整数的num2str函数能否更快？

Question

我有一个名为 skj 的数组。 skj 包含 200 万行数字 (2000000x1 uint32)。

我想要计算以下内容：

string_skj = num2str(skj);

当我运行以上代码时，需要大约1分钟的时间，有没有更快的方法？

- Søren J

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int2str比num2str更快。 - Adriaan

@IKavanagh：这会产生不同的输出。 - Daniel

@Daniel 是的，那完全是错的。谢谢。 - IKavanagh

@Adriaan 不是在我的电脑上:P 它们的执行是相等的。 - IKavanagh

另一个非常快速的“解决方案”，输出不完全相同，但类似 a = sprintf('%d\n',skj)。 - Hennadii Madan

Answer 1

Hennadii Madan的答案让我想到是否有一种比标准的Matlab num2str（或int2str）更有效地处理列向量的方法，我已经想出了两种解决方案。

编辑: 在所有这些工作之后，@Luis Mendo进来把它全部推翻了 :'(

编辑: 现在@Daniel又改进了所有先前的选项！

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给定我们的行向量V，如下：

V = uint32(randi(100, 200000, 1));

我们可以实现与之相同的结果。

A = num2str(V);

使用 *

B = char(strsplit(num2str(V.')).');

或者不使用 num2str 的错误检查

C = char(strsplit(sprintf('%d\n', V)).');
C = C(1:end-1, :); % Remove extraneous '\n'

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B和C与A略有不同。 num2str在前面填充一个空格' '，而B和C在后面填充一个空格。

在下面的例子中，D和E都使用了前导的0进行填充，因此无法与A、B或C完全匹配。

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基准测试

-----num2str() on row vector [Original]-----
Elapsed time is 3.501976 seconds.
  Name           Size              Bytes  Class    Attributes

  A         200000x3             1200000  char               

-----num2str() on column vector [IKavanagh modified from Hennadii Madan]-----
Elapsed time is 0.660878 seconds.
  Name           Size              Bytes  Class    Attributes

  B         200000x3             1200000  char               

-----sprintf() on row vector [IKavanagh]-----
Elapsed time is 0.582472 seconds.
  Name           Size              Bytes  Class    Attributes

  C         200000x3             1200000  char               

-----dec2base() on row vector [Luis Mendo]-----
Elapsed time is 0.042563 seconds.
  Name           Size              Bytes  Class    Attributes

  D         200000x3             1200000  char



-----myfastint2str() on row vector [Daniel]-----
Elapsed time is 0.011894 seconds.
  Name           Size              Bytes  Class    Attributes

  E         200000x3             1200000  char 

代码

clear all
close all
clc

V = uint32(randi(100, 200000, 1));

for k = 1:50000
    tic(); elapsed = toc(); % Warm up tic/toc
end

disp('-----num2str() on row vector [Original]-----');
tic;
A = num2str(V);
toc, whos A

disp('-----num2str() on column vector [IKavanagh modified from Hennadii Madan]-----');
tic;
B = char(strsplit(num2str(V.')).');
toc, whos B

disp('-----sprintf() on row vector [IKavanagh]-----');
tic;
C = char(strsplit(sprintf('%d\n', V)).');
C = C(1:end-1, :); % Remove extraneous '\n'
toc, whos C

disp('-----dec2base() on row vector [Luis Mendo]-----');
tic;
D = dec2base(V, 10);
toc, whos D

disp('-----myfastint2str() on row vector [Daniel]-----');
tic;
E = myfastint2str(V);
toc, whos E

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• 将transpose想法的功劳归于Hennadii Madan

- IKavanagh

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到目前为止，这是最接近的了，我想知道我们是否能解决空格不存在的问题。 - Hennadii Madan

@HennadiiMadan 这个空格是为了确保每一行的维度相同。我们可以将其移动到末尾，但说实话，我更喜欢它在前面。 - IKavanagh

我更新了我的代码，现在只生成一个nx3的数组。应该会更快。 - Daniel

@IKavanagh 我刚刚检查了一下，在我的机器上，sprintf版本无论是否转置都能同样快速。[笑] - Hennadii Madan

@Daniel，现在它比以前的解决方案都要快得多！ - IKavanagh

@HennadiiMadan 是的，我知道，那是因为sprintf的向量化版本的工作方式。基本上，对于这个例子，它将行向量和列向量视为相同。 - IKavanagh

Answer 2

以下代码在我的电脑上运行速度更快：

y = dec2base(skj,10);

以下是一个快速测试：

>> skj = uint32(2^32*rand(1e6,1)); %// random data

>> tic, y = num2str(skj); toc
Elapsed time is 22.823348 seconds.

>> tic, z = dec2base(skj,10); toc
Elapsed time is 1.235942 seconds.

