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2021
05-20

R语言通过parallel包实现多线程运行方式

总的来说，R的运算速度不算快，不过类似并行运算之类的改进可以提高运算的性能。下面非常简要地介绍如何利用R语言进行并行运算

library(parallel)
cl.cores <- detectCores()
cl <- makeCluster(cl.cores)

detectCores( )检查当前电脑可用核数。

makeCluster(cl.cores)使用刚才检测的核并行运算。R-Doc里这样描述makeCluster函数：Creates a set of copies of R running in parallel and communicating over sockets. 即同时创建数个R进行并行运算。

在该函数执行后就已经开始并行运算了，电脑可能会变卡一点。尤其在执行par开头的函数时。

在并行运算环境下，常用的一些计算方法如下：

1. clusterEvalQ(cl,expr)函数利用创建的cl执行expr

这里利用刚才创建的cl核并行运算expr。expr是执行命令的语句，不过如果命令太长的话，一般写到文件里比较好。比如把想执行的命令放在Rcode.r里：

clusterEvalQ(cl,source(file="Rcode.r"))

2.par开头的apply函数族

这族函数和apply的用法基本一样，不过要多加一个参数cl。一般如果cl创建如上面cl <- makeCluster(cl.cores)的话，这个参数可以直接用作parApply(cl=cl,…)。

当然Apply也可以是Sapply,Lapply等等。注意par后面的第一个字母是要大写的，而一般的apply函数族第一个字母不大写。另外要注意，即使构建了并行运算的核，不使用parApply()函数，而使用apply()函数的话，则仍然没有实现并行运算。

换句话说，makeCluster只是创建了待用的核，而不是并行运算的环境。

最后，终止并行运算只需要一行命令

stopCluster(cl)

案例1

不使用并行计算，直接使用lapply（隐式循环函数，它实际就是对不同的数据应用了相同的函数）：

fun <- function(x){
return (x+1);
}
system.time({
res <- lapply(1:5000000, fun);
});
user  system elapsed
21.42    1.74   25.70

案例2

使用parallel包来加速

library(parallel)
#打开四核，具体核数根据机器的核数决定
cl <- makeCluster(getOption("cl.cores", 4));
system.time({
res <- parLapply(cl, 1:5000000,  fun)
});
user system elapsed
6.54 0.34 19.95
#关闭并行计算
stopCluster(cl);

看看单核机器跑出来的结果：

user  system elapsed
29.30    9.23   97.22

所以，并非核数越多越好，看机器配置。

这个函数有两点要注意：

首先要先用detectCores函数确定系统核心数目，对于Window系统下的Intel I5或I7 处理器，一般使用detectCores(logical = F)来获得实际的物理核心数量。

由于这个函数使用的是调用Rscript的方式，这个例子里，对象被复制了三份，因此内存会吃的很厉害，在大数据条件就要小心使用。

案例3

在Linux下使用mclapply函数的效果如下：

mc <- getOption("mc.cores", 3)
system.time({
res <- mclapply(1:5000000, fun, mc.cores = mc);
});
user system elapsed
6.657 0.500 7.181
 stopCluster(cl);

补充：R语言如何并行处理[parallel package][向量化操作并行优化]

使用数据，长下面这样：

方法：

使用parallel包，并行向量化处理，进一步提升原先向量化处理速度。

原始代码：

start <- Sys.time()
experiment_step1 <- apply(dtc_small_modify, 1, decompose)
end <- Sys.time()
print(end-start)

原始运行时间：3.083114 分

使用parallel包后

library(parallel) #并行处理包
cl.cores <- detectCores(logical = F) #计算电脑核心数
cl <- makeCluster(cl.cores) # 初始化要使用的核心数
start <- Sys.time()
results <- parApply(cl=cl, dtc_small_modify, 1, decompose) # apply的并行版本
stopCluster(cl) # 关闭并行模式
end <- Sys.time()
print(end-start)

并行后

运行时间：55.5877 秒，相较原先，速度提升了将近四倍！

Tips：上述是对向量化（Vectorization）apply类的并行处理。对于apply的并行处理，必须使用par开头的对应apply.

列表如下：

parLapply(cl = NULL, X, fun, …, chunk.size = NULL)
parSapply(cl = NULL, X, FUN, …, simplify = TRUE, USE.NAMES = TRUE, chunk.size = NULL)
parApply(cl = NULL, X, MARGIN, FUN, …, chunk.size = NULL)
parRapply(cl = NULL, x, FUN, …, chunk.size = NULL)
parCapply(cl = NULL, x, FUN, …, chunk.size = NULL)
parLapplyLB(cl = NULL, X, fun, …, chunk.size = NULL)
parSapplyLB(cl = NULL, X, FUN, …, simplify = TRUE, USE.NAMES = TRUE, chunk.size = NULL)

使用apply类向量化操作后，常常产生大规模列表，可能需要将列表转成一个完整的大数据框。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持自学编程网。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教。

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