPattern of ( MatchedMotive -> MatchedMotive option ) * Pattern
static member matches (p: Pattern) (context: StructureContext) : MatchedMotive seq =
match p with
| GeneratingPattern generator -> generator context
| ConstraintPattern (transform, pattern) ->
Pattern.matches pattern context
|> Seq.choose (fun m -> transform m)
| _ -> Seq.empty
let ringPattern (names: string list) =
let fingerprint =
names
|> Seq.map (fun s -> ElementSymbol.Create(s).ToString())
|> Seq.sort
|> String.concat ""
let generator (context: StructureContext) =
let rings = context.Structure.Rings().GetRingsByFingerprint(fingerprint)
rings |> Seq.map (fun r -> Motive.fromAtoms r.Atoms, { StructureContext = context; NamedMotives = Map.empty })
GeneratingPattern generator
open Internal
type MotiveFinder (pattern: string) =
// I am using a hard coded pattern here for testing purposes
let pattern = ringPattern ["C"; "C"; "C"; "C"; "C"; "O"]
member this.Matches (structure: IStructure) =
Pattern.matches pattern (StructureContext.create structure)
|> Seq.map (fun (m, mc) -> Structure.fromMotive m mc.StructureContext.Structure false)
|> List.ofSeq
|> List.sortBy (fun s -> s.Atoms.[0].Id)
///////////////////////////////////////////////////////////////////
// performance test
let warmUp = (new MotiveFinder("")).Matches (StructureReader.ReadPdb(filename, computeBonds = true))
printfn "%i" (List.length warmUp)
let structure = StructureReader.ReadPdb(filename, computeBonds = true)
let stopWatch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let nruns = 100000
let result =
seq {
for i in 1 .. nruns do
yield (new MotiveFinder("")).Matches structure
} |> Seq.nth (nruns-1)
stopWatch.Stop()
printfn "Time elapsed: %f seconds" stopWatch.Elapsed.TotalSeconds
EDIT2:
Я, кажется, сузил проблему до реализации типа Set.
Для этого кода:
let stopWatch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let runs = 1000000
let result =
seq {
for i in 1 .. runs do
let setA = [ 1 .. (i % 10) + 5 ] |> Set.ofList
let setB = [ 1 .. (i % 10) + 5 ] |> Set.ofList
yield Set.union setA setB
} |> Seq.nth (runs - 1)
stopWatch.Stop()
printfn "Time elapsed: %f seconds" stopWatch.Elapsed.TotalSeconds
printfn "%A" result
Я получаю ~ 7.5 с оптимизацией и ~ 8.0 с оптимизацией. Still target = Любой процессор (и у меня есть процессор i7-860).
EDIT3: И сразу после того, как я опубликовал предыдущее редактирование, я решил, что должен попробовать его только в списках.
Итак, для
let stopWatch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let runs = 1000000
let result1 =
seq {
for i in 1 .. runs do
let list = [ 1 .. i % 100 + 5 ]
yield list
} |> Seq.nth (runs - 1)
stopWatch.Stop()
printfn "Time elapsed: %f seconds" stopWatch.Elapsed.TotalSeconds
printfn "%A" result1
Я получаю ~ 3 с с опцией. off и ~ 3.5 с с опцией. на.
EDIT4:
Если я удалю построитель seq и просто сделаю
let stopWatch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
let runs = 1000000
let mutable ret : int list = []
for i in 1 .. runs do
let list = [ 1 .. i % 100 + 5 ]
ret <- list
stopWatch1.Stop()
printfn "Time elapsed: %f seconds" stopWatch.Elapsed.TotalSeconds
printfn "%A" ret
Я получаю ~ 3 с оптимизацией как вкл, так и выключать. Похоже, что проблема заключается в оптимизации кода seq builder.
Как ни странно, я написал тестовое приложение на С#:
var watch = Stopwatch.StartNew();
int runs = 1000000;
var result = Enumerable.Range(1, runs)
.Select(i => Microsoft.FSharp.Collections.ListModule.OfSeq(Enumerable.Range(1, i % 100 + 5)))
.ElementAt(runs - 1);
watch.Stop();
Console.WriteLine(result);
Console.WriteLine("Time: {0}s", watch.Elapsed.TotalSeconds);
И код запускается почти в два раза быстрее, чем решение F # на ~ 1.7s.
EDIT5:
Основываясь на обсуждении с Джоном Харропом, я обнаружил, что оптимизированный код работает медленнее (я до сих пор не знаю, почему именно).
Если я изменил Motive.Atoms на
member this.Atoms : IAtom seq =
seq {
for r in this.ResidueSet do yield! r.Atoms
yield! this.AtomSet
}
to
member this.Atoms : IAtom seq =
Seq.append (this.ResidueSet |> Seq.collect (fun r -> r.Atoms)) this.AtomSet
тогда программа запускает ~ 7.1 в оптимизированной и не оптимизированной версии. Это медленнее, чем версия seq, но по крайней мере непротиворечивая.
Итак, кажется, что компилятор F # просто не может оптимизировать выражения вычислений и фактически делает их медленнее, пытаясь это сделать.