Mierzenie korzyści

Programowanie równoległe w R

Nabeel Imam

Data Scientist

Przykład zabawkowy

numbers <- 1:1000000


# Sequential
sqroots <- lapply(numbers, sqrt)


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

Które rozwiązanie będzie lepsze?

Benchmarking wydajności

Wielokrotne uruchamianie kodu w celu estymacji średniego czasu wykonania

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

Proste operacje numeryczne rzadko korzystają z zrównoleglania
Profilowanie daje raport linia po linii, benchmark mierzy całkowity czas wykonania

Słoń w pokoju

sqroots <- sqrt(numbers)

Słoń siedzi na kanapie w salonie, a obecne osoby to zauważają.

Wektoryzacja

sqroots <- sqrt(numbers)

Funkcje bazowe R, takie jak sqrt(), są zwektoryzowane.
Zastosowanie jednej funkcji do wielu argumentów
Bardzo szybkie, ale tylko dla prostych operacji

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

Bootstrap

Próbkowanie z bieżących danych z powtórzeniami

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
...

Wersja klasyczna

df <- ls_df$`2001`


estimates <- rep(0, 10000)


for (i in 1:10000) {

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


  estimates[i] <- mean(b)
  }

Histogram bootstrapowych estymacji globalnej średniej oczekiwanej długości życia w 2001 r., przedstawiający klasyczną krzywą dzwonową.

Przedział ufności na podstawie kwantyli: quantile(estimates, c(0.025, 0.975))

Dobra wiadomość

Bootstrapy można zrównoleglać

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)

Korzyści

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

Jak to osiągnąć:

Sprofilować kod i zidentyfikować najwolniejszy fragment
Zrównoleglić/zoptymalizować ten krok
Wykonać benchmark i porównać wyniki

Czas na ćwiczenia!

Programowanie równoległe w R