tasks/ostrovskaya-sf/lab_6/README.md

@@ -0,0 +1,66 @@
+# Отчет по лабораторной работе №5
+
+Выполнила студентка гр. ИСЭбд-41 Островская С.Ф.
+
+## Создание приложения
+
+Было выбрано консольное приложение, язык программирования - c#.
+
+Обычный алгоритм:
+
+```cs
+static void SequentialDeterminantCalculation(int matrixSize, int lowerLimit, int upperLimit)
+    {
+        int[][] randomMatrix = GenerateRandomMatrix(matrixSize, lowerLimit, upperLimit);
+
+        Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
+        stopwatch.Start();
+        int result = Determinant(randomMatrix);
+        stopwatch.Stop();
+        TimeSpan elapsedTime = stopwatch.Elapsed;
+        Console.WriteLine($"Последовательный детерминант: {result}");
+        Console.WriteLine($"Последовательное время: {elapsedTime.TotalSeconds:F7} секунд");
+    }
+```
+Параллельный алгоритм:
+
+```cs
+static void ParallelDeterminantCalculation(int matrixSize, int lowerLimit, int upperLimit, int numProcesses)
+    {
+        int[][] randomMatrix = GenerateRandomMatrix(matrixSize, lowerLimit, upperLimit);
+
+        int[][] matricesToProcess = new int[matrixSize][];
+        for (int col = 0; col < matrixSize; col++)
+        {
+            matricesToProcess[col] = Submatrix(randomMatrix, 0, col)[0];
+        }
+
+        Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
+        stopwatch.Start();
+        int[] determinants = new int[matrixSize];
+        Parallel.For(0, matrixSize, new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = numProcesses }, col =>
+        {
+            determinants[col] = Determinant(new int[][] { matricesToProcess[col] });
+        });
+
+        int result = 0;
+        for (int col = 0; col < matrixSize; col++)
+        {
+            result += ((-1) * col) * randomMatrix[0][col] * determinants[col];
+        }
+        stopwatch.Stop();
+        TimeSpan elapsedTime = stopwatch.Elapsed;
+        Console.WriteLine($"Параллельный детерминант: {result}");
+        Console.WriteLine($"Параллельное время: {elapsedTime.TotalSeconds:F7} секунд");
+    }
+```
+
+## Бенчмарки
+
+Для примера была взята матрица размерностью 10х10, поскольку для матриц больших размеров детерминант вычисляется слишком долго.
+
+
+![](pic/pic1.jpg)
+
+
+``Вывод``: Обыный алгоритм работает быстрее, если количество элементов не слишком много. Параллельный же алгоритм работает быстрее только при наличии большого количества операций и данных.

tasks/ostrovskaya-sf/lab_6/lab_6_matrix/lab_6_matrix/Program.cs

@@ -1,170 +1,135 @@
 using System;
 using System.Diagnostics;
-using System.Threading;
+using System.Threading.Tasks;
 
 class Program
 {
-    static void Main(string[] args)
+    static void SequentialDeterminantCalculation(int matrixSize, int lowerLimit, int upperLimit)
     {
-        int matrixSize = 3; // размерность матрицы
+        int[][] randomMatrix = GenerateRandomMatrix(matrixSize, lowerLimit, upperLimit);
 
-        // Создаем матрицу
+        Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
-        int[,] matrix = new int[matrixSize, matrixSize];
+        stopwatch.Start();
+        int result = Determinant(randomMatrix);
+        stopwatch.Stop();
+        TimeSpan elapsedTime = stopwatch.Elapsed;
+        Console.WriteLine($"Последовательный детерминант: {result}");
+        Console.WriteLine($"Последовательное время: {elapsedTime.TotalSeconds:F7} секунд");
+    }
 
