提高MATLAB速度的方法

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　　摘要：介绍科学计算软件MATLAB的几则使用技巧，对加快启动速度和提高运行速度有重要的参考价值。
　　关键词：MATLAB；启动速度；运行速度
　　中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)20-4968-02
　　The Method of Improving the Speed of MATLAB
　　ZHANG Xiao-li
　　(Computer Department, Xi'an Institute Of Post & Telecommunication, Xi'an 710061, China)
　　Abstract: Several methods ofhow to use the scientific computing software MATLAB, are presented in this paper. They would be beneficial to accelerate its start-up speed and improve its running speed.
　　Key words: MATLAB; start-up speed; running speed
　　科学计算软件MATLAB在各专业领域得到越来越广泛的应用，逐渐成为教学和科研不可缺少的工具。工具包之多，软件所占资源之多，使得硬件条件较差的计算机不能很好的运行MATLAB软件。本文介绍加快MATLAB的启动速度和运行速度的几则使用技巧，供读者参考。
　　1 加快MATLAB启动速度
　　MATLAB版本升级很快，每次升级给用户带来很多新的工具箱，提供很多新的功能，但对计算机硬件配置的要求越来越高，启动和运行速度也越来越慢。为了加快MATLAB的启动速度，有以下三种方法。
　　1.1 更改MATLAB启动快捷方式
　　在缺省配置下，MATLAB有一个启动闪屏(splash windows)，去掉它可以节省一定的内存消耗，从而加快启动。在MATLAB启动快捷方式后添加命令行参数“-nos-plash”即可去掉闪屏。
　　缺省配置下，MATLAB会启动虚拟机，这会消耗大量内存。添加命令行-nojvm”可禁用JAVA 虚拟机。
　　MATLAB启动快捷方式命令形如:"%MATLABROOT%\bin\win32\matlab.exe -nosplash -nojvm"。经过以上配置，MATLAB启动和运行速度会得到大幅提升。
　　禁用JAVA虚拟机后，MATLAB中有些功能，诸如:调试功能、可视化界面设计功能不能使用，但大多数其它功能可正常运行。如果使用的功能需要JAVA虚拟机支持，启动时将命令行参数“-nojvm”去掉即可。
　　1.2 修改matlabrc.m文件
　　MATLAB在多种操作系统中、多种屏幕分辨率下均可正常运行，MATLAB启动时自动运行matlabrc.m文件。而这个MATLAB脚本会判断当前操作系统，会检测运行环境(比如屏幕分辨率)，从而设置相关系统参数。但一般用户都只在一种操作系统中(比如Windows XP)、一种喜好的环境下(比如将屏幕分辨率设为1024x768)使用MATLAB，我们可以把这些判断语句去掉，直接设置系统参数，并删去(或注释掉)一些无关的语句，从而一定程度上缩短MATLAB启动时间。
　　1.3 更改MATLAB搜索路径
　　MATLAB启动时会添加搜索路径。如果安装了多个工具箱，搜索路径会很多。过多的搜索路径除了减缓启动速度外，还会影响MATLAB执行效率。因为MATLB执行程序时会在这些路径中寻找M文件。而实际上我们不会为完成某个任务使用所有的工具箱。为提高启动和运行速度，可以修改pathdef.m文件，将我们暂时不用的工具箱和其它搜索路径注释掉（MATLAB程程序以%为注释标识)，从而加快启动和运行。
　　2 提高MATLAB运行速度
　　加快了MATLAB的启动速度还是不够的，在编程的过程中，总结出遵循以下的原则才能保证MATLAB程序高速的运行。
　　2.1 尽量避免使用循环结构
　　MATLAB变量的基本类型是矩阵，当对矩阵的每个元素循环处理时，运算速度很慢。因此编程时应尽量把数组和矩阵看作一个整体来进行编程，而不是像其他的程序设计语言那样，使用循环结构对矩阵的元素循环进行处理。利用MATLAB提供的用于矢量化操作的函数，把循环矢量化，这样既可以提高编程效率，也可以提高程序的执行效率。
