Merge pull request 'belyaeva_ekaterina_lab_5' (#115) from belyaeva_ekaterina_lab_5 into main

Reviewed-on: http://student.git.athene.tech/Alexey/DAS_2023_1/pulls/115

belyaeva_ekaterina_lab_5/.gitignore

@@ -0,0 +1,29 @@
+### IntelliJ IDEA ###
+out/
+!**/src/main/**/out/
+!**/src/test/**/out/
+
+### Eclipse ###
+.apt_generated
+.classpath
+.factorypath
+.project
+.settings
+.springBeans
+.sts4-cache
+bin/
+!**/src/main/**/bin/
+!**/src/test/**/bin/
+
+### NetBeans ###
+/nbproject/private/
+/nbbuild/
+/dist/
+/nbdist/
+/.nb-gradle/
+
+### VS Code ###
+.vscode/
+
+### Mac OS ###
+.DS_Store

belyaeva_ekaterina_lab_5/README.md

@@ -0,0 +1,98 @@
+# Лабораторная работа №5
+
+## Задание
+
+Кратко: реализовать умножение двух больших квадратных матриц.
+
+Подробно: в лабораторной работе требуется сделать два алгоритма: обычный и параллельный. В параллельном алгоритме предусмотреть ручное задание количества потоков, каждый из которых будет выполнять умножение элементов матрицы в рамках своей зоны ответственности.
+
+## Ход работы
+
+### Последовательный алгоритм
+```
+public static int[][] multiplyMatricesSequential(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                    result[i][j] += matrix1[i][k] * matrix2[k][j];
+                }
+            }
+        }
+
+        return result;
+    }
+```
+### Параллельный алгоритм
+```
+ public static int[][] multiplyMatricesParallel(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        int numberOfThreads = 5; // Количество потоков
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            final int row = i;
+            executor.execute(new Runnable() {
+                @Override
+                public void run() {
+                    for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                        for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                            result[row][j] += matrix1[row][k] * matrix2[k][j];
+                        }
+                    }
+                }
+            });
+        }
+
+        executor.shutdown();
+        while (!executor.isTerminated()) {
+            // Ожидаем завершения всех потоков
+        }
+
+        return result;
+    }
+```
+
+## Результат
+
+Была проверка времени выполнения алгоритма для матриц размером 100х100, 300х300, 500х500 с разным количеством потоков.
+
+100х100, 1 поток
+
+![100thr1.png](screenshots%2F100thr1.png)
+
+100х100, 5 потоков
+
+![100thr5.png](screenshots%2F100thr5.png)
+
+300х300, 1 поток
+
+![300thr1.png](screenshots%2F300thr1.png)
+
+300х300, 5 потоков
+
+![300thr5.png](screenshots%2F300thr5.png)
+
+500х500, 1 поток
+
+![500th1.png](screenshots%2F500th1.png)
+
+500х500, 5 потоков
+
+![500thr5.png](screenshots%2F500thr5.png)
+
+Из данных скриншотов видно, что в случае с матрицей 100х100 последовательный алгоритм работает лучше, чем параллельный.
+
+Для остальных матриц параллельный алгоритм работает лучше, а также увеличение кол-ва потоков уменьшает время выполнения алгоритма. (хотя в случае матрицы 100х100 - сильно увеличивает)
+
+Работоспособность показана в видео: [lab5.mp4](lab5.mp4)

belyaeva_ekaterina_lab_5/src/Matrix100x100.java

@@ -0,0 +1,84 @@
+import java.util.concurrent.ExecutorService;
+import java.util.concurrent.Executors;
+
+public class Matrix100x100 {
+    private static final int SIZE = 100;
+
+    public static void main(String[] args) {
+        int[][] matrix1 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+        int[][] matrix2 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultSequential = multiplyMatricesSequential(matrix1, matrix2);
+        long endTime = System.currentTimeMillis();
+        long sequentialTime = endTime - startTime;
+
+        startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultParallel = multiplyMatricesParallel(matrix1, matrix2);
+        endTime = System.currentTimeMillis();
+        long parallelTime = endTime - startTime;
+
+        System.out.println("Sequential multiplication time: " + sequentialTime + " ms");
+        System.out.println("Parallel multiplication time: " + parallelTime + " ms");
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesSequential(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                    result[i][j] += matrix1[i][k] * matrix2[k][j];
+                }
+            }
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesParallel(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        int numberOfThreads = 5; // Количество потоков
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            final int row = i;
+            executor.execute(new Runnable() {
+                @Override
+                public void run() {
+                    for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                        for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                            result[row][j] += matrix1[row][k] * matrix2[k][j];
+                        }
+                    }
+                }
+            });
+        }
+
+        executor.shutdown();
+        while (!executor.isTerminated()) {
+            // Ожидаем завершения всех потоков
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] generateMatrix(int rows, int columns) {
+        int[][] matrix = new int[rows][columns];
+        for (int i = 0; i < rows; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns; j++) {
+                matrix[i][j] = (int) (Math.random() * 10);
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+}

