MKL庫中基本線性代數子程序,BLAS(Basic Linear Algebra Subprograms)庫,是一個API標淮,用以規範發佈基礎線性代數操作的數值庫(如向量或矩陣乘法)。其中CBLASBLASC語言接口。

庫中前綴用來區分所支持處理的數據類型。

前綴

描述

函數名系列

描述

s-

實數、單精度

ge...

一般矩陣

c-

複數、單精度

sy...

對稱矩陣

d-

實數、雙精度

he...

Hermitian矩陣

z-

複數、雙精度

tr...

三角矩陣

基本矩陣、向量操作

函數(採用常規的前綴為d的接口)

描述

cblas_dasum

向量元素值模的總和

cblas_daxpy

縮放向量

cblas_dcopy

複製向量

cblas_ddot

向量點積

cblas_dswap

交換兩向量

cblas_dgemv

常規矩陣×向量

重點介紹矩陣的乘法運算。

此示例是利用Intel 的MKL庫函數完成計算矩陣(乘法)運算,計算式為:

mem函數庫_mem函數庫

其通過調整\(A、B、C\)矩陣及其係數,同樣可以完成矩陣的加減;如若只需矩陣\(A\)與\(B\)的乘積,設置\(\alpha=1,\beta=0\)即可。

其中\(A\)為\(m\times k\)維矩陣,\(B\)為\(k\times n\)維矩陣,\(C\)為\(m\times n\)維矩陣。

使用的函數為cblas_?gemm(gemm表示GEneric Matrix Multiplication),完成一般的矩陣乘法。

根據輸入/輸出數據的類型可以分為cblas_dgemm,cblas_sgemm,cblas_cgemm,cblas_zgemm,具體類型參見上文,不再贅述,以下以cblas_dgemm為例介紹其用法。

1 cblas_dgemm參數詳解

fun cblas_dgemm(Layout,		//指定行優先(CblasRowMajor,C)或列優先(CblasColMajor,Fortran)數據排序
               TransA,		//指定是否轉置矩陣A,可以為CblasNoTrans或CblasTrans
               TransB,		//指定是否轉置矩陣B,可以為CblasNoTrans或CblasTrans
               M,		//矩陣A和C的行數
               N,		//矩陣B和C的列數
               K,		//矩陣A的列,B的行
               alpha,		//矩陣A和B乘積的比例因子
               A,		//A矩陣
               lda,		//矩陣A的第一維的大小
               B,		//B矩陣
               ldb,		//矩陣B的第一維的大小
               beta,		//矩陣C的比例因子
               C,		//(輸入/輸出) 矩陣C的地址
               ldc		//矩陣C的第一維的大小
               )

2 定義待處理矩陣

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "mkl.h"		// 調用mkl頭文件

#define min(x,y) (((x) < (y)) ? (x) : (y))
double* A, * B, * C;		//聲明三個矩陣變量,並分配內存
int m, n, k, i, j;			//聲明矩陣的維度,其中
double alpha, beta;

m = 2000, k = 200, n = 1000;
alpha = 1.0; beta = 0.0;

A = (double*)mkl_malloc(m * k * sizeof(double), 64);	//按照矩陣維度分配內存
B = (double*)mkl_malloc(k * n * sizeof(double), 64);	//mkl_malloc用法與malloc相似,64表示64位
C = (double*)mkl_malloc(m * n * sizeof(double), 64);
if (A == NULL || B == NULL || C == NULL) {		//判空

    mkl_free(A);				
    mkl_free(B);
    mkl_free(C);
    return 1;
}

for (i = 0; i < (m * k); i++) {		//賦值
    A[i] = (double)(i + 1);
}

for (i = 0; i < (k * n); i++) {
    B[i] = (double)(-i - 1);
}

for (i = 0; i < (m * n); i++) {
    C[i] = 0.0;
}

其中\(A\)和\(B\)矩陣設置為:

mem函數庫_mem函數庫_02

\(C\)矩陣為全0。

3 執行矩陣乘法

回到例子中,對照上面的參數,將C矩陣用A與B的矩陣乘法表示:

cblas_dgemm(CblasRowMajor, CblasNoTrans, CblasNoTrans, m, n, k, alpha, A, k, B, n, beta, C, n);

執行後的得到結果如下:


完整代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "mkl.h"

#define min(x,y) (((x) < (y)) ? (x) : (y))

int main()
{
    double* A, * B, * C;
    int m, n, k, i, j;
    double alpha, beta;


    m = 2000, k = 200, n = 1000;

    alpha = 1.0; beta = 0.0;

    A = (double*)mkl_malloc(m * k * sizeof(double), 64);
    B = (double*)mkl_malloc(k * n * sizeof(double), 64);
    C = (double*)mkl_malloc(m * n * sizeof(double), 64);
    if (A == NULL || B == NULL || C == NULL) {

        mkl_free(A);
        mkl_free(B);
        mkl_free(C);
        return 1;
    }


    for (i = 0; i < (m * k); i++) {
        A[i] = (double)(i + 1);
    }

    for (i = 0; i < (k * n); i++) {
        B[i] = (double)(-i - 1);
    }

    for (i = 0; i < (m * n); i++) {
        C[i] = 0.0;
    }

    cblas_dgemm(CblasRowMajor, CblasNoTrans, CblasNoTrans,
        m, n, k, alpha, A, k, B, n, beta, C, n);


    for (i = 0; i < min(m, 6); i++) {
        for (j = 0; j < min(k, 6); j++) {
            printf("%12.0f", A[j + i * k]);
        }
        printf("\n");
    }

    for (i = 0; i < min(k, 6); i++) {
        for (j = 0; j < min(n, 6); j++) {
            printf("%12.0f", B[j + i * n]);
        }
        printf("\n");
    }

    for (i = 0; i < min(m, 6); i++) {
        for (j = 0; j < min(n, 6); j++) {
            printf("%12.5G", C[j + i * n]);
        }
        printf("\n");
    }

    mkl_free(A);
    mkl_free(B);
    mkl_free(C);

    return 0;
}