C# 蒙特卡洛增量风险计算优化、随机数、并行执行

Question

我当前的任务是优化计算资本充足率的蒙特卡洛模拟一组债务人按地区划分的数字。

对于生产中需要的地方以及所需的数量或每日运行来说，它的运行速度慢了大约 10 倍。 此外，结果数字的粒度在某个阶段需要改进到可能是书本水平，我得到的代码基本上是一个原型，供业务部门在半生产能力中使用。

该应用程序当前是单线程，因此我需要将其设为多线程，可以查看System.Threading.ThreadPool或< strong>Microsoft 并行扩展 库，但我仅限于 .NET 2服务器在这家银行，所以我可能不得不考虑这个人的端口， http://www.codeproject .com/KB/cs/aforge_parallel.aspx。

我正在尽最大努力让他们升级到 .NET 3.5 SP1，但这对于这种规模的组织来说是一项重大工作，在我的合同期限内可能是不可能的。

我已经使用 dotTrace 试用版对应用程序进行了分析 (http://www.jetbrains.com/profiler)。 还有哪些其他好的分析器？ 免费的？

大量的执行时间花费在生成均匀随机数上，然后将其转换为正态分布的随机数。 他们使用 C# Mersenne twinter 实现。 我不确定他们从哪里得到它，或者这是否是生成统一随机数的最佳方法（或最佳实现）。 然后将其转换为正态分布版本以用于计算（我还没有深入研究转换代码）。

另外使用以下的体验如何？

• http://quantlib.org

• http://www.qlnet.org （Quantlib 的 C# 端口）或

• http://www.boost.org

您知道任何替代方案吗？ 我是一名 C# 开发人员，所以更喜欢 C#，但是 C++ 的包装应该不是问题，不是吗？

利用 C++ 实现可能会更快。 我认为其中一些库将拥有最快的方法来直接生成正态分布的随机数，而无需翻译步骤。 它们还可能具有一些其他功能，这对后续计算很有帮助。

此外，它所在的计算机是四核 Opteron 275、8 GB 内存，但 Windows Server 2003 Enterprise 32 位。 我应该建议他们升级到64 位操作系统吗？ 任何支持这一决定的文章链接将不胜感激。

无论如何，我们非常感谢您提供的任何建议和帮助。

Answer 1

我发现 Mersenne Twister 速度很快。 问题可能出在将均匀分布转换为高斯分布的算法（Box-Muller）中。 标准算法如下：

y1 = sqrt( - 2 ln(x1) ) cos( 2 pi x2 )
y2 = sqrt( - 2 ln(x1) ) sin( 2 pi x2 )

其中 x1 和 x2 是均匀随机数，y1 和 y2 是高斯分布输出。

平方根慢，但是三角函数比较差，接近0不稳定。 Taygeta的页面 在这个主题上给出了一个更快的（伪代码）：

         float x1, x2, w, y1, y2;

     do {
             x1 = 2.0 * ranf() - 1.0;
             x2 = 2.0 * ranf() - 1.0;
             w = x1 * x1 + x2 * x2;
     } while ( w >= 1.0 );

     w = sqrt( (-2.0 * ln( w ) ) / w );
     y1 = x1 * w;
     y2 = x2 * w;

如果他们不使用这样的东西，你可以通过避免三角函数甚至预先生成随机数来加快速度。

Answer 2

您是否考虑过将分析器指向您的代码？ 我见过一些简单的修复就能获得非常显着的改进的案例。 就像将几个属性切换到字段一样。

Answer 3

首先受限于使用 .Net 进行大规模模拟将会使您预先损失相当多的性能...但是也就是说...

如果您正在运行 Mersenne 的纯 C# 实现Twister，你可能很难调整它的所有性能。 如果您查看 Mersenne Twister 参考实现 你会看到他们有一个针对支持 SSE 的处理器进行了大量优化的 C 版本 - 这非常快。 我不相信在 C# 中（或者至少我不知道如何）强制使用具有该优化级别的 SSE 指令。 我建议围绕 Mersenne Twister 库编写一个 C++/CLI 包装器（或 P/Invoke 包装器），并看看它如何影响您的性能。 但是，您必须小心托管-非托管编组会影响您的性能，因为我已经在此处看到了有关该问题的其他帖子（尽管我现在似乎找不到它们......）。

我这样说可能会引起一些争议，但如果性能是您的应用程序中的一个重要考虑因素，那么编写良好的 C 或 C++ 几乎总是比任何托管或解释语言更可取。

Answer 4

我的经验是，C# 与 C++ 的相对性能很大程度上取决于您正在做什么。 这里有一个很好的讨论：

C++ 性能与 Java/C#

对于紧密循环数学（例如矢量物理计算）C++ 比 C# 快 2-3 倍，尽管性能可能由 Sqrt() 等底层函数主导。

我采用了混合语言方法，使用托管 C++/CLI 包装器（重新）实现了 C++/OpenMP 中最慢的代码。 这使您只需“为您使用的内容付费”。

这里总结了如何使用 C++/CLI 包装本机 C/C++：

http ://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms235281.aspx

一旦掌握了 C++/CLI 的窍门，运行起来就非常容易了。