belyaeva_ekaterina_lab_5/src/Matrix300x300.java

@@ -0,0 +1,84 @@
+import java.util.concurrent.ExecutorService;
+import java.util.concurrent.Executors;
+
+public class Matrix300x300 {
+    private static final int SIZE = 300;
+
+    public static void main(String[] args) {
+        int[][] matrix1 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+        int[][] matrix2 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultSequential = multiplyMatricesSequential(matrix1, matrix2);
+        long endTime = System.currentTimeMillis();
+        long sequentialTime = endTime - startTime;
+
+        startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultParallel = multiplyMatricesParallel(matrix1, matrix2);
+        endTime = System.currentTimeMillis();
+        long parallelTime = endTime - startTime;
+
+        System.out.println("Sequential multiplication time: " + sequentialTime + " ms");
+        System.out.println("Parallel multiplication time: " + parallelTime + " ms");
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesSequential(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                    result[i][j] += matrix1[i][k] * matrix2[k][j];
+                }
+            }
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesParallel(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        int numberOfThreads = 5; // Количество потоков
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            final int row = i;
+            executor.execute(new Runnable() {
+                @Override
+                public void run() {
+                    for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                        for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                            result[row][j] += matrix1[row][k] * matrix2[k][j];
+                        }
+                    }
+                }
+            });
+        }
+
+        executor.shutdown();
+        while (!executor.isTerminated()) {
+            // Ожидаем завершения всех потоков
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] generateMatrix(int rows, int columns) {
+        int[][] matrix = new int[rows][columns];
+        for (int i = 0; i < rows; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns; j++) {
+                matrix[i][j] = (int) (Math.random() * 10);
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+}

belyaeva_ekaterina_lab_5/src/Matrix500x500.java

@@ -0,0 +1,84 @@
+import java.util.concurrent.ExecutorService;
+import java.util.concurrent.Executors;
+
+public class Matrix500x500 {
+    private static final int SIZE = 500;
+
+    public static void main(String[] args) {
+        int[][] matrix1 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+        int[][] matrix2 = generateMatrix(SIZE, SIZE);
+
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultSequential = multiplyMatricesSequential(matrix1, matrix2);
+        long endTime = System.currentTimeMillis();
+        long sequentialTime = endTime - startTime;
+
+        startTime = System.currentTimeMillis();
+        int[][] resultParallel = multiplyMatricesParallel(matrix1, matrix2);
+        endTime = System.currentTimeMillis();
+        long parallelTime = endTime - startTime;
+
+        System.out.println("Sequential multiplication time: " + sequentialTime + " ms");
+        System.out.println("Parallel multiplication time: " + parallelTime + " ms");
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesSequential(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                    result[i][j] += matrix1[i][k] * matrix2[k][j];
+                }
+            }
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] multiplyMatricesParallel(int[][] matrix1, int[][] matrix2) {
+        int rows1 = matrix1.length;
+        int columns1 = matrix1[0].length;
+        int columns2 = matrix2[0].length;
+
+        int[][] result = new int[rows1][columns2];
+
+        int numberOfThreads = 1; // Количество потоков
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
+
+        for (int i = 0; i < rows1; i++) {
+            final int row = i;
+            executor.execute(new Runnable() {
+                @Override
+                public void run() {
+                    for (int j = 0; j < columns2; j++) {
+                        for (int k = 0; k < columns1; k++) {
+                            result[row][j] += matrix1[row][k] * matrix2[k][j];
+                        }
+                    }
+                }
+            });
+        }
+
+        executor.shutdown();
+        while (!executor.isTerminated()) {
+            // Ожидаем завершения всех потоков
+        }
+
+        return result;
+    }
+
+    public static int[][] generateMatrix(int rows, int columns) {
+        int[][] matrix = new int[rows][columns];
+        for (int i = 0; i < rows; i++) {
+            for (int j = 0; j < columns; j++) {
+                matrix[i][j] = (int) (Math.random() * 10);
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+}