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CPU和GPU实现julia

时间:2015-05-10 11:23:38      阅读:240      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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CPU和GPU实现julia

        主要目的是通过对比,学习研究如何编写CUDA程序。julia的算法还是有一定难度的,但不是重点。由于GPU实现了也是做图像识别程序,所以缺省的就是和OPENCV结合起来。
一、CPU实现(julia_cpu.cpp)
      //julia_cpu 采用cpu实现julia变换
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
using namespace std;
using namespace cv;
#define DIM 512
struct cuComplex 
{
    float r;
    float i;
    cuComplex(float a,float b):r(a),i(b){}
    float magnitude2(void){return r*r+i*i;}
    cuComplex operator*(const cuComplex& a)
    {
        return cuComplex(r*a.r-i*a.i,i*a.r+r*a.i);
    }
    cuComplex operator+(const cuComplex& a)
    {
        return cuComplex(r+a.r,i+a.i);
    }
};
int julia(int x,int y)
{
    const float scale = 1.5;
    float jx = scale*(float)(DIM/2 - x)/(DIM/2);
    float jy = scale*(float)(DIM/2 - y)/(DIM/2);
    
    cuComplex c(-0.8,0.156);
    cuComplex a(jx,jy);
    for (int i=0;i<200;i++)
    {
        a=a*+c;
        if (a.magnitude2()>1000)
        {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{    
    
    Mat src = Mat(DIM,DIM,CV_8UC3);//创建画布
    for (int x=0;x<src.rows;x++)
    {
        for (int y=0;y<src.cols;y++)
        {   
            for (int c=0;c<3;c++)
            {
                src.at<Vec3b>(x,y)[c]=julia(x,y)*255;
            }
            
        }
    }
    imshow("src",src);
    waitKey();
    return 0;
}
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这里的实现,主要是说明julia的算法,它本身是一个递归的,而且具有一定计算复杂度的算法。
二、GPU实现
        为了能够深刻理解这里的技术,我做了一系列的实验。需要注意的是GPU编译非常慢,不知道有什么办法能够加快这个速度。
此外,比较麻烦的就是矩阵的读入读出,因为现在的资料缺乏,所以很多东西还搞不清楚。
        1)CUDA和OPENCV联系起来;(test1.cu)
        CUDA主要还是来做数学运算的,它本身和OPENCV没有必然的联系。一般来说,计算本身在CUDA中,而OPENCV编写相关转换,进行结果显示。这里实现的功能就是读入一幅单色图像,所有像素进行反转。
        编写代码的话,还是基于现有的模板,进行参数的调整,这样来得最快;基于现有的数据不断地调整,这样也能够控制错误。
        注意,CUDA核中,不能用任何OPENCV的函数。目前我只能实现这样的效果,因为多数组如何引入,必须要查更多的资料。
主要就是数组的操作,现在只能做单数组,一旦多维就溢出。
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//1)CUDA和OPENCV联系起来;(test1.cu)
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <cuda_runtime.h>
#include <helper_functions.h>
#include <helper_cuda.h>
using namespace std;
using namespace cv;
#define N 250
//test1的kernel
__global__ void test1kernel(int *t)
{
    int x = blockIdx.x;
    int y = blockIdx.y;
    int offset = x+y*gridDim.x; 
    t[offset] =255-t[offset];
 
