Tính toán song song và ứng dụng vào bài toán tổ hợp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - HUỲNH LÊ ĐẠI NGỌC TÍNH TỐN SONG SONG VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN TỔ HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - HUỲNH LÊ ĐẠI NGỌC TÍNH TOÁN SONG SONG VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN TỔ HỢP Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH LẦU Đà Nẵng - Năm 2019 ii LỜI CẢM ƠN Lời xin cảm ơn đến quý thầy cô, khoa Công Nghệ thông tin, trường Đại học Sư Phạm tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian tơi theo học chương trình Các kiến thức, kinh nghiệm quý báu thầy cô giáo không giúp cá nhân tơi hồn thiện hệ thống kiến thức học tập mà cịn giúp tơi ứng dụng kiến thức cơng việc Đặt biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Đình Lầu, người 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 thời gian cho khóa học Xin chân thành cảm ơn anh chị em lớp K34, hỗ trợ trình học tập để có kết ngày hôm nay, nhớ lớp K34 thân thương Tuy có nhiều cố gắng, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định Tơi mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy cô giáo anh chị, bạn để luận văn ngày hoàn thiện Trân trọng cảm ơn! v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÍNH TỐN SONG SONG 1.1 Tính tốn song song mơ hình tính tốn song song 1.1.1 Mơ hình SISD (Single Intruction, Single data) 1.1.2 Mơ hình SIMD (Single Intruction, Multiple data): 1.1.3 Mơ hình MISD (Multiple Intruction, Single data) 1.1.4 Mơ hình MIMD (Multiple Intruction, Multiple data) .5 1.2 Mơ hình máy tính PRAM 1.3 Thuật toán song song 1.3.1 Quy trình xây dựng thuật toán 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 rã .10 1.3.4.1 Phân rã đệ quy 10 1.3.4.2 Phân rã liệu: 10 1.3.4.3 Phân rã thăm dò 11 1.4 Phân tích đánh giá thuật toán song song 11 CHƯƠNG TOÁN HỌC TỔ HỢP 12 2.1 Tập hợp nguyên lý 12 2.1.1 Tập hợp 12 2.1.2 Các nguyên lý 13 2.1.3 Các cấu hình tổ hợp 14 vi 2.1.3.1 Chỉnh hợp .14 2.1.3.2 Tổ hợp 15 2.1.3.3 Hoán vị .16 2.2 Bài toán liệt kê 17 2.2.1 Các phương pháp liệt kê 17 2.2.1.1 Liệt kê từ điển 17 2.2.1.2 Phương pháp sinh 17 2.2.2 Các toán liệt kê thường gặp .18 2.2.2.1 Dãy bị chặn 18 2.2.2.2 Bài toán tập 19 2.2.2.3 Hoán vị n phần tử 20 2.2.2.4 Bài toán phân hoạch 20 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN SONG SONG VÀO BÀI TOÁN TỔ HỢP 21 3.1 Bài toán sinh dãy bị chặn 21 3.1.1 Xây dựng thuật toán 21 3.1.2 Xây dựng thuật toán song song .21 3.2 Bài tốn tìm tập 23 3.2.1 Xây dựng thuật toán 23 3.2.2 Xây dựng thuật toán song song .24 3.2.3 Ví dụ minh họa tìm tất tập con tập có phần tử 25 3.2.4 Phân tích 25 3.3 Bài toán liệt kê hoán vị 26 3.3.1 Phép thế, nghịch 26 3.3.2 Xây dựng thuật toán 27 3.3.3 Xây dựng thuật toán song song .28 3.3.4 Ví dụ minh họa cho thuật toán 30 3.3.4.1 Ví dụ 1: tìm tất hốn vị dãy s có phần tử 30 3.3.4.2 Ví dụ 2: tìm tất hốn vị dãy s có phần tử 31 3.3.5 Chứng minh thuật toán song song 31 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VỚI THƯ VIỆN THREAD .33 4.1 Thread 33 4.1.1 Giới thiệu chung 33 4.1.2 Các hàm thư viện Thread .33 4.2 Cơ chế Socket 36 4.3 Lập trình thử nghiệm tìm tập 39 vii 4.4 Lập trình thử nghiệm tốn tìm hốn vị n phần tử .42 CHƯƠNG TỔNG KẾT 49 5.1 Kết luận 49 5.2 Hướng phát triển .49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1 Mơ lại tốn 16 2.2 Ví dụ dãy bị chặn 18 2.3 Biểu diễn tập theo dạng nhị phân 19 3.1 Bộ xử lý phụ sinh dãy nhị phân bị chặn với tập phần tử 25 3.2 Hoán vị, dãy nghịch thế, dãy nghịch ngược phần tử 27 3.3 Bộ xử lý phụ sinh dãy bị chặn với dãy s có phần tử 31 3.4 Bộ xử lý phụ sinh dãy bị chặn với dãy s có phần tử 31 4.1 Kết thời gian tính tốn song song 41 4.3 Kết thử nghiệm tính toán song song 47 ... thuật tốn tính tốn song song tốn tổ hợp - Lập trình ứng dụng tính tốn song song vào toán tổ hợp thư viện Thread để thử nghiệm thuật toán Phương pháp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng phương... quan khác Trước có đề tài nghiên cứu tính tốn song song nghiên cứu toán tổ hợp, nghiên cứu tách biệt việc nghiên cứu ứng dụng tính tốn song song vào toán tổ hợp chưa thực quan tâm theo quan trọng... CHƯƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN SONG SONG VÀO BÀI TỐN TỔ HỢP 21 3.1 Bài toán sinh dãy bị chặn 21 3.1.1 Xây dựng thuật toán 21 3.1.2 Xây dựng thuật toán song song