Merge pull request 'pupkov_alexey_lab_5' (#197) from pupkov_alexey_lab_5 into main

Reviewed-on: #197

pupkov_alexey_lab_5/README.md

@@ -0,0 +1,70 @@
+# Пупков Алексей ИСЭбд-41
+# Отчет по умножению матриц
+## Описание
+
+В данной лабораторной работе реализованы два алгоритма для умножения больших квадратных матриц: последовательный и параллельный. Для параллельного вычисления используется библиотека concurrent.futures в Python. Программа позволяет задавать количество процессов, что позволяет наблюдать за изменением производительности при увеличении числа потоков.
+
+## Как работает код:
+
+1. Импорт библиотек
+- concurrent.futures помогает запускать параллельные задачи с использованием потоков
+- time используется для измерения времени выполнения алгоритмов
+- numpy используется для работы с матрицами и для вычислений
+- argparse для обработки аргументов командной строки
+
+2. Функция matrix_multiply_sequential(A, B)
+- Выполняет последовательное умножение двух матриц A и B.
+
+3. Функция worker(A, B, C, start_row, end_row)
+- Выполняет умножение для части строк матрицы, параметры start_row и end_row определяют диапазон строк, которые нужно вычислить
+
+4. Функция matrix_multiply_parallel(A, B, num_threads)
+- Реализует параллельное умножение матриц
+
+5. Функция benchmark(matrix_sizes, num_threads_list)
+
+- Выполняет бенчмаркинг (измерение времени выполнения) для обоих методов умножения
+
+## Результаты
+
+Размер матриц: 100x100
+Последовательное умножение заняло: 0.0558 секунд
+
+Параллельное умножение с 2 потоками заняло: 0.0886 секунд
+
+Параллельное умножение с 4 потоками заняло: 0.0876 секунд
+
+Параллельное умножение с 8 потоками заняло: 0.0868 секунд
+
+Параллельное умножение с 16 потоками заняло: 0.0914 секунд
+
+Размер матриц: 300x300
+Последовательное умножение заняло: 1.6149 секунд
+
+Параллельное умножение с 2 потоками заняло: 2.4936 секунд
+
+Параллельное умножение с 4 потоками заняло: 2.4383 секунд
+
+Параллельное умножение с 8 потоками заняло: 2.4458 секунд
+
+Параллельное умножение с 16 потоками заняло: 2.4899 секунд
+
+Размер матриц: 500x500
+Последовательное умножение заняло: 7.9416 секунд
+
+Параллельное умножение с 2 потоками заняло: 11.8896 секунд
+
+Параллельное умножение с 4 потоками заняло: 11.8901 секунд
+
+Параллельное умножение с 8 потоками заняло: 12.0230 секунд
+
+Параллельное умножение с 16 потоками заняло: 11.8548 секунд
+
+
+## Выводы
+Во всех случаях параллельный алгоритм выполняется дольше, чем последовательный. На рассматриваемых матрицах (100x100, 300x300, 500x500) последовательное умножение оказывается более выгодным. Это связано с тем, что накладные расходы на параллельное исполнение и синхронизацию между потоками превышают время, которое можно сэкономить за счёт многопоточности.
+
+## Запуск 
+Python main.py – threads 2 4 8 16
+
+[Ссылка на демонстрацию работы программы](https://vk.com/video547368103_456239605?list=ln-ZAsjrYkuwZp6I4ghXC)

pupkov_alexey_lab_5/main.py

@@ -0,0 +1,92 @@
+from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
+import time
+import numpy as np
+import argparse
+
+# Последовательное умножение
+def matrix_multiply_sequential(A, B):
+    n = len(A)
+    C = [[0] * n for _ in range(n)]
+    
+    # Транспонируем матрицу B для оптимального доступа по строкам
+    B_T = [[B[j][i] for j in range(n)] for i in range(n)]
+    
+    for i in range(n):
+        A_row = A[i]
+        for j in range(n):
+            B_col = B_T[j]
+            sum_ij = 0
+            for k in range(n):
+                sum_ij += A_row[k] * B_col[k]
+            C[i][j] = sum_ij
+    
+    return C
+
+# Вычисляет подматрицу C
+def worker(A, B, C, start_row, end_row):
+    n = len(A)
+    for i in range(start_row, end_row):
+        for j in range(n):
+            sum_ij = 0
+            for k in range(n):
+                sum_ij += A[i][k] * B[k][j]
+            C[i][j] = sum_ij
+
+# Параллельное умножение матриц
+def matrix_multiply_parallel(A, B, num_threads):
+    n = len(A)
+    C = [[0] * n for _ in range(n)]
+    
+    # Разбиваем строки между потоками
+    rows_per_thread = n // num_threads
+    extra_rows = n % num_threads
+    row_splits = [rows_per_thread + (1 if i < extra_rows else 0) for i in range(num_threads)]
+    row_indices = [sum(row_splits[:i]) for i in range(num_threads + 1)]
+
+    # Параллельно выполняем умножение подматриц
+    with ThreadPoolExecutor(max_workers=num_threads) as executor:
+        futures = [
+            executor.submit(worker, A, B, C, row_indices[i], row_indices[i+1])
+            for i in range(num_threads)
+        ]
+        for future in futures:
+            future.result()
+    
+    return C
+
+def benchmark(matrix_sizes, num_threads_list):
+    for size in matrix_sizes:
+        A = [[1] * size for _ in range(size)]  # Матрицы, заполненные единицами для упрощения теста
+        B = [[1] * size for _ in range(size)]
+        print(f"\nРазмер матриц: {size}x{size}")
+        
+        # Бенчмарк для последовательного алгоритма
+        start_time = time.time()
+        C_seq = matrix_multiply_sequential(A, B)
+        sequential_time = time.time() - start_time
+        print(f"Последовательное умножение заняло: {sequential_time:.4f} секунд")
+
+        # Бенчмарк для параллельного алгоритма
+        for num_threads in num_threads_list:
+            start_time = time.time()
+            C_par = matrix_multiply_parallel(A, B, num_threads)
+            parallel_time = time.time() - start_time
+            print(f"Параллельное умножение с {num_threads} потоками заняло: {parallel_time:.4f} секунд")
+
+if __name__ == "__main__":
+    parser = argparse.ArgumentParser(description="Запуск бенчмарков для умножения матриц.")
+    parser.add_argument(
+        "--threads",
+        type=int,
+        nargs="+",
+        required=True,
+        help="Список количества потоков для параллельного алгоритма (например, --threads 1 2 4 8)"
+    )
+    args = parser.parse_args()
+    
+    # Задание размеров матриц для тестов
+    matrix_sizes = [100, 300, 500]
+    num_threads_list = args.threads  # Получаем список потоков из аргументов командной строки
+
+    # Запуск бенчмарка
+    benchmark(matrix_sizes, num_threads_list)