-        // Заполняем матрицу случайными значениями
+    static void ParallelDeterminantCalculation(int matrixSize, int lowerLimit, int upperLimit, int numProcesses)
+    {
+        int[][] randomMatrix = GenerateRandomMatrix(matrixSize, lowerLimit, upperLimit);
+
+        int[][] matricesToProcess = new int[matrixSize][];
+        for (int col = 0; col < matrixSize; col++)
+        {
+            matricesToProcess[col] = Submatrix(randomMatrix, 0, col)[0];
+        }
+
+        Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
+        stopwatch.Start();
+        int[] determinants = new int[matrixSize];
+        Parallel.For(0, matrixSize, new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = numProcesses }, col =>
+        {
+            determinants[col] = Determinant(new int[][] { matricesToProcess[col] });
+        });
+
+        int result = 0;
+        for (int col = 0; col < matrixSize; col++)
+        {
+            result += ((-1) * col) * randomMatrix[0][col] * determinants[col];
+        }
+        stopwatch.Stop();
+        TimeSpan elapsedTime = stopwatch.Elapsed;
+        Console.WriteLine($"Параллельный детерминант: {result}");
+        Console.WriteLine($"Параллельное время: {elapsedTime.TotalSeconds:F7} секунд");
+    }
+
+    static int[][] GenerateRandomMatrix(int matrixSize, int lowerLimit, int upperLimit)
+    {
         Random random = new Random();
+        int[][] matrix = new int[matrixSize][];
+
         for (int i = 0; i < matrixSize; i++)
         {
+            matrix[i] = new int[matrixSize];
             for (int j = 0; j < matrixSize; j++)
             {
-                matrix[i, j] = random.Next(1, 10);
+                matrix[i][j] = random.Next(lowerLimit, upperLimit);
             }
         }
 
-        Console.Write("Введите количество потоков: ");
+        return matrix;
-        int numThreads = int.Parse(Console.ReadLine());
-
-        int detSequential = CalculateDeterminantSequential(matrix);
-        Console.WriteLine($"Детерминант (обычный алгоритм): {detSequential}");
-
-        int detParallel = CalculateDeterminantParallel(matrix, numThreads);
-        Console.WriteLine($"Детерминант (параллельный алгоритм, {numThreads} поток): {detParallel}");
-
-        // Бенчмарки
-        Console.WriteLine("\nБенчмарки:");
-
-        // Последовательный алгоритм
-        Console.WriteLine("Последовательный алгоритм:");
-
-        // Матрица 5x5
-        matrixSize = 5;
-        matrix = new int[matrixSize, matrixSize];
-        FillMatrix(matrix, random);
-        Stopwatch sw1 = new Stopwatch();
-        sw1.Start();
-        detSequential = CalculateDeterminantSequential(matrix);
-        sw1.Stop();
-        TimeSpan elapsedTime1 = sw1.Elapsed;
-        Console.WriteLine($"Матрица {matrixSize}x{matrixSize}: Время выполнения - {elapsedTime1.TotalSeconds:F7} с");
-
-        // Матрица 10x10
-        matrixSize = 10;
-        matrix = new int[matrixSize, matrixSize];
-        FillMatrix(matrix, random);
-        sw1 = new Stopwatch();
-        sw1.Start();
-        detSequential = CalculateDeterminantSequential(matrix);
-        sw1.Stop();
-        elapsedTime1 = sw1.Elapsed;
-        Console.WriteLine($"Матрица {matrixSize}x{matrixSize}: Время выполнения - {elapsedTime1.TotalSeconds:F7} с");
-
-        // Параллельный алгоритм
-        Console.WriteLine("\nПараллельный алгоритм:");
-
-        // Матрица 5x5
-        matrixSize = 5;
-        matrix = new int[matrixSize, matrixSize];
-        FillMatrix(matrix, random);
-        numThreads = 4;
-        Stopwatch sw2 = new Stopwatch();
-        sw2.Start();
-        detParallel = CalculateDeterminantParallel(matrix, numThreads);
-        sw2.Stop();
-        TimeSpan elapsedTime2 = sw2.Elapsed;
-        Console.WriteLine($"Матрица {matrixSize}x{matrixSize}, {numThreads} потоков: Время выполнения - {elapsedTime2.TotalSeconds:F7} с");
-
-        // Матрица 10x10
-        matrixSize = 10;
-        matrix = new int[matrixSize, matrixSize];
-        FillMatrix(matrix, random);
-        numThreads = 4;
-        sw2 = new Stopwatch();
-        sw2.Start();
-        detParallel = CalculateDeterminantParallel(matrix, numThreads);
-        sw2.Stop();
-        elapsedTime2 = sw2.Elapsed;
-        Console.WriteLine($"Матрица {matrixSize}x{matrixSize}, {numThreads} потоков: Время выполнения - {elapsedTime2.TotalSeconds:F7} с");
-
     }
 
