効果を測る

R による並列プログラミング

Nabeel Imam

Data Scientist

おもちゃ例

numbers <- 1:1000000


# 逐次
sqroots <- lapply(numbers, sqrt)


# 並列
cl <- makeCluster(4)
sqroots <- parLapply(cl, numbers, sqrt)
stopCluster(my_cluster)

どちらが速いでしょうか？

性能のベンチマーク

平均実行時間を推定するため複数回実行します

library(microbenchmark)


microbenchmark(
  "Sequential" = lapply(numbers, sqrt),

  "Parallel" = {
    cl <- makeCluster(4)
    parLapply(cl, numbers, sqrt)
    stopCluster(my_cluster)
  },

  times = 10
)

Unit: milliseconds
      expr     min    mean     max neval
Sequential  633.96  838.09  993.59    10
  Parallel 1136.95 1247.29 1557.58    10

単純な数値演算は並列化の恩恵が小さいことが多い
プロファイリングは行単位、ベンチマークは全体の実行時間を報告

言いにくい真実

sqroots <- sqrt(numbers)

居間のソファにゾウが座っていて、人々がその存在に気づいている。

ベクトル化

sqroots <- sqrt(numbers)

sqrt() のようなBase R関数はベクトル化されています。
1つの関数を多くの入力に適用
非常に高速だが単純な処理に限定

microbenchmark(
  "Vectorized" = sqrt(numbers),
  "Sequential" = lapply(numbers, sqrt),
  "Parallel" = {
    cl <- makeCluster(4)
    parLapply(cl, numbers, sqrt)
    stopCluster(my_cluster)
  },
  times = 10)

Unit: milliseconds
      expr       min      mean      max neval
Vectorized    2.3904    9.2071   66.303    10
Sequential  352.1166  771.7491 1004.753    10
  Parallel 1191.3176 1377.6926 1700.316    10

ブートストラップ

現在のデータから復元抽出でサンプリング

print(ls_df)

$`2001`
   Country             Life_expectancy  Year
 1 Afghanistan                    56.3  2001
 2 Albania                        74.3  2001
 3 Algeria                        71.1  2001
...
$`2002`
   Country             Life_expectancy  Year
 1 Afghanistan                    56.8  2002
 2 Albania                        74.6  2002
 3 Algeria                        71.6  2002
...

古典的な方法

df <- ls_df$`2001`


estimates <- rep(0, 10000)


for (i in 1:10000) {

  b <- sample(df$Life_expectancy,
              replace = T)


  estimates[i] <- mean(b)
  }

2001年の世界平均寿命のブートストラップ推定のヒストグラム。典型的な釣鐘型の分布。

分位点による信頼区間: quantile(estimates, c(0.025, 0.975))

朗報

ブートストラップは並列化可能です

estimates <- rep(0, 10000)

for (i in 1:10000) {

  b <- sample(df$Life_expectancy,
              replace = T)

  estimates[i] <- mean(b)
  }

boot_dist <- function (df) {

  estimates <- rep(0, 10000)

  for (i in 1:10000) {
    b <- sample(df$Life_expectancy, replace = T)
    estimates[i] <- mean(b)
  }

  return(estimates)
}


cl <- makeCluster(4)
ls_dists <- parLapply(cl, ls_df, boot_dist)
stopCluster(cl)

利点

microbenchmark(
  "lapply" = lapply(ls_df, boot_dist),
  "parLapply" = {
    cl <- makeCluster(4)
    parLapply(cl, ls_df, boot_dist)
    stopCluster(cl)
  },
  times = 10
)

Unit: seconds
     expr    min   mean    max neval
   lapply 3.6938 4.2184 4.5267    10
parLapply 1.9006 2.5166 2.7292    10

到達手順:

既存コードをプロファイルし最遅部分を特定
その部分を並列化/最適化
ベンチマークして比較

Passons à la pratique !

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