aleikin_artem_lab_6 #227

Open
aleyckin wants to merge 2 commits from aleikin_artem_lab_6 into main
6 changed files with 264 additions and 0 deletions

16
.gitignore vendored Normal file
View File

@ -0,0 +1,16 @@
################################################################################
# Данный GITIGNORE-файл был автоматически создан Microsoft(R) Visual Studio.
################################################################################
/.vs
/aleikin_artem_lab_3
/aleikin_artem_lab_4
/aleikin_artem_lab_5/MultiplyMatrix
/aleikin_artem_lab_6/DerminantMatrix/.vs/DerminantMatrix
/aleikin_artem_lab_6/DerminantMatrix/bin/Debug/net8.0
/aleikin_artem_lab_6/DerminantMatrix/obj
/dozorova_alena_lab_2
/dozorova_alena_lab_3
/dozorova_alena_lab_4
/dozorova_alena_lab_5/ConsoleApp1/obj
/dozorova_alena_lab_6/ConsoleApp1/obj

View File

@ -0,0 +1,10 @@
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>net8.0</TargetFramework>
<ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
<Nullable>enable</Nullable>
</PropertyGroup>
</Project>

View File

@ -0,0 +1,25 @@

Microsoft Visual Studio Solution File, Format Version 12.00
# Visual Studio Version 17
VisualStudioVersion = 17.11.35312.102
MinimumVisualStudioVersion = 10.0.40219.1
Project("{FAE04EC0-301F-11D3-BF4B-00C04F79EFBC}") = "DerminantMatrix", "DerminantMatrix.csproj", "{40E2A332-5A1C-46A7-AFA9-833E4922AD08}"
EndProject
Global
GlobalSection(SolutionConfigurationPlatforms) = preSolution
Debug|Any CPU = Debug|Any CPU
Release|Any CPU = Release|Any CPU
EndGlobalSection
GlobalSection(ProjectConfigurationPlatforms) = postSolution
{40E2A332-5A1C-46A7-AFA9-833E4922AD08}.Debug|Any CPU.ActiveCfg = Debug|Any CPU
{40E2A332-5A1C-46A7-AFA9-833E4922AD08}.Debug|Any CPU.Build.0 = Debug|Any CPU
{40E2A332-5A1C-46A7-AFA9-833E4922AD08}.Release|Any CPU.ActiveCfg = Release|Any CPU
{40E2A332-5A1C-46A7-AFA9-833E4922AD08}.Release|Any CPU.Build.0 = Release|Any CPU
EndGlobalSection
GlobalSection(SolutionProperties) = preSolution
HideSolutionNode = FALSE
EndGlobalSection
GlobalSection(ExtensibilityGlobals) = postSolution
SolutionGuid = {DF40653A-B248-4AC9-8203-1F8E8EA9423F}
EndGlobalSection
EndGlobal