-    static void FillMatrix(int[,] matrix, Random random)
+    static int[][] Submatrix(int[][] matrix, int rowToDelete, int colToDelete)
     {
-        int n = matrix.GetLength(0);
+        int size = matrix.Length - 1;
-        for (int i = 0; i < n; i++)
+        int[][] submatrix = new int[size][];
+
+        int rowIndex = 0;
+
+        for (int i = 0; i < matrix.Length; i++)
         {
-            for (int j = 0; j < n; j++)
+            if (i == rowToDelete)
+                continue;
+
+            submatrix[rowIndex] = new int[size];
+
+            int colIndex = 0;
+            for (int j = 0; j < matrix.Length; j++)
             {
-                matrix[i, j] = random.Next(10); // Здесь можно указать диапазон случайных значений, в данном случае от 0 до 9
+                if (j == colToDelete)
-            }
+                    continue;
-        }
+
+                submatrix[rowIndex][colIndex] = matrix[i][j];
+                colIndex++;
             }
 
-    static int CalculateDeterminantSequential(int[,] matrix)
+            rowIndex++;
+        }
+
+        return submatrix;
+    }
+
+    static int Determinant(int[][] matrix)
     {
-        int n = matrix.GetLength(0);
+        int n = matrix.Length;
         if (n == 1)
         {
-            return matrix[0, 0];
+            return matrix[0][0];
         }
         else if (n == 2)
         {
-            return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
+            return matrix[0][0] * matrix[1][1] - matrix[0][1] * matrix[1][0];
         }
         else
         {
             int determinant = 0;
+
             for (int j = 0; j < n; j++)
             {
-                int[,] subMatrix = new int[n - 1, n - 1];
+                int[][] submatrix = Submatrix(matrix, 0, j);
-                for (int i = 1; i < n; i++)
+                int subDeterminant = Determinant(submatrix);
-                {
+                determinant += ((-1) * j) * matrix[0][j] * subDeterminant;
-                    for (int k = 0; k < j; k++)
-                    {
-                        subMatrix[i - 1, k] = matrix[i, k];
-                    }
-                    for (int k = j + 1; k < n; k++)
-                    {
-                        subMatrix[i - 1, k - 1] = matrix[i, k];
-                    }
-                }
-                determinant += (int)Math.Pow(-1, j) * matrix[0, j] * CalculateDeterminantSequential(subMatrix);
             }
+
             return determinant;
         }
     }
 
-    static int CalculateDeterminantParallel(int[,] matrix, int numThreads)
+    static void Main(string[] args)
     {
-        int n = matrix.GetLength(0);
+        SequentialDeterminantCalculation(10, 0, 10);
-        if (n == 1)
+        Console.WriteLine();
+
+        int[] numThreads = { 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 32 };
+
+        for (int i = 0; i < 8; i++)
         {
-            return matrix[0, 0];
+            Console.WriteLine($"Количество потоков: {numThreads[i]}");
-        }
+            ParallelDeterminantCalculation(10, 0, 10, numThreads[i]);
-        else if (n == 2)
-        {
-            return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0];
-        }
-        else
-        {
-            int determinant = 0;
-            Parallel.For(0, n, new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = numThreads }, j =>
-            {
-                int[,] subMatrix = new int[n - 1, n - 1];
-                for (int i = 1; i < n; i++)
-                {
-                    for (int k = 0; k < j; k++)
-                    {
-                        subMatrix[i - 1, k] = matrix[i, k];
-                    }
-                    for (int k = j + 1; k < n; k++)
-                    {
-                        subMatrix[i - 1, k - 1] = matrix[i, k];
-                    }
-                }
-                int subDeterminant = CalculateDeterminantParallel(subMatrix, numThreads);
-                Interlocked.Add(ref determinant, (int)Math.Pow(-1, j) * matrix[0, j] * subDeterminant);
-            });
-            return determinant;
         }
     }
 }