C++ - 与 Numpy 中的矢量版本相比，Argsort 效率低的矢量版本实现

这是我做的比较。np.argsort定时于 float32 ndarray 由 1,000,000 个元素组成。

In [1]: import numpy as np
In [2]: a = np.random.randn(1000000)
In [3]: a = a.astype(np.float32)
In [4]: %timeit np.argsort(a)
86.1 ms ± 1.59 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)

这是一个C++程序执行相同的过程，但在引用此答案的向量上。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstddef>
#include <algorithm>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <numeric>
#include <utility>
int main()
{
std::vector<float> numbers;
for (int i = 0; i != 1000000; ++i) {
numbers.push_back((float)rand() / (RAND_MAX));
}
double e1 = (double)cv::getTickCount();
std::vector<size_t> idx(numbers.size());
std::iota(idx.begin(), idx.end(), 0);
std::sort(idx.begin(), idx.end(), [&numbers](const size_t &a, const size_t &b)
{ return numbers[a] < numbers[b];});
double e2 = (double)cv::getTickCount();
std::cout << "Finished in " << 1000 * (e2 - e1) / cv::getTickFrequency() << " milliseconds." << std::endl;
return 0;
}

它打印Finished in 525.908 milliseconds.，并且比numpy版本慢得多。那么谁能解释一下是什么让np.argsort这么快？谢谢。

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Edit1：np.__version__返回在Python 3.6.6 |Anaconda custom (64-bit)上运行的1.15.0，g++ --version打印8.2.0。操作系统是Manjaro Linux。

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Edit2：我在g++中使用-O2和-O3标志进行编译，并在 216.515 毫秒和 205.017 毫秒内得到结果。这是一个改进，但仍然比numpy版本慢。(参考这个问题(这已被删除，因为我错误地在拔下笔记本电脑的 DC 适配器的情况下运行测试，这会导致它变慢。在公平竞争中，C阵列和矢量版本表现相同(大约需要100ms(。

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Edit3：另一种方法是用 C 替换向量，例如数组：float numbers[1000000];。之后，运行时间约为 100 毫秒(+/-5 毫秒(。完整代码在这里：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstddef>
#include <algorithm>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <numeric>
#include <utility>
int main()
{
//std::vector<float> numbers;
float numbers[1000000];
for (int i = 0; i != 1000000; ++i) {
numbers[i] = ((float)rand() / (RAND_MAX));
}
double e1 = (double)cv::getTickCount();
std::vector<size_t> idx(1000000);
std::iota(idx.begin(), idx.end(), 0);
std::sort(idx.begin(), idx.end(), [&numbers](const size_t &a, const size_t &b)
{ return numbers[a] < numbers[b];});
double e2 = (double)cv::getTickCount();
std::cout << "Finished in " << 1000 * (e2 - e1) / cv::getTickFrequency() << " milliseconds." << std::endl;
return 0;
}

class valuePair {
public:
valuePair(int idx, float value) : idx(idx), value(value){};
int idx;
float value;
};

std::vector<valuePair> pairs;
for (int i = 0; i != 10000000; ++i) {
pairs.push_back(valuePair(i, (double)rand() / (RAND_MAX)));
}

std::sort(pairs.begin(), pairs.end(), [&](const valuePair &a, const valuePair &b) { return a.value < b.value; });