数学建模社区-数学中国

标题: Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试 [打印本页]

---

作者: forcal    时间: 2011-10-23 09:37
标题: Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试
    本例中，我们将基于系统内置实数数组创建矩阵（matrix）类型，即：基本类型为luDynData_realarray（标识实数数组），扩展类型为matrix（标识矩阵）。为了简单，我们仅处理二维实数数组即矩阵类型。
( l! _5 m; r$ o7 f! Q
    基本要点：
3 G# b9 n9 k1 [2 ^4 _' |7 K
    （1）为扩展类型matrix编写运算符重载函数OpMatrix。

3 G4 E  A* ]8 c  }5 Y4 S    （2）用函数LockKey将重载函数OpMatrix注册到Lu，锁定的键的类型即为matrix，要注册为常量，以便于使用。

    （3）为扩展类型matrix编写其他操作函数（本例未提供）。
9 ^9 o' h) a+ Q, y
    （4）用函数LockKey解锁键matrix（本例中，程序退出时会自动解锁，故可以不用）。

1. #include <windows.h>
   
2. #include <iostream>
   
3. #include <math.h>
   
4. #include "lu32.h"
   
5. 
   ! M! T( v3 L4 z0 J6 a/ I4 ^
6. #pragma comment( lib, "lu32.lib" )
   # B- y6 Z4 R6 V1 t
7. 
   
8. using namespace std;
   , ^1 E) V1 a+ B2 R
9. 
   
10. luKEY Matrix=-1000;        //标识矩阵类型，最终的Matrix由LockKey决定
    
11. 
    
12. void _stdcall LuMessage(wchar_t *pch)//输出动态库信息，该函数注册到Lu，由Lu二级函数调用
    
13. {
    $ A2 \8 p3 n- O1 J6 F) Z" q; e
14.         wcout<<pch;
    5 p$ U+ H* M4 V
15. }
    
16. void _stdcall DelMatrix(void *me)        //用于LockKey函数，因为是基于系统内置实数数组创建矩阵，故该函数什么也不做
    
17. {
    / N: Z/ Y! a! K; t9 R5 k3 B( y/ }# T% q
18. }
    
19. LuData _stdcall OpMatrix(luINT mm,LuData *xx,void *hFor,int theOperator)        //运算符重载函数，用于LockKey函数
      @. G6 Q4 e7 h) c' E/ N+ T
20. {
    
21.         LuData a;
    . {9 W; s" L  n+ |9 p. i
22.         luRealArray *pRealArray1,*pRealArray2,*pRealArray3;
    
23.         luVOID i,j,k,m,n,u,v;
    . I! ]3 M6 g. D& _' X: D: u
24.         double *pa,*pb,*pc;
    3 r. H2 B9 M- G" U
25.         luMessage pMessage;
    
26.         wchar_t wchNum[32];
    2 e+ X  x/ e) n# v1 ^2 o3 C& c) ~
27.         char chNum[32];
    4 x2 d" }2 L/ ^* I6 E# `5 c+ t# d
28.         a.BType=luStaData_nil; a.VType=luStaData_nil; a.x=0;
    " A9 L  R5 ^/ d
29.         switch(theOperator)
    ) @( L  Q# }5 i# \6 j
30.         {
    
31.         case 2:        //重载运算符*
    + y0 Y  U9 \# v$ s- O
32.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    + S8 Y4 v3 Z7 o) F; l. r  M
33.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    % e* {0 t, M7 b3 g- ^9 E# G
34.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    6 r4 B: ]4 C# S7 m2 \* W
35.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
    
36.                 if(pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[0]) break;        //维数不匹配
    
37.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->Dim[0]*pRealArray2->Dim[1],2);        //创建矩阵对象
    
38.                 if(!pRealArray3) break;
    $ ~( j% _% b0 O0 V# z
39.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray2->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    , O! k- h/ V# f7 |1 h
40.                 pa=pRealArray1->Array; pb=pRealArray2->Array; pc=pRealArray3->Array;
    9 x! r! ^6 g+ ]" h" t
41.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=pRealArray2->Dim[1];
    5 a* G; S% z5 A  t& k
42.                 for(i=0; i<m; i++)        //矩阵乘
    1 b+ J8 k( _8 M7 {7 \, u6 a
43.                 {
    $ d) p+ Z, d3 S" e+ [6 `! Y- S
44.                         for(j=0; j<k; j++)
    1 H8 f+ ]- m7 v7 @* |) d% a; a
45.                         {
    + E  {0 w( U& f: A6 N- @
46.                                 u=i*k+j; pc[u]=0.0;
    