}
int main(void)
{    
    //step0.数据和内存初始化
    Mat src = imread("opencv-logo.png",0);
    resize(src,src,Size(N,N));
    int *dev_t;
    int t[N*N];
    Mat dst = Mat(N,N,CV_8UC3);
    for (int i=0;i<N*N;i++)
    {
        t[i]  =(int)src.at<char>(i/N,i%N);
    }
    checkCudaErrors(cudaMalloc((void **)&dev_t, sizeof(int)*N*N));
    //step1.由cpu向gpu中导入数据
    checkCudaErrors(cudaMemcpy(dev_t, t,sizeof(int)*N*N, cudaMemcpyHostToDevice));
    //step2.gpu运算
    dim3 grid(N,N);
    test1kernel<<<grid,1>>>(dev_t);
    //step3.由gpu向cpu中传输数据
    checkCudaErrors(cudaMemcpy(t, dev_t,sizeof(int)*N*N, cudaMemcpyDeviceToHost));
    //step4.显示结果
    for (int i=0;i<N;i++)
    {
        for (int j=0;j<N;j++)
        {
             int offset = i*N+j;
             for (int c=0;c<3;c++)
             {
                 dst.at<Vec3b>(i,j)[c] =t[offset];
             }
        }
    }
    //step5,释放资源
    checkCudaErrors(cudaFree(dev_t));
    imshow("dst",dst);
    waitKey();
    return 0;
}技术分享
        2)CUDA计算斐波那契数,思考CNN的实现;
        CUDA是否适合斐波那契,像julia这样的,每一个点都是独立的,它很适合;如果能够分出一些块来,应该也是适合的因此,单个的斐波那契运算不适合,但是做到一个数组中,并且以并行化的想法来运算,还是有一定价值的。
        结果报不支持递归,那么在以后运算设计的时候要注意这一点。并行设计从来都不是一个简单的问题,必然有很陡峭的学习曲线,需要分丰富的经验,也有很远大的市场。
       技术分享
       但是,CNN的确算的上是一个典型的实现了,它不需要串行的运算,而是在大量的并行的结果之后,选择一个最好的参数,所以CNN可以作为图像领域和CUDA结合的一个典型实现。
       3)CUDA实现julia。
       在前面的基础上,非常顺利
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//3)julia
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <cuda_runtime.h>
#include <helper_functions.h>
#include <helper_cuda.h>
using namespace std;
using namespace cv;
#define N 250
struct cuComplex
{
    float r;
    float i;
    __device__ cuComplex(float a,float b): r(a),i(b){}
    __device__ float magnitude2(void)
    {
        return r*r+i*i;
    }
    __device__ cuComplex operator*(const cuComplex& a)
    {
        return cuComplex(r*a.r - i*a.i,i*a.r + r*a.i);
    }
    __device__ cuComplex operator+(const cuComplex& a)
    {
        return cuComplex(r+a.r,i+a.i);
    }
};
__device__ int julia(int x,int y)
{
    const float scale = 1.5;
    float jx = scale*(float)(N/2 - x)/(N/2);
    float jy = scale*(float)(N/2 - y)/(N/2);
    cuComplex c(-0.8,0.156);
    cuComplex a(jx,jy);
    for (int i=0;i<200;i++)
    {
        a=a*+c;
        if (a.magnitude2()>1000)
        {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}
__device__ int fblx(int offset)
{
    if (offset ==0 || offset==1)
    {
        return offset;
    }
    else
    {
        return(fblx(offset - 1)+fblx(offset - 2));
    }
}
//test3的kernel
__global__ void juliakernel(int *t)
{
    int x = blockIdx.x;
    int y = blockIdx.y;
    int offset = x+y*gridDim.x;
    int juliaValue = julia(x,y);
    t[offset] =juliaValue*255;
}
int main(void)
{    
    //step0.数据和内存初始化
    int *dev_t;
    int t[N*N];
    Mat dst = Mat(N,N,CV_8UC3);
    for (int i=0;i<N*N;i++)
    {
        t[i]  =0;
    }
    checkCudaErrors(cudaMalloc((void **)&dev_t, sizeof(int)*N*N));
    //step1.由cpu向gpu中导入数据
    checkCudaErrors(cudaMemcpy(dev_t, t,sizeof(int)*N*N, cudaMemcpyHostToDevice));
    //step2.gpu运算
    dim3 grid(N,N);
    juliakernel<<<grid,1>>>(dev_t);
    //step3.由gpu向cpu中传输数据
    checkCudaErrors(cudaMemcpy(t, dev_t,sizeof(int)*N*N, cudaMemcpyDeviceToHost));
    //step4.显示结果
    for (int i=0;i<N;i++)
    {
        for (int j=0;j<N;j++)
        {
             int offset = i*N+j;
             printf("%d is %d",offset,t[offset]);
             for (int c=0;c<3;c++)
             {
                  dst.at<Vec3b>(i,j)[c] =t[offset];
             }
        }
    }
    //step5,释放资源
    checkCudaErrors(cudaFree(dev_t));
    imshow("dst",dst);
    waitKey();
    return 0;
}

三、小结
        CUDA编程是一个新的领域,虽然文档中都说不复杂、不复杂的,但是想要大规模应用不可能不复杂。所以先基于现有的例子,将能够跑起来的东西跑起来。然后思考融合,形成自己的东西,这就是生产率。我相信,不需要很多的时间,我就能够使用CUDA的计算功能去接触并解决一些以前无法去做的东西。
        祝成功,愿回顾。




CPU和GPU实现julia

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原文地址:http://www.cnblogs.com/jsxyhelu/p/4491876.html

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