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fortran - 如何用许多循环优化这个 Fortran 子程序？

问题描述

我正在处理当数组大小变大时效率非常低的子程序，例如，NN = 1000，KK = 200，MM = 200。但是，我无法想出优化它的想法。

program main

  implicit none

  integer :: NN, KK, MM
  integer, allocatable, dimension(:,:) :: id
  complex*16, allocatable, dimension(:) :: phase
  complex*16 :: phase_base(3)
  real*8, allocatable, dimension(:,:) :: wave_base

  complex*16, allocatable, dimension(:,:) :: wave
  integer :: i, j, k, n

  NN = 1000
  KK = 200
  MM = 200

  allocate(id(MM,3))
  allocate(phase(KK))
  allocate(wave_base(KK, NN*(NN+1)/2 ))
  allocate(wave(NN, NN))

  id(:,:) = 2

  phase_base(:) = (1.0d0,1.0d0)

  wave_base(:,:) = 1.0d0

  phase(:) = (1.0d0,1.0d0)

  call  noise_wave(NN, KK, MM, id, phase, phase_base, wave_base, wave)

  deallocate(id)
  deallocate(phase)
  deallocate(wave_base)
  deallocate(wave)

end program main

subroutine noise_wave(NN, KK, MM, id, phase_1, phase_base, wave_base, wave)
  implicit none

  integer, intent(in) :: NN, KK, MM
  integer, intent(in), dimension(MM, 3) :: id
  complex*16, intent(in) :: phase_1(KK)
  complex*16, intent(in) :: phase_base(3)
  real*8,  intent(in) :: wave_base(KK, NN*(NN+1)/2 )

  complex*16, intent(out) :: wave(NN, NN)

  integer :: i, j, k, p, n
  integer :: x, y, z
  real :: start, finish
  complex*16 :: phase_2, phase_2_conjg

  do p = 1, MM

    x = id(p, 1)
    y = id(p, 2)
    z = id(p, 3)

    phase_2 = (phase_base(1) ** x) * (phase_base(2) ** y) * (phase_base(3) ** z)

    phase_2_conjg = conjg(phase_2)

    n = 0
    do j = 1, NN
      do i = 1, j   ! upper triangle

        n = n + 1

        do k = 1, KK

          wave(i,j) = wave(i,j) + wave_base(k,n) * phase_1(k) * phase_2_conjg

        enddo

        wave(j,i) = conjg(wave(i,j) )

      enddo
    enddo
  enddo

end subroutin

有人可以给我一些提示吗？（我已经完成了建议的优化。另外，按照Ian的建议，我添加了一个小测试。因此您可以直接测试它。）

标签： fortrangfortran

解决方案

如果将循环嵌套更改为

  do p = 1, MM

     x = id(p, 1)
     y = id(p, 2)
     z = id(p, 3)
     phase = (phase_base(1) ** x) * (phase_base(2) ** y) * (phase_base(3) ** z)
     conjg_phase = conjg(phase)  ! new variable, calculate here, use below

     n = 0
     do j = 1, NN
        do i = 1, j   
           n = n + 1
           do k = 1, KK
              wave(i,j) = wave(i,j) + wave_base(k,n) * conjg_phase
           enddo
        enddo
        wave(j,i) = conjg(wave(i,j) )
     enddo
  enddo

（如果我理解了代码，它可能仍然是正确的！）。如果重复得足够频繁，即使是像我从循环嵌套底部提起的那些小计算也是一种拖累。并且执行速度也可能受益于将这些值移入和移出缓存的频率降低。

可能值得（一点）交换 的尺寸id，然后读取id(1:3,p)可能比当前版本更易于缓存。

如果执行速度仍然不合您的口味，那么是时候学习 OpenMP（如果您还不知道的话）。

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