R語(yǔ)言多線程運(yùn)算操作(解決R循環(huán)慢的問(wèn)題)

更新時(shí)間：2021年04月21日 14:50:34 作者：小酥餅maomao

這篇文章主要介紹了R語(yǔ)言多線程運(yùn)算操作(解決R循環(huán)慢的問(wèn)題)，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

已經(jīng)大半年沒(méi)有更新博客了。。最近都跑去寫分析報(bào)告半年沒(méi)有R

這次記錄下關(guān)于R循環(huán)（百萬(wàn)級(jí)以上）死慢死慢的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題去年就碰到過(guò)，當(dāng)時(shí)也嘗試過(guò)多線程，but failed......昨天試了下，終于跑通了，而且過(guò)程還挺順利

step1

先查下自己電腦幾核的，n核貌似應(yīng)該選跑n個(gè)線程，線程不是越多越好，線程個(gè)數(shù)和任務(wù)運(yùn)行時(shí)間是條開口向下的拋物線，最高點(diǎn)預(yù)計(jì)在電腦的核數(shù)上。

detectCores( )檢查當(dāng)前電腦可用核數(shù) 我的是4所以step2選的是4

library(parallel)
cl.cores <- detectCores()

step 2

多線程計(jì)算

setwd("C:\\Users\\siyuanmao\\Documents\\imdada\\0-渠道投放和新人券聯(lián)動(dòng)模型\\測(cè)算")
options(scipen=3)  ##取消科學(xué)計(jì)數(shù)法
channel_ad_ios_data<-seq(0,50000,5000)
channel_ad_android_data<-seq(0,100000,10000)
library(parallel)
func <- function(n){#n=1
  result_data<-read.csv("發(fā)券方案.csv",stringsAsFactors=FALSE)
  total_coupon_solution_data<-read.csv("結(jié)果表框架.csv",stringsAsFactors=FALSE)
  coupon_solution_data<-subset(result_data,solution== paste('方案',n,sep=""))
  
  for (i in 1:11){#i=3
    coupon_solution_data$channel_ad_cost[3]<-5000*(i-1)
    
    for (j in 1:11){#j=5
      coupon_solution_data$channel_ad_cost[4]<-10000*(j-1)
      solution_mark<-paste('方案',n,i,j,sep="-")
      coupon_solution_data$solution<-solution_mark
      
      total_coupon_solution_data<-rbind(total_coupon_solution_data,coupon_solution_data)
    }
  }
  print(solution_mark)
  return(total_coupon_solution_data)
}
#func(10)
system.time({
x <- 1:7776
cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
results <- parLapply(cl,x,func) # lapply的并行版本
res.df <- do.call('rbind',results) # 整合結(jié)果
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群
})
df=as.data.frame(res.df)

原來(lái)非多線程的時(shí)候，我預(yù)計(jì)要跑12個(gè)小時(shí)以上，電腦發(fā)出呼呼~~的響聲，查了下Python循環(huán)會(huì)快點(diǎn)，然后改為python版（已經(jīng)很久沒(méi)有用了，連個(gè)range都不會(huì)寫，摸索了大半天才改好，但是速度還是慢==），于是改成多線程，運(yùn)行25分鐘就出結(jié)果了~~

補(bǔ)充：R語(yǔ)言多線程

parallel包

包的安裝

install.packages("parallel")
library(parallel)

包中常用函數(shù)

detectCores() 檢查當(dāng)前的可用核數(shù)

clusterExport() 配置當(dāng)前環(huán)境

makeCluster() 分配核數(shù)

stopCluster() 關(guān)閉集群

parLapply() lapply()函數(shù)的并行版本

其實(shí)R語(yǔ)言本來(lái)就是一門向量化語(yǔ)言，如果是對(duì)于一個(gè)向量的操作，使用apply函數(shù)一族能獲得比較高的效率，相比于for循環(huán)，這種高效來(lái)自于：

用C實(shí)現(xiàn)了for循環(huán)

減少對(duì)于data.frame等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等不必要的拷貝

但是很多時(shí)候，如果想更快的話，光apply函數(shù)一族還不足夠，這時(shí)候就能用上多線程。

R語(yǔ)言parallel包可以幫助實(shí)現(xiàn)多線程。

parLapply的簡(jiǎn)單代碼實(shí)戰(zhàn)

檢查當(dāng)前核數(shù)

cl.cores <- detectCores()
#結(jié)果
> cl.cores
[1] 8

啟動(dòng)集群和關(guān)閉集群

cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
###并行任務(wù)
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群

parLapply執(zhí)行多線程計(jì)算

#定義計(jì)算平方函數(shù)
square <- function(x)
{
    return(x^2)
}

#利用并行計(jì)算計(jì)算平方函數(shù)
num <- c(1:3)
cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
results <- parLapply（cl,num,square）#調(diào)用parLapply并行計(jì)算平方函數(shù)
final <- do.call('c',results)#整合結(jié)果
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群
#結(jié)果
> final
[1] 1,4,9