47.                                 for (v=0; v<n; v++)
    
48.                                 {
    
49.                                         pc[u]=pc[u]+pa[i*n+v]*pb[v*k+j];
    ( u) B6 H1 j3 Y" k5 j, a
50.                                 }
    & @+ _2 y3 j5 t1 [- P+ c
51.                         }
    
52.                 }
    2 A! e# k) Q! U. F/ @1 O
53.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu，返回一个动态对象
    ( c0 d; g; m# q: @, D
54.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
    * ~: U3 m; o8 B. d3 n
55.                 break;
    " \$ e0 ~0 H1 C2 }
56.         case 25:        //重载运算符.*
    4 }- y0 n/ G; u! z; E
57.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    9 ~, @2 y/ Z9 v) h  ]
58.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
59.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    
60.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
    
61.                 if(pRealArray1->Dim[0]!=pRealArray2->Dim[0] || pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[1]) break;        //维数不相同
    
62.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->ArrayLen,2);        //创建矩阵对象
    
63.                 if(!pRealArray3) break;
    ; M8 a2 k3 ^3 Q! k
64.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray1->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    
65.                 for(i=0;i<pRealArray1->ArrayLen;i++) pRealArray3->Array[i]=pRealArray1->Array[i]*pRealArray2->Array[i];//矩阵点乘
    
66.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu，返回一个动态对象
    
67.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
    . }) p! P- L+ j, g6 L0 H
68.                 break;
    ! P. T' K: I  A( |
69.         case 46:        //重载函数new
    
70.                 a=ExeOperator(mm,xx,hFor,theOperator,luDynData_realarray);        //直接调用基本类型luDynData_realarray的new函数
    
71.                 if(a.VType==luDynData_realarray) a.VType=Matrix;        //设置扩展类型为自定义的Matrix类型
    
72.                 break;
    
73.         case 49:        //重载函数o
    
74.                 pMessage=(luMessage)SearchKey("\0\0\0\0",sizeof(luVOID),luPubKey_User);
    
75.                 if(!pMessage) break;
    
76.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    " _5 @5 v: Q: F) H; g8 D
77.                 if(!pRealArray1) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    , i& P" G+ }1 [
78.                 if(pRealArray1->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
    
79.                 pa=pRealArray1->Array;
    $ T( Q3 U& W5 v4 L( M/ j
80.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=0;
    
81.                 for(i=0; i<m; i++)        //输出矩阵
    - n8 u9 A0 o& f9 d+ `& W# o1 G
82.                 {
    # ?2 o& Y& w& K; N5 ~
83.                         pMessage(L"\r\n"); k+=2;
    
84.                         for(j=0; j<n; j++)
    
85.                         {
    
86.                                 _gcvt_s(chNum,pa[i*n+j],16);
    
87.                                 for(u=0;chNum[u];u++) {wchNum[u]=chNum[u]; k++;}
    4 @1 N1 h8 Y) s0 T+ J
88.                                 wchNum[u]='\0';
    
89.                                 pMessage(wchNum); pMessage(L"  "); k+=2;
    2 J' B% P4 Z( \& z3 q! H" {
90.                         }
    1 x, u- G% a% }8 \" f' I7 H" N" k' c" p* u
91.                 }
    ; V! n( x4 N% M6 s. d+ W+ R+ V, F% _
92.                 pMessage(L"\r\n"); k+=2;
    
93.                 a.BType=luStaData_int64; a.VType=luStaData_int64; a.x=k;        //按函数o的要求，返回输出的字符总数
    8 j4 M0 y$ H0 y# E
94.                 break;
    
95.         default:
    3 _( _3 t; u0 _: K' R
96.                 break;
    
97.         }
    " Q1 R% F$ w4 \' v
98.         return a;
    
99. }
    
100. void main(void)
     
101. {
     # [% c: w1 }5 v
102.         void *hFor;                //表达式句柄
     # R. S, I* R& s3 X7 A' N) j# j2 B
103.         luINT nPara;                //存放表达式的自变量个数
     ' L' {7 n2 N" ]# c3 T
104.         LuData *pPara;                //存放输入自变量的数组指针
     
105.         luINT ErrBegin,ErrEnd;        //表达式编译出错的初始位置和结束位置
     8 I  A: K, O& g1 c# O
106.         int ErrCode;                //错误代码
     " T! S$ l3 n& j& @1 Q+ O. m& L
107.         void *v;
     5 e, B/ @6 k9 p
108.         wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.]*new[matrix,3,2,data: 1.,2.;3.,4.;5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵乘
     + P5 }: _8 G" r6 Y" o
109.         //wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.].*new[matrix,2,3,data: 1.,2.,3.;4.,5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵点乘
     - C& f* b! c( u% y  _
110.         LuData Val;
     
111.         if(!InitLu()) return;        //初始化Lu
     
112.         while(LockKey(Matrix,DelMatrix,OpMatrix)){Matrix++;}        //锁定一个键，用于存储矩阵扩展类型
     
113. 
     
