Merge pull request 'belyaeva lab6 ready' (#116) from belyaeva_ekaterina_lab_6 into main

Reviewed-on: http://student.git.athene.tech/Alexey/DAS_2023_1/pulls/116

belyaeva_ekaterina_lab_6/.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_6/README.md

@@ -0,0 +1,105 @@
+# Лабораторная работа №6
+
+## Задание
+
+Кратко: реализовать нахождение детерминанта квадратной матрицы.
+
+Подробно: в лабораторной работе требуется сделать два алгоритма: обычный и параллельный. В параллельном алгоритме предусмотреть ручное задание количества потоков, каждый из которых будет выполнять нахождение отдельной группы множителей.
+## Ход работы
+
+### Обычный алгоритм
+```
+private static BigDecimal findDeterminantGauss(double[][] matrix) {
+        int n = matrix.length;
+        BigDecimal det = BigDecimal.ONE;
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            int maxRow = i;
+            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
+                if (Math.abs(matrix[j][i]) > Math.abs(matrix[maxRow][i])) {
+                    maxRow = j;
+                }
+            }
+
+            if (maxRow != i) {
+                double[] temp = matrix[i];
+                matrix[i] = matrix[maxRow];
+                matrix[maxRow] = temp;
+
+                det = det.multiply(BigDecimal.valueOf(-1));
+            }
+
+            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
+                double factor = matrix[j][i] / matrix[i][i];
+                for (int k = i; k < n; k++) {
+                    matrix[j][k] -= factor * matrix[i][k];
+                }
+            }
+        }
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            det = det.multiply(BigDecimal.valueOf(matrix[i][i]));
+        }
+
+        return det;
+    }
+```
+### Параллельный алгоритм
+```
+ private static BigDecimal findDeterminantGaussParallel(double[][] matrix, int threadsCount) {
+        int n = matrix.length;
+        final BigDecimal[] det = {BigDecimal.ONE};
+
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(threadsCount);
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            final int rowIdx = i;
+
+            int maxRow = rowIdx;
+            for (int j = rowIdx + 1; j < n; j++) {
+                if (Math.abs(matrix[j][rowIdx]) > Math.abs(matrix[maxRow][rowIdx])) {
+                    maxRow = j;
+                }
+            }
+
+            if (maxRow != rowIdx) {
+                double[] temp = matrix[rowIdx];
+                matrix[rowIdx] = matrix[maxRow];
+                matrix[maxRow] = temp;
+                det[0] = det[0].multiply(BigDecimal.valueOf(-1));
+            }
+            executor.execute(() -> {
+                for (int j = rowIdx + 1; j < n; j++) {
+                    double factor = matrix[j][rowIdx] / matrix[rowIdx][rowIdx];
+                    for (int k = rowIdx; k < n; k++) {
+                        matrix[j][k] -= factor * matrix[rowIdx][k];
+                    }
+                }
+            });
+            det[0] = det[0].multiply(BigDecimal.valueOf(matrix[rowIdx][rowIdx]));
+        }
+
+        executor.shutdown();
+
+        try {
+            executor.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
+        } catch (InterruptedException e) {
+            e.printStackTrace();
+        }
+
+        return det[0];
+    }
+```
+
+## Результат
+
+Была проверка времени выполнения алгоритма для матриц размером 100х100, 300х300, 500х500 с разным количеством потоков.
+
+![img.png](img.png)
+
+Из данного скриншота можно сделать вывод, что нахождение детерминанта для матрицы:
+- 100х100 - обычный алгоритм работает лучше параллельного, но разница не сказать что значительная
+- 300х300 - обычный алгоритм работает хуже параллельного, но при добавлении потоков параллельный алгоритм работает чуть хуже
+- 500х500 - обычный алгоритм работает значительно лучше параллельного, но параллельный начинает показывать себя лучше при увеличении количества потоков (но обычный алгоритм все равно лучше)
+
+Работоспособность показана в видео: [lab6.mp4](lab6.mp4)

