在Swift中使用Accelerate Framework复数支持

Question

我需要在Swift中使用Accelerate Multiply，Complex Conjugate和Exp执行以下操作。 我已经使用dankogai的Complex Swift代码完成了此操作 ，但是对于我正在做的工作来说太慢了。 我在使用Accelerate框架创建工作版本时遇到了麻烦，希望能够加深我的理解。

SWIFT代码

let frequencyShift = (2 * M_PI * Double(self.centralFrequency) * delays).i / Double(self.samplingFrequencyHertz)
let result = conj(exp(frequencyShift))

delays是大约200k倍的数组，这些行将被称为数百次。 我将它们转换为Swift复杂样式的Complex Number，然后在结果上调用complex exp（）和conj（）方法。

乘

双精度复数矢量标量乘法。

vDSP_zvzsmlD

共轭

复合矢量共轭 双精度。

vDSP_zvconjD

Accelerate中是否有等效的exp() ，您将如何重组此代码以执行等效的Accelerate'd版本的操作？

Answer 1

在Swift中使用Accelerate的一般原则

我发现第一次尝试将您的代码从使用for循环的幼稚实现转换为映射很有用。 如果您的代码结构适合与地图一起使用，则由于您已经解决了将算法结构化为向量化操作的问题，因此切换加速变得非常容易。

循环映射

let array: [Int] = [1, 2, 3, 4]
let array2 = [Int]()
for value in array {
    array2 = value * 2
}

let array: [Int] = [1, 2, 3, 4]
array.map({ (value: Int) -> Int in
    return value * 2
})

在相等大小的阵列版本上运行

如果发现要枚举两个或更多个相同大小的数组，则上述方法可以将map与enumerate结合使用

let alphas: [Double] = betas.enumerate().map({ (index: Int, beta: Double) -> Double in
    return beta * phis[index]
})

设置阵列以与Accelerate一起使用

使用Accelerate的方法并不总是很明显，特别是UnsafePointer和UnsafeMutablePointer语法。 这基本上是不必要的。

var alphaLowers = [Double](count: elementDelays.count, repeatedValue: 0)
vDSP_vmulD(&alphas, 1, &x_ns, 1, &alphaLowers, 1, UInt(elementDelays.count))

因此，Swift允许您创建一个自动的内存管理对象，然后将其与＆符号一起传递，从而避免了malloc和free的麻烦。 我之所以这样说是因为它避免尝试将对象包装在此UnsafeMutablePointer<Double>(alphaLowers) 。

复数

我想做的大多数事情都依赖于涉及复数的运算。 因此，要创建可以在Accelerate中使用的对象，可以尝试以下操作。

var reals = [Double](count: 100, repeatedValue: 0)
var imaginaries = [Double](count: 100, repeatedValue: 0)
var complexNumbers = DSPDoubleSplitComplex(realp: &reals, imagp: &imaginaries)

复杂的exp（）

我没有找到与exp相当的Accelerate等效项，但是您可以使用下面使用Complex Swift库说明的Euler方法分解值并对实部和虚部执行必要的操作。

public func exp<T:RealType>(z:Complex<T>) -> Complex<T> {
    let r = T.exp(z.re)
    let a = z.im
    return Complex(r * T.cos(a), r * T.sin(a))
}

我没有找到避免此问题的好方法，因此我实际上不使用Accelerate来执行此步骤。 简单地通过对虚部进行求反即可计算出复共轭。