114.         Val.BType=luStaData_int64; Val.VType=luStaData_int64; Val.x=Matrix;        //定义整数常量
     + U  O% N7 B; n; d( u; z$ D# f3 B
115.         SetConst(L"matrix",&Val);        //设置整数常量
     ( O' f% T6 Y2 @5 s. m) _8 F
116.         InsertKey("\0\0\0\0",4,luPubKey_User,LuMessage,NULL,NULL,1,v); //使Lu运行时可输出函数信息
     1 O5 p( ^. C; e4 L
117.         wcout.imbue(locale("chs"));        //设置输出的locale为中文
     4 T/ H  B% V% O- l; w4 Z5 z
118.   
     
119.         ErrCode=LuCom(ForStr,0,0,0,hFor,nPara,pPara,ErrBegin,ErrEnd); //编译表达式
     
120.         if(ErrCode)
     , ^/ B4 d0 {% `* A8 z4 `" F8 {
121.         {
     
122.                 wcout<<L"表达式有错误！错误代码："<<ErrCode<<endl;
     5 e2 y+ P" J' f" U/ `2 w3 O- F% c
123.         }
     
124.         else
     
125.         {
     ( v3 h7 @' R* u- L( D
126.                 LuCal(hFor,pPara);        //计算表达式的值
     
127.         }
     
128.         LockKey(Matrix,NULL,OpMatrix);//解锁键Matrix，本例中，该函数可以不用
     
129.         FreeLu();                        //释放Lu
     
130. }

复制代码

习题：
& s7 Y! `8 v% p0 d2 [( Q
    （1）自定义矩阵的加、减、左除、右除、点左除等运算，自编测试字符串代码，重新编译运行程序，观察计算结果。

    （2）小矩阵乘效率测试。编译运行以下Lu字符串代码：

1. main(:a,b,c,d,t,i)=
   
2.     a=new[matrix,2,2,data:1.,2.,2.,1.],
   
3.     b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.],
   
4.     c=new[matrix,2,2,data:2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.],
   
5.     t=clock(),
   
6.     d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++},
   ; `8 b* G; _- O& n
7.     o{d, "time=",[clock()-t]/1000.," seconds.\r\n"}

复制代码

C/C++中的字符串定义为：

1. wchar_t ForStr[]=L"main(:a,b,c,d,t,i)= a=new[matrix,2,2,data:1.1,2.,2.,1.], b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.], c=new[matrix,2,2,data:2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.], t=clock(), d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++}, o{d, \"time=\",[clock()-t]/1000.,\" seconds.\r\n\"}";//字符串表达式

复制代码

结果：

1. 4. 5.
   : q0 T+ H9 `. h7 n# |9 R
2. 5. 4.
   , e7 _6 O; Y( J7 U* G" a
3. time=0.875 seconds.
   * Z6 V! A/ X& X# _& T9 b6 d0 f
4. 请按任意键继续. . .

复制代码

Matlab 2009a 代码：

1. a=[1.,2.;2.,1.];
   : S- X; C0 P- e4 y- }
2. b=[2.,1.;1.,2.];
   
3. c=[2/3.,-1/3.;-1/3.,2/3.];
   
4. tic,
   
5. d=a*b;
   9 L7 ~: P4 F# f( S3 C8 Y& o6 j
6. for i=1:1000000
   % M2 e. ~* }- M
7.     d=d*c*b;
   
8. end
   - [7 Y% E6 L1 H3 y: r) s
9. d,
   
10. toc

复制代码

结果：

1. d =
   
2.      4     5
   
3.      5     4
   ) D3 H9 a6 O9 J" u
4. Elapsed time is 2.903034 seconds.

复制代码

本例矩阵乘效率测试，Lu的速度超过了Matlab，主要在于Lu有更高的动态对象管理效率。

---

欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/)

Powered by Discuz! X2.5