Nâng cao hiệu năng tính toán cho các bài toán tìm đường đi ngắn nhất và cây khung nhỏ nhất

Đ I H CăĐĨăN NG TR NGăĐ I H CăS ăPH M - - NGUY NăĐĔNGăKHOA NÂNG CAO HI UăNĔNGăTệNHăTOỄNă CHO CỄCăBĨIăTOỄNăTỊMăĐ NGăĐIăNG N NH T VÀ CÂY KHUNG NH NH T LU NăVĔNăTH CăSƾ H TH NG THÔNG TIN ĐƠăN ng, 2019 Đ I H CăĐĨăN NG TR NGăĐ I H CăS ăPH M - - NGUY NăĐĔNGăKHOA NÂNG CAO HI UăNĔNGăTệNHăTOỄNă CHOăCỄCăBĨIăTOỄNăTỊMăĐ NGăĐIăNG N NH T VÀ CÂY KHUNG NH NH T Chuyên ngành: H th ng thông tin Mã s : 848.01.04 LU NăVĔNăTH CăSƾ NG IăH NG D N KHOA H C: TS NGUY NăĐỊNHăL U ĐƠăN ng, 2019 ii L I C Mă N L i xin gửi l i cảm ơn chân thành đến quý thầy cô giáo, Khoa chuyên ngành Công nghệ thông tin, Trư ng Đại học Sư Phạm tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến th c, kinh nghiệm quý báu suốt th i gian theo học chương trình Các kiến th c, kinh nghiệm quý báu c a thầy cô giáo không giúp cá nhân tơi hồn thiện hệ thống kiến th c học tập mà cịn giúp tơi ng dụng kiến th c cơng việc Đặc biệt, xin g i l i cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo c a tơi TS Nguy năĐìnhăL u, ngư i Thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ tình cảm với gia đình, đồng nghiệp, bạn bè tạo điều kiện để tơi dành th i gian cho khóa học Xin chân thành cảm ơn anh chị em lớp K34 ln hỗ trợ tơi q trình học tập để có kết ngày hơm nay, tơi nhớ lớp K34 thân thương Tuy có nhiều cố gắng, chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót định Tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu c a quý thầy cô giáo anh chị, bạn để luận văn ngày hoàn thiện Trân trọng cảm ơn! v M CL C L IăCAMăĐOAN i L I C Mă N ii TÓM T T iii M C L C v DANH M C CÁC T VI T T T, KÝ HI U vii DANH M C CÁC B NG viii DANH M C CÁC HÌNH ix M Đ U 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nhiệm vụ Đối tượng phạm vi nghiên c u: .1 Phương pháp nghiên c u Bố cục đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn c a đề tài CH NGă1.ăX LÝ SONG SONG VÀ L P TRÌNH V I MPI 1.1 Giới thiệu xử lý song song 1.2 Kiến trúc máy tính song song 1.2.1 Mơ hình SISD 1.2.2 Kiến trúc song song SIMD .5 1.2.3 Kiến trúc song song MISD .6 1.2.4 Mơ hình máy tính MIMD .7 1.3 Thuật toán song song 1.3.1 Quy trình thiết kế thuật tốn song song 1.3.2 Nguyên lý thiết kế thuật toán song song 1.3.3 Các cách tiếp cận thiết kế 1.3.4 Phân tích đánh giá thuật tốn song song 10 1.4 Các mô hình lập trình song song 12 1.4.1 Mơ hình chia nhớ 13 1.4.2 Mơ hình luồng 13 1.4.3 Mơ hình truyền thơng điệp 13 1.4.4 Mơ hình phân hoạch liệu 14 1.2 Lập trình song song mơi trư ng MPI 14 1.2.1 Giới thiệu 14 1.2.2 Một số đặc điểm c a lập trình MPI 15 vi 1.2.3 Một số vấn đề hiệu .18 1.3 Tìm hiểu tập lệnh c a thư viện MPI .21 1.3.1 Các lệnh quản lý môi trư ng MPI 21 1.3.2 Các kiểu liệu 23 1.3.3 Cơ chế truyền thông điệp 24 1.3.4 Các lệnh truyền thông điệp blocking 26 1.3.5 Các lệnh truyền thông điệp non-blocking 28 1.3.6 Các lệnh truyền thông tập thể .29 1.4 Kết luận chương .32 CH NGă2.ăCỄCăTHU TăTOỄNăTRểNăĐ TH 33 2.1 Thuật tốn Dijkstra tìm đư ng ngắn 33 2.1.1 Mô tả thuật toán 33 2.1.2 Ví dụ minh họa 34 2.2 Thuật tốn Prim tìm khung cực tiểu 37 2.2.1 Mơ tả thuật tốn 37 2.2.2 Ví dụ minh họa 37 CH NGă 3.ă NGHIểNă C U NG D NG THU T TOÁN SONG SONG TRểNăTH ăVI N MPI 39 3.1 Thuật toán song song Prim tìm khung cực tiểu .39 3.1.1 Cách thực thuật toán .39 3.1.2 Ví dụ thực thuật toán song song Prim 40 3.2 Thuật toán song song Dijkstra tìm đư ng ngắn từ đỉnh đến tất đỉnh 42 3.2.1 Cách thực thuật toán .42 3.2.2 Ví dụ thực thuật toán song song Dijkstra 43 3.3 Thực nghiệm chương trình 52 3.3.1 Đăng nhập hệ thống 53 3.3.2 Cách chạy chương trình hệ thống ccs1 54 3.3.3 Kết thu 56 3.3.4 Đánh giá thuật toán 57 K T LU NăVĨăH NG PHÁT TRI N 60 DANH M C TÀI LI U THAM KH O 61 QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI LU NăVĔNă(B n sao) ... tài: ? ?Nâng cao hiệu tính tốn cho tốn tìm đường ngắn khung nhỏ “ M c tiêu nhi m v 2.1 Mục tiêu Nghiên c u thuật toán song song, ng dụng thư viện cụ thể nâng cao hiệu tính tốn cho hai thuật toán Dijkstra... a tính tốn song song tính đồng th i hay xử lý nhiều tác vụ lúc Với mục đích tìm hiểu nghiên c u thuật tốn song song để giải toán đồ thị cách hiệu hơn, th i gian xử lý ngắn tơi chọn đề tài: ? ?Nâng. .. tốn Các tài ngun tính tốn bao gồm máy tính với nhiều vi xử lý hay tập máy tính kết nối mạng kết hợp c a hai dạng Cơng nghệ tính tốn song song cho phép giảm th i gian thực thi toán tùy thuộc cách