Merge pull request 'borschevskaya_anna_lab_6 is ready' (#75) from borschevskaya_anna_lab_6 into main

Reviewed-on: #75

borschevskaya_anna_lab_6/README.md

@@ -0,0 +1,26 @@
+# Отчет. Лабораторная работа 6
+
+## Описание
+В рамках лабораторной работы была реализована программа, которая производит вычисление детерминанта матрицы
+с применением последовательного и паралелльного алгоритма.
+
+В качестве способа нахождения определителя матрицы был выбран алгоритм нахождения путем разложения по столбцу (строке). 
+При данном подходе определитель находится как сумма произведений элементов выбранной строки на их алгебраические дополнения.
+Была произведена небольшая оптимизация алгоритма - выбор строки для разложения основывался на количестве нулевых элементов в ней. 
+Чем больше нулей в строке - тем меньше будет выполняться подзадач в алгоритме.
+
+Результаты представлены на следующих изображениях:
+
+![results](images/results.PNG)
+
+Как мы можем увидеть, производительность паралелльной реализации на маленьких матрицах ниже, чем у последовательного подхода, 
+это связано с дополнительными действиями по созданию и управлению потоками. Однако с увеличением размера матриц мы можем 
+наблюдать увеличение производительности. Но на больших размерах (от 12х12) матриц алгоритм становится довольно медленным 
+вне зависимости от применения многопоточности.
+
+## Как запустить
+Необходимо иметь установленную JDK 21. Можно воспользоваться встроенным в нее компилятором (javac), а затем запустить исполняемый файл (java)
+или запускать из среды разработки.
+
+## Видео-отчет
+Работоспособность лабораторной работы можно оценить в следующем [видео](https://disk.yandex.ru/i/-sWDKdW3Q-vbHg).

borschevskaya_anna_lab_6/matrix-det/.gitignore

@@ -0,0 +1,38 @@
+target/
+!.mvn/wrapper/maven-wrapper.jar
+!**/src/main/**/target/
+!**/src/test/**/target/
+
+### IntelliJ IDEA ###
+.idea/modules.xml
+.idea/jarRepositories.xml
+.idea/compiler.xml
+.idea/libraries/
+*.iws
+*.iml
+*.ipr
+
+### Eclipse ###
+.apt_generated
+.classpath
+.factorypath
+.project
+.settings
+.springBeans
+.sts4-cache
+
+### NetBeans ###
+/nbproject/private/
+/nbbuild/
+/dist/
+/nbdist/
+/.nb-gradle/
+build/
+!**/src/main/**/build/
+!**/src/test/**/build/
+
+### VS Code ###
+.vscode/
+
+### Mac OS ###
+.DS_Store

borschevskaya_anna_lab_6/matrix-det/pom.xml

@@ -0,0 +1,17 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
+<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
+         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
+         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
+    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
+
+    <groupId>ru.uni.rvip</groupId>
+    <artifactId>matrix-det</artifactId>
+    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
+
+    <properties>
+        <maven.compiler.source>21</maven.compiler.source>
+        <maven.compiler.target>21</maven.compiler.target>
+        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
+    </properties>
+
+</project>