belyaeva_ekaterina_lab_6/src/Main.java

@@ -0,0 +1,123 @@
+import java.math.BigDecimal;
+import java.util.Arrays;
+import java.util.concurrent.ExecutorService;
+import java.util.concurrent.Executors;
+import java.util.concurrent.TimeUnit;
+
+public class Main {
+
+    public static double[][] generateMatrix(int n) {
+        double[][] matrix = new double[n][n];
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            for (int j = 0; j < n; j++) {
+                matrix[i][j] = Math.round((Math.random() * 5));
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+
+    private static BigDecimal findDeterminantGauss(double[][] matrix) {
+        int n = matrix.length;
+        BigDecimal det = BigDecimal.ONE;
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            int maxRow = i;
+            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
+                if (Math.abs(matrix[j][i]) > Math.abs(matrix[maxRow][i])) {
+                    maxRow = j;
+                }
+            }
+
+            if (maxRow != i) {
+                double[] temp = matrix[i];
+                matrix[i] = matrix[maxRow];
+                matrix[maxRow] = temp;
+
+                det = det.multiply(BigDecimal.valueOf(-1));
+            }
+
+            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
+                double factor = matrix[j][i] / matrix[i][i];
+                for (int k = i; k < n; k++) {
+                    matrix[j][k] -= factor * matrix[i][k];
+                }
+            }
+        }
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            det = det.multiply(BigDecimal.valueOf(matrix[i][i]));
+        }
+
+        return det;
+    }
+
+    private static BigDecimal findDeterminantGaussParallel(double[][] matrix, int threadsCount) {
+        int n = matrix.length;
+        final BigDecimal[] det = {BigDecimal.ONE};
+
+        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(threadsCount);
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            final int rowIdx = i;
+
+            int maxRow = rowIdx;
+            for (int j = rowIdx + 1; j < n; j++) {
+                if (Math.abs(matrix[j][rowIdx]) > Math.abs(matrix[maxRow][rowIdx])) {
+                    maxRow = j;
+                }
+            }
+
+            if (maxRow != rowIdx) {
+                double[] temp = matrix[rowIdx];
+                matrix[rowIdx] = matrix[maxRow];
+                matrix[maxRow] = temp;
+                det[0] = det[0].multiply(BigDecimal.valueOf(-1));
+            }
+            executor.execute(() -> {
+                for (int j = rowIdx + 1; j < n; j++) {
+                    double factor = matrix[j][rowIdx] / matrix[rowIdx][rowIdx];
+                    for (int k = rowIdx; k < n; k++) {
+                        matrix[j][k] -= factor * matrix[rowIdx][k];
+                    }
+                }
+            });
+            det[0] = det[0].multiply(BigDecimal.valueOf(matrix[rowIdx][rowIdx]));
+        }
+
+        executor.shutdown();
+
+        try {
+            executor.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
+        } catch (InterruptedException e) {
+            e.printStackTrace();
+        }
+
+        return det[0];
+    }
+
+    public static void main(String[] args) {
+        run(100, 1);
+        run(100, 5);
+        run(300, 1);
+        run(300, 5);
+        run(500, 1);
+        run(500, 5);
+    }
+
+    public static void run(int n, int threadCount) {
+        System.out.println(String.format("Размер матрицы: %d х %d", n, n));
+        double[][] a = generateMatrix(n);
+        double[][] aClone = Arrays.copyOf(a, n);
+
+        long time = System.currentTimeMillis();
+        BigDecimal determinantGauss = findDeterminantGauss(a);
+        System.out.println("Время выполнения: " + (System.currentTimeMillis() - time) + "ms");
+
+        time = System.currentTimeMillis();
+        BigDecimal determinantGaussAsync = findDeterminantGaussParallel(aClone, threadCount);
+        System.out.println("Время параллельного выполнения: " + (System.currentTimeMillis() - time) + "ms, " +
+                "количество потоков: " + threadCount);
+        System.out.println();
+    }
+}