View File

@ -0,0 +1,118 @@
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int[] sizes = { 10, 11, 12 };
int maxThreads = 20;
foreach (var size in sizes)
{
Console.WriteLine($"\nРазмер матрицы: {size}x{size}");
// Генерация матрицы
var matrix = GenerateMatrix(size);
// Последовательное нахождение детерминанта
var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
var detSequential = DeterminantSequential(matrix);
stopwatch.Stop();
long timeSequential = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
Console.WriteLine($"Последовательное вычисление: {timeSequential} мс, детерминант = {detSequential}");
// Параллельное нахождение детерминанта
Console.WriteLine("Параллельное вычисление (время выполнения для каждого количества потоков):");
for (int threads = 1; threads <= maxThreads; threads++)
{
stopwatch.Restart();
var detParallel = DeterminantParallel(matrix, threads);
stopwatch.Stop();
long timeParallel = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
Console.WriteLine($"Потоков: {threads} — {timeParallel} мс");
}
}
}
// Генерация квадратной матрицы размером size x size
static double[,] GenerateMatrix(int size)
{
var random = new Random();
var matrix = new double[size, size];
for (int i = 0; i < size; i++)
for (int j = 0; j < size; j++)
matrix[i, j] = random.Next(-10, 10);
return matrix;
}
// Последовательное вычисление детерминанта
static double DeterminantSequential(double[,] matrix)
{
int size = matrix.GetLength(0);
if (size == 1)
return matrix[0, 0];
if (size == 2)
return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
double determinant = 0;
for (int col = 0; col < size; col++)
{
determinant += Math.Pow(-1, col) * matrix[0, col] * DeterminantSequential(Minor(matrix, 0, col));
}
return determinant;
}
// Параллельное вычисление детерминанта
static double DeterminantParallel(double[,] matrix, int threadCount)
{
int size = matrix.GetLength(0);
if (size == 1)
return matrix[0, 0];
if (size == 2)
return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
double determinant = 0;
object lockObject = new object();
Parallel.For(0, size, new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = threadCount }, col =>
{
double minorDeterminant = DeterminantSequential(Minor(matrix, 0, col));
double term = Math.Pow(-1, col) * matrix[0, col] * minorDeterminant;
lock (lockObject)
{
determinant += term;
}
});
return determinant;
}
// Создание минора для матрицы
static double[,] Minor(double[,] matrix, int row, int col)
{
int size = matrix.GetLength(0);
var minor = new double[size - 1, size - 1];
for (int i = 0, minorRow = 0; i < size; i++)
{
if (i == row) continue;
for (int j = 0, minorCol = 0; j < size; j++)
{
if (j == col) continue;
minor[minorRow, minorCol] = matrix[i, j];
minorCol++;
}
minorRow++;
}
return minor;
}
}

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 104 KiB

View File

@ -0,0 +1,95 @@
# Лабораторная работа 6 - Параллельный поиск значения детерминанта матрицы
## ПИбд-42 || Алейкин Артем
### Описание
В данной лабораторной работе мы занимались написанием многопоточного вычислителя детерминанта больших матриц.
### Объяснения
Последовательный алгоритм:
Нахождение детерминанта реализовано рекурсивно через формулу разложения по строке матрицы.
Метод DeterminantSequential вычисляет детерминант через разложение по первой строке и вызов минора.
```
static double DeterminantSequential(double[,] matrix)
{
int size = matrix.GetLength(0);
if (size == 1)
return matrix[0, 0];
if (size == 2)
return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
double determinant = 0;
for (int col = 0; col < size; col++)
{
determinant += Math.Pow(-1, col) * matrix[0, col] * DeterminantSequential(Minor(matrix, 0, col));
}
return determinant;
}
```
Параллельный алгоритм:
Каждую итерацию разложения по строке матрицы можно выполнять в отдельном потоке.
DeterminantParallel использует Parallel.For для запуска потоков.
```
static double DeterminantParallel(double[,] matrix, int threadCount)
{
int size = matrix.GetLength(0);
if (size == 1)
return matrix[0, 0];
if (size == 2)
return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
double determinant = 0;
object lockObject = new object();
Parallel.For(0, size, new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = threadCount }, col =>
{
double minorDeterminant = DeterminantSequential(Minor(matrix, 0, col));
double term = Math.Pow(-1, col) * matrix[0, col] * minorDeterminant;
lock (lockObject)
{
determinant += term;
}
});
return determinant;
}
```
Миноры:
Метод Minor создает подматрицу, исключая заданные строку и столбец.
```
static double[,] Minor(double[,] matrix, int row, int col)
{
int size = matrix.GetLength(0);
var minor = new double[size - 1, size - 1];
for (int i = 0, minorRow = 0; i < size; i++)
{
if (i == row) continue;
for (int j = 0, minorCol = 0; j < size; j++)
{
if (j == col) continue;
minor[minorRow, minorCol] = matrix[i, j];
minorCol++;
}
minorRow++;
}
return minor;
}
```
В результате мы получаем следующие значения:
![Вычисление детерминанта матриц](./Images/Отчет1.png)
Результаты аналогичны с предыдущей лабораторной работой, многопоточный подход позволяет кратно выигрывать время, но и ресурсы на организацию работы всех потоков тоже существенны.
Видео демонстрации работы: https://vk.com/video248424990_456239613?list=ln-tyTv9vKdAOzQyPm5Y3