Laufzeitoptimierung eines Consolen-Programms

[Olli73]

Habe mit XE3 getestet.

Habe einen Core i7-4770, 16 GB RAM und SATA-SSD.

[Andreas13]

Danke, Olli.
Ich verwende einen PC mit:
AMD Ryzen 7 PRO 4750G with Radeon Graphics
8 Cores, 3.580 MHz, 64 GM RAM,
Windows 10 auf WD - SATA-SSD, 1 TB
Eigene Anwendungen: Samsung SSD 980 PRO, 1 TB

[himitsu]

PS: CUDA, OpenCL und Co, aber ob es dann noch Delphi/Pascal wäre?

[Renate Schaaf]

Das größte Problem ist m.E., dass das Programm im Wesentlichen auf nur einem Prozessor läuft. Mit threads könnte man da sicher was rausholen.

[stpolster]

Danke für alle Hinweise.
Multithreading ist in den Bedingungen des Tests ausdrücklich "verboten", wobei ich auch nicht wüsste, wie man bei diesem Problem etwas parallel laufen lassen könnte.

Im Moment ist ein Rust-Programm mit 0,4 s Laufzeit das Schnellste.

Code:

// needs:
// cargo add ethnum;
use ethnum::U256;
use std::time::Instant;
fn main() {
    let ten = &U256::new(10);
    let two = &U256::new(2);

    let soll = two.pow(255);
    let z = two.pow(128) - 1;
    let sub = ten.pow(77) / 9;

    let mut a = two.pow(127) + 29;
    let mut b = two.pow(127) - 25;
    let mut c = U256::new(0);

    let mut nad = 0u64;
    let mut nsu = 0u64;

    let watch = Instant::now();

    for _nn in 0..25_000_000 {
        c = &a * &b;
        while &c < &soll {
            c += &#8834;
            nad += 1;
        }
        while &c > &soll {
            c -= &#8834;
            nsu += 1;
        }
        a = &c >> 128;
        b = &c & &z;
    }
    let duration = watch.elapsed();
    println!("c {:?}", c);
    println!("ad={:?} su={:?} in {} s", nad, nsu, duration.as_secs_f64());
}

Wie das möglich ist? Ich weiß es nicht. Zumal ich nicht einmal wusste, dass es ein "Rust" gibt.

[Andreas13]

Rust kenne ich zwar auch nicht, aber aus dem Quellcode geht hervor, daß es für die Berechnung einen "eingebauten" Datentype U256 verwendet, also einen vorzeichenlosen 256-Bit-Integer, der für die Hardware optimiert zu sein scheint.

Wolfgang Ehrhardt's mp_int hat dagegen eine variable Länge und daher einen größeren Overhead.

Ich habe versucht lebenswichtige Überprüfungen wie mp_not_init(..), mp_error<>MP_OKAY und MPC_ArgCheck zu deaktivieren: Es hat bei 64-Bit lediglich 0,3 Sekunden gebracht.

[Andreas13]

Ich finde, daß die Aufgabenstellung & der Geschwindigkeitswettbewerb von https://matheplanet.de/index.php etwas unfair ist, denn der Wertebereich von U256 umfaßt genau 77 Stellen. Und der Sollwert mp_read_decimal_astr(soll,'57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819968'); hat genau 77 Ziffern.

Würde man die Zahlen lediglich um einige Stellen verlängern, wären solche Programmiersprachen, die maximal U256 bieten, von vornherein aus dem Rennen. Hingegen kann Wolfgang Ehrhardt's mp_int bis mehrere Millionen Stellen & mehr mithalten.

[Uwe Raabe]

Zitat von Andreas13:

Wolfgang Ehrhardt's mp_int hat dagegen eine variable Länge und daher einen größeren Overhead.

Dazu sagt Wikipedia:

Zitat:

Arbitrary precision is used in applications where the speed of arithmetic is not a limiting factor, or where precise results with very large numbers are required.

Zitat von Andreas13:

Würde man die Zahlen lediglich um einige Stellen verlängern, wären solche Programmiersprachen, die maximal U256 bieten, von vornherein aus dem Rennen. Hingegen kann Wolfgang Ehrhardt's mp_int bis mehrere Millionen Stellen & mehr mithalten.

Bei Benchmarks ist es aber allgemein so, dass Performance vor Flexibilität geht - ansonsten bräuchte man keinen Benchmark. Da geht es insbesondere auch nicht um schönen oder wartbaren Code, wobei ich persönlich den Code in einer Lösung mit Rudy's BigNumbers auch schöner finde - ist halt auch wieder langsamer.

Delphi-Quellcode:

program matheplanet_projekt3;
{$APPTYPE CONSOLE}
uses
  System.SysUtils,
  Velthuis.BigIntegers;

var
  a, b, soll, sub, produkt, filter: BigInteger;
  Time1: TDateTime;
  nn, nad, nsu: integer;

begin
  Writeln('hyperG-Problem');
  Writeln;
  nad:=0;
  nsu:=0;
  a := BigInteger.Parse('170141183460469231731687303715884105757');
  b := BigInteger.Parse('170141183460469231731687303715884105703');
  soll := BigInteger.Parse('57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819968');
  sub := BigInteger.Parse('11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111');
  filter := BigInteger.Parse('340282366920938463463374607431768211455');
  time1 := now;
  for nn:=1 to 25000000 do begin
    produkt := a*b;
    while produkt < soll do begin
      produkt := produkt + sub;
      inc(nad);
    end;
    repeat
      produkt := produkt - sub;
      inc(nsu);
    until produkt < soll;
    a := produkt shr 128;
    b := produkt and filter;
  end;
  Writeln(FormatDateTime('SS:ZZZ', now - Time1));
  Writeln(produkt.ToString);
  Writeln(nad);
  Writeln(nsu);
  Writeln;
  Writeln('Programmende mit ENTER');
  readln;
end.