请注意，使用dec2base会产生前导零而不是前导空格。

>> y(1:5,:)
ans =
3864067979
1572155259
1067755677
2492696731
 561648530

>> z(1:5,:)
ans =
3864067979
1572155259
1067755677
2492696731
0561648530

- Luis Mendo

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谢谢你用你的解决方案让我大吃一惊！ - IKavanagh

@IKavanagh 这是在说 ' 是转置运算符！:-P http://chat.stackoverflow.com/transcript/81987?m=26687283#26687283 http://chat.stackoverflow.com/transcript/81987?m=26685812#26685812 - Luis Mendo

@Dev-iL警告了我。我没有想到你的力量如此强大。 - IKavanagh

@IKavanagh，这是一句非常棒的赞美，来自于如此伟大的绝地大师！ - Luis Mendo

Answer 3

如果您自己实现 int2str 函数，那么您可以远远超越原始函数的性能。

function [ o ] = myfastint2str( x )
maxvalue=max(x(:));
%maxvalue=intmax(class(x));%Alternative implementation based on class
required_digits=ceil(log(double(maxvalue+1))/log(10));
o=repmat(x(1)*0,size(x,1),required_digits);%initialize array of required size
for c=size(o,2):-1:1
   o(:,c)=mod(x,10);
   x=(x-o(:,c))/10;
end
o=char(o+'0');
end

对于示例输入，我的函数所需时间少于0.15秒，而int2str和num2str都需要约15秒。 输出略有不同，因为它会生成前导零而不是空格。

- Daniel

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@IKavanagh：在看到你的基准测试只使用三位数字后，我删除了预填充。代码始终生成10位数字是第三行（注释）。 - Daniel

这是一个更好的改进。现在它将根据向量中最大数字的大小来改变宽度。 - IKavanagh

Answer 4

如果你真的需要提高速度，你是否考虑过用C语言编写MEX函数扩展？这可能有点复杂，但如果你有一些可以轻松用C/C++编码的小例程，那么投资时间是值得的。编译后，MEX函数可以像.m函数一样从MATLAB命令提示符中调用。

更多细节请参见http://www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html。

- gariepy

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我认为在这种情况下编写mex函数并不是正确的选择。对于简单算法和大数据，调用mex函数的开销通常太大了。Mex非常适合复杂的代码（特别是许多循环）。 - Daniel

如果你已经尝试过了，我理解。然而，在我的经验中，即使是小函数和大数据，开销也不是问题。MEx函数的加载方式与MATLAB内置函数相同。MEx接口只会在数组周围创建一个C结构包装器，并且MEx函数将访问指向数值数组的指针，因此不涉及复制。 - gariepy

根据我的经验，使用高效的M代码实现是最佳选择，并且我提供了最快的答案，我认为我是正确的。然而，我不明白为什么这个答案收到了负评，它是一个合理的想法。 - Daniel

这很有趣...我已经好几年没有对MEx文件进行基准测试了... MATLAB可能已经显着提高了.m文件的性能，使它们与MEx实现相当。 我得回去再次测试一些旧例程。 - gariepy

@daniel 你只需要做一个mex调用！mex绝对可以解决这个问题。例如：在我的计算机上，对一个一百万个条目的字符串单元数组调用Matlab的str2double需要25秒钟。调用a mex version只需0.24秒即可转换为双精度！快100倍。在某些情况下，Matlab并不高效，编写一个C++函数虽然很麻烦，但速度可以提升很多。 - Matthew Gunn

Answer 5

警告：输出结果可能是可行的，但是不正确。

编辑：一个超级快速的“解决方案”输出不是一列，而是一个带有换行符作为分隔符的字符串。如果您尝试打印它，它看起来会相同。

>> tic;a = sprintf('%d\n',skj);toc
Elapsed time is 0.422143 seconds

编辑: 旧的“解决方案”

尝试在之前和之后进行转置。例如num2str(skj.').'

>> skj = ones(2000000,1,'uint32');
>> tic;num2str(skj);toc
Elapsed time is 23.305860 seconds.
>> tic;num2str(skj.');toc
Elapsed time is 1.044551 seconds.

- Hennadii Madan

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@HennadiiMadan 为什么 num2str(skj.') 比 num2str(skj) 更快呢？ - David

@rayryeng，使用函数还可以最大化可用的优化，这在交互模式下是不可用的。 - Andras Deak -- Слава Україні

我也不知道。但是num2str(skj.').'会产生错误的输出，因为转置对字符数组的影响。你应该将它改为num2str(skj.')。 - IKavanagh

它可能更快，但它只是不能产生正确的结果。请尝试使用 skj = uint32(1:200000)'。它要么创建一个包含所有元素的单个字符串，要么在转置时将每个字符放在单独的一行上，我相信这不是任何人想要的。 - zelanix

大家好，这个转置问题应该突出一个巨大的时间差异源。当将列向量转换为字符串时，Matlab必须确定构建正方形字符矩阵的最小公共字符长度。但是，将单行转换时则不需要这样做！这意味着要确定200k个数字的可打印位数... - Andras Deak -- Слава Україні