borschevskaya_anna_lab_6/matrix-det/src/main/java/ru/uni/rvip/Main.java

@@ -0,0 +1,155 @@
+package ru.uni.rvip;
+
+import java.util.ArrayList;
+import java.util.Arrays;
+import java.util.Comparator;
+import java.util.Random;
+import java.util.concurrent.ExecutionException;
+import java.util.concurrent.ExecutorService;
+import java.util.concurrent.Executors;
+import java.util.concurrent.Future;
+import java.util.stream.IntStream;
+
+public class Main {
+
+    private static final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(8);
+
+    public static void main(String[] args) {
+        int size = 12;
+
+        for (int i = 5; i <= size; i += 2) {
+            System.out.printf("Размер матриц %dx%d\n", i, i);
+
+            var matrix = createRandomMatrix(i);
+
+            var startTime = System.currentTimeMillis();
+            var result = findDeterminant(matrix);
+            var timeOfExecution = System.currentTimeMillis() - startTime;
+            System.out.printf("Детерминант матрицы = %f\n", result);
+            System.out.printf("Время нахождения детерминанта с помощью последовательного алгоритма: %d ms\n", timeOfExecution);
+
+            startTime = System.currentTimeMillis();
+            findDeterminantParallel(matrix);
+            timeOfExecution = System.currentTimeMillis() - startTime;
+            System.out.printf("Время нахождения детерминанта с помощью параллельного алгоритма: %d ms\n", timeOfExecution);
+        }
+        executor.shutdown();
+    }
+
+    private static double findDeterminant(double[][] matrix) {
+        int rows = matrix.length;
+        int n = matrix[0].length;
+        if (rows == n && rows == 1) {
+            return matrix[0][0];
+        }
+        if (rows == n && rows == 2) {
+            return matrix[0][0] * matrix[1][1] - matrix[0][1] * matrix[1][0];
+        }
+
+        if (rows == n && rows == 3) {
+            return matrix[0][0] * matrix[1][1] * matrix[2][2] + matrix[0][1] * matrix[1][2] * matrix[2][0] + matrix[0][2] * matrix[1][0] * matrix[2][1]
+                    - (matrix[0][2] * matrix[1][1] * matrix[2][0] + matrix[1][0] * matrix[0][1] * matrix[2][2] + matrix[0][0] * matrix[1][2] * matrix[2][1]);
+        }
+        double[][] temporary;
+        double det = 0;
+        // поиск наиболее подходящей строки
+        int indexWithMaxZeros = IntStream.range(0, matrix.length)
+                .boxed()
+                .max(Comparator.comparingInt(i ->
+                        (int) Arrays.stream(matrix[i]).filter(x -> x == 0).count()))
+                .orElse(-1);
+
+        double[] maxZerosCountRow = matrix[indexWithMaxZeros];
+
+
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            if (maxZerosCountRow[i] > 0) {
+                temporary = getSubmatrix(matrix, rows, n, i, indexWithMaxZeros);
+                det += maxZerosCountRow[i] * Math.pow(-1, i) * findDeterminant(temporary);
+            }
+        }
+
+        return det;
+    }
+
+    private static double findDeterminantParallel(double[][] matrix) {
+        int rows = matrix.length;
+        int n = matrix[0].length;
+        if (rows == n && rows == 1) {
+            return matrix[0][0];
+        }
+        if (rows == n && rows == 2) {
+            return matrix[0][0] * matrix[1][1] - matrix[0][1] * matrix[1][0];
+        }
+        if (rows == n && rows == 3) {
+            return matrix[0][0] * matrix[1][1] * matrix[2][2] + matrix[0][1] * matrix[1][2] * matrix[2][0] + matrix[0][2] * matrix[1][0] * matrix[2][1]
+                    - (matrix[0][2] * matrix[1][1] * matrix[2][0] + matrix[1][0] * matrix[0][1] * matrix[2][2] + matrix[0][0] * matrix[1][2] * matrix[2][1]);
+        }
+        double det = 0;
+        // поиск наиболее подходящей строки
+        int indexWithMaxZeros = IntStream.range(0, matrix.length)
+                .boxed()
+                .max(Comparator.comparingInt(i ->
+                        (int) Arrays.stream(matrix[i]).filter(x -> x == 0).count()))
+                .orElse(-1);
+
+        double[] maxZerosCountRow = matrix[indexWithMaxZeros];
+        var futures = new ArrayList<Future<Double>>();
+        for (int i = 0; i < n; i++) {
+            // нахождение подматрицы
+            final var finalRow = i;
+
+            futures.add(executor.submit(() -> {
+                final var temporary = getSubmatrix(matrix, rows, n, finalRow, indexWithMaxZeros);
+                return maxZerosCountRow[finalRow] * Math.pow(-1, finalRow) * findDeterminant(temporary);
+            }));
+        }
+
+        try {
+            for (var future : futures) {
+                det += future.get();
+            }
+        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
+            System.out.println("Возникла ошибка во время многопоточного нахождения определителя матрицы");
+            return -1;
+        }
+        return det;
+    }
+
+    private static double[][] getSubmatrix(double[][] matrix, int rows, int n, int col, int row) {
+        final var temporary = new double[rows - 1][n - 1];
+        for (int j = 0; j < rows; j++) {
+            if (j == row) continue;
+
+            for (int k = 0; k < n; k++) {
+                if (k == col) continue;
+
+                //temporary[j][k] = matrix[j][k];
+                temporary[j < row ? j : j - 1][k < col ? k : k - 1] = matrix[j][k];
+            }
+        }
+        return temporary;
+    }
+
+    private static double[][] createRandomMatrix(Integer size) {
+        var matrix = new double[size][size];
+        var random = new Random();
+        for (var i = 0; i < size; i++) {
+            for (var j = 0; j < size; j++) {
+                matrix[i][j] = random.nextInt(50);
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+
+    private static void printMatrix(double[][] matrix) {
+        for (double[] ints : matrix) {
+            for (double elem : ints) {
+                System.out.printf("%5f\t", elem);
+            }
+            System.out.println();
+        }
+    }
+}
+
+