思考：在如此小的計(jì)算方式下，開4個(gè)核計(jì)算是否比開一個(gè)核要快

答案：當(dāng)然是不一定，因?yàn)樯婕暗秸{(diào)度方式等額外開銷，所以不一定快，因?yàn)檎嬲⑿衅鹱饔玫牡胤皆谟诖髷?shù)據(jù)量的計(jì)算。

時(shí)間開銷對(duì)比

兩段對(duì)比代碼

#定義計(jì)算平方函數(shù)
square <- function(x)
{
   #########
   #一段冗余代碼增加執(zhí)行時(shí)間
    y = 2*x
    if(y <300)
    {z = y}
    else
    {z = x}
   ##########   
    return(x^2)
}
num <- c(1:10000000)

#并行計(jì)算
print(system.time({
    cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
    results <- parLapply（cl,num,square）#調(diào)用parLapply并行計(jì)算平方函數(shù)
final <- do.call('c',results)#整合結(jié)果
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群
}))
#結(jié)果
用戶  系統(tǒng)  流逝 
 7.89  0.27 19.01

#普通計(jì)算
print(system.time({
    results <- lapply（num,square）
    final <- do.call('c',results)#整合結(jié)果
}))
#結(jié)果
用戶  系統(tǒng)  流逝 
29.74  0.00 29.79

顯然在數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候，并行計(jì)算的時(shí)間幾乎就是于核數(shù)反比。不過(guò)，也不是多開幾個(gè)核就好，注意內(nèi)存很容易超支的，每個(gè)核都分配相應(yīng)的內(nèi)存，所以要注意內(nèi)存開銷。出現(xiàn)內(nèi)存問(wèn)題的時(shí)候，需要檢查是否代碼是否合理，R語(yǔ)言版本（64位會(huì)比32位分配的內(nèi)存大），核分配是否合理。

上一級(jí)環(huán)境中變量的引入

R語(yǔ)言里邊對(duì)于環(huán)境變量有著有趣的定義，一層套一層，這里不做深入展開。

類似于在c語(yǔ)言函數(shù)中使用全局變量，R在執(zhí)行并行計(jì)算的時(shí)候，如果需要計(jì)算的函數(shù)出現(xiàn)在全局（上一級(jí)），那么就需要聲明引入這個(gè)變量，否則將會(huì)報(bào)錯(cuò)。

#定義計(jì)算冪函數(shù)
base = 2
square <- function(x)
{
    return(x^base)
}
num <- c(1:1000000)

#利用并行計(jì)算計(jì)算冪函數(shù)
cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
results <- parLapply（cl,num,square）#調(diào)用parLapply并行計(jì)算平方函數(shù)
final <- do.call('c',results)#整合結(jié)果
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群
#結(jié)果報(bào)錯(cuò)
Error in checkForRemoteErrors(val) : 
  4 nodes produced errors; first error: 找不到對(duì)象'base'

#利用并行計(jì)算計(jì)算冪函數(shù)
cl <- makeCluster(4) # 初始化四核心集群
clusterExport(cl,"base",envir = environment())
results <- parLapply（cl,num,square）#調(diào)用parLapply并行計(jì)算平方函數(shù)
final <- do.call('c',results)#整合結(jié)果
stopCluster(cl) # 關(guān)閉集群
#結(jié)果
> final
[1] 1,4,9,16,25.......

foreach包

除了parallel包以外，還有針對(duì)并行for循環(huán)的foreach包，foreach()的使用也與parLapply()類似，兩個(gè)功能也類似，其中遇到的問(wèn)題也類似。

包的安裝

install.packages("foreach")
library(parallel)

foreach的使用

#定義計(jì)算冪函數(shù)
square <- function(x)
{
    return(x^2)
}

非并行情況的使用：

參數(shù)中的combine就是整合結(jié)果的函數(shù)，可以是c，可以是rbind，也可以是+等

results = foreach(x = c(1:3),.combine = 'c') %do% square(x)
#結(jié)果
> results
[1] 1,4,9

并行情況的使用：

注意并行情況的時(shí)候，需要與parallel包進(jìn)行配合，引入library(doParallel)。同時(shí)%do%需要改成%dopar%。另外與parallel包不一樣的是，需要多加一句registerDoParallel(cl)來(lái)注冊(cè)核進(jìn)行使用。

cl <- makeCluster(4)
registerDoParallel(cl)
results = foreach(x = c(1:100000),.combine = 'c') %dopar% square(x)
stopCluster(cl)

上一級(jí)環(huán)境中變量的引入

同parallel包并行計(jì)算前需要clusterExport()來(lái)引入全局變量一樣，foreach也同樣需要聲明，不同的是，foreach聲明方式直接寫在foreach()的參數(shù)export里邊。

#定義計(jì)算冪函數(shù)
base = 2
square <- function(x)
{
    return(x^base)
}
cl <- makeCluster(4)
registerDoParallel(cl)
results = foreach(x = c(1:100000),.combine = 'c',.export ='base' ) %dopar% square(x)
stopCluster(cl)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教。

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