　　2.2 在使用数组或矩阵之前先定义维数
　　MATLAB中的变量在使用之前不需要明确地定义和指定维数。但当未预定义数组或矩阵的维数时，当需赋值的元素下标超出现有的维数时，MATLAB 就为该数组或矩阵扩维一次，这样就会大大降低程序的执行效率。因此，在使用数组或矩阵之前，预定义维数可以提高程序的执行效率。
　　2.3 尽量多使用函数文件少使用脚本文件
　　因为每次调用MATLAB的脚本文件都需要将不必要的中间变量加载到内存中，每执行一次，就加载一次。函数在调用时被编译成了伪代码，只需要加载到内存一次。当多次调用同一个函数时会运行快一些。因此尽量多使用函数文件而少使用脚本文件，也是提高执行效率的一种方法。
　　2.4 内存管理
　　MATLAB在进行复杂的运算时需要占用大量的内存。合理使用内存和提高内存的使用效率，可以加快运行速度，减少系统资源的占用。对于内存中不再使用的或者临时变量使用Clear指令删除掉，使用 Save指令将变量存入磁盘， 使用 Load指令将save命令存入的变量载入内存，使用Quit指令退出MATLAB，并释放所有分配的内存，使用 Pack指令把内存中的变量存入磁盘，再用内存中的连续空间载回这些变量，考虑到执行效率问题，不能在循环中使用。
　　2.5 数据选取和书写
　　1）在能解决实际问题的提前下，使用以下数据类型，matlab才会对其加速：logical,char,int8,uint8,
　　int16,uint16,int32,uint32,double 。尽量避免使用以下数据类型：numeric,cell,structure,single,
　　function handle,java classes,user classes,int64,uint64
　　2）matlab不会对超过三维的数组进行加速。
　　3）当使用for循环时，只有遵守以下规则才会被加速：
　　① for循环的范围只用标量值来表示；
　　② for循环内部的每一条语句都要满足上面的两条规则，即只使用支持加速的数据类型，只使用三维以下的数组；
　　③ 循环内只调用了内建函数（build-in function）。
　　4）当使用if、elseif、while和switch时，其条件测试语句中只使用了标量值时，将加速运行。
　　5）不要在一行中写入多条操作，这样会减慢运行速度。即不要有这样的语句： x = 5; for k=1:10000, sin(A(k)), end;
　　6）当某条操作改变了原来变量的数据类型或形状（大小，维数）时将会减慢运行速度。
　　3 实例
　　利用plot指令绘制分段函数y1=sin(x),x1 (1,5)和y2=0,x2 (5,10)。
　　clc;clear;x1=0:0.01:5;x2=5:0.0001:10;for i=1:length(x1),
　　y1(i)=sin(x1(i)); end;y2=0;plot(x1,y1,x2,y2);
　　在MATLAB的 M 文件运行后，图形出来的速度很慢（10秒以上的时间），怎么回事？是电脑硬件问题，还是程序结构问题？仔细对照提高运行速度的原则，发现使用数组运算可以代替循环，多条指令写在一行上，x2和y2的维数不同，调用plot时matlab自动进行维数转换耽误了时间，程序修改以后运行，图形一下子就出来了。代码如下：
　　clc;
　　clear;
　　x1=0:0.01:5;
　　x2=5:0.0001:10;
　　y1=sin(x1);
　　[m,n]=size(x2);
　　y2=zeros(m,n);
　　plot(x1,y1,x2,y2);
　　4 结论
　　MATLAB针对各专业领域都提供了相应的功能，对MATLAB进行适当地配置，同时编写代码时注意以上原则，不仅可以提高运行效率，又不会减少在相关领域的MATLAB提供的强大科学计算和图形可视化功能。
　　参考文献：
　　[1] 张志涌.MATLAB R2008a[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
　　[2] 蔡苗苗.MATLAB使用技巧几则[J].电脑学习,2004,12(6).

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