Практическое руководство. Использование параллельных контейнеров для повышения эффективности
В этом разделе показано, как использовать параллельные контейнеры для эффективного хранения и доступа к данным параллельно.
Пример кода вычисляет набор праймерных и кармайкловых чисел параллельно. Затем для каждого номера Carmichael код вычисляет основные факторы этого числа.
Пример. Определение того, является ли входное значение простым числом
В следующем примере показана is_prime функция, которая определяет, является ли входное значение простым числом и is_carmichael функцией, которая определяет, является ли входное значение номером Carmichael.
// Determines whether the input value is prime.
bool is_prime(int n)
{
if (n < 2)
return false;
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
if ((n % i) == 0)
return false;
}
return true;
}
// Determines whether the input value is a Carmichael number.
bool is_carmichael(const int n)
{
if (n < 2)
return false;
int k = n;
for (int i = 2; i <= k / i; ++i)
{
if (k % i == 0)
{
if ((k / i) % i == 0)
return false;
if ((n - 1) % (i - 1) != 0)
return false;
k /= i;
i = 1;
}
}
return k != n && (n - 1) % (k - 1) == 0;
}
Пример: вычисления праймерных и кармайкловых чисел
В следующем примере используются is_prime функции и is_carmichael функции для вычисления наборов простых и кармайкловых чисел. В примере используется параллелизм::p arallel_invoke и concurrency::p arallel_для вычислений каждого набора параллельно. Дополнительные сведения о параллельных алгоритмах см. в разделе "Параллельные алгоритмы".
В этом примере используется объект параллелизма::concurrent_queue для хранения набора чисел Carmichael, так как он позже будет использовать этот объект в качестве рабочей очереди. Он использует объект параллелизма::concurrent_vector для хранения набора простых чисел, так как он позже будет выполнять итерацию с помощью этого набора, чтобы найти основные факторы.
// The maximum number to test.
const int max = 10000000;
// Holds the Carmichael numbers that are in the range [0, max).
concurrent_queue<int> carmichaels;
// Holds the prime numbers that are in the range [0, sqrt(max)).
concurrent_vector<int> primes;
// Generate the set of Carmichael numbers and the set of prime numbers
// in parallel.
parallel_invoke(
[&] {
parallel_for(0, max, [&](int i) {
if (is_carmichael(i)) {
carmichaels.push(i);
}
});
},
[&] {
parallel_for(0, int(sqrt(static_cast<double>(max))), [&](int i) {
if (is_prime(i)) {
primes.push_back(i);
}
});
});
Пример. Поиск всех основных факторов заданного значения
В следующем примере показана prime_factors_of функция, которая использует деление пробной версии для поиска всех основных факторов заданного значения.
Эта функция использует алгоритм параллелизма::p arallel_for_each для итерации по коллекции простых чисел. Объект concurrent_vector позволяет параллельно добавлять основные факторы в результат параллельно.
// Finds all prime factors of the given value.
concurrent_vector<int> prime_factors_of(int n,
const concurrent_vector<int>& primes)
{
// Holds the prime factors of n.
concurrent_vector<int> prime_factors;
// Use trial division to find the prime factors of n.
// Every prime number that divides evenly into n is a prime factor of n.
const int max = sqrt(static_cast<double>(n));
parallel_for_each(begin(primes), end(primes), [&](int prime)
{
if (prime <= max)
{
if ((n % prime) == 0)
prime_factors.push_back(prime);
}
});
return prime_factors;
}
Пример. Обрабатывает каждый элемент в очереди чисел Carmichael
В этом примере каждый элемент в очереди чисел Carmichael обрабатывается путем вызова prime_factors_of функции для вычисления основных факторов. Она использует группу задач для параллельной работы. Дополнительные сведения о группах задач см. в разделе "Параллелизм задач".
В этом примере печатаются основные факторы для каждого номера Carmichael, если это число имеет более четырех основных факторов.
// Use a task group to compute the prime factors of each
// Carmichael number in parallel.
task_group tasks;
int carmichael;
while (carmichaels.try_pop(carmichael))
{
tasks.run([carmichael,&primes]
{
// Compute the prime factors.
auto prime_factors = prime_factors_of(carmichael, primes);
// For brevity, print the prime factors for the current number only
// if there are more than 4.
if (prime_factors.size() > 4)
{
// Sort and then print the prime factors.
sort(begin(prime_factors), end(prime_factors));
wstringstream ss;
ss << L"Prime factors of " << carmichael << L" are:";
for_each (begin(prime_factors), end(prime_factors),
[&](int prime_factor) { ss << L' ' << prime_factor; });
ss << L'.' << endl;
wcout << ss.str();
}
});
}
// Wait for the task group to finish.
tasks.wait();
Пример: готовый пример кода параллельного контейнера
В следующем коде показан полный пример, который использует параллельные контейнеры для вычисления основных факторов чисел Carmichael.
// carmichael-primes.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <concurrent_queue.h>
#include <concurrent_vector.h>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace concurrency;
using namespace std;
// Determines whether the input value is prime.
bool is_prime(int n)
{
if (n < 2)
return false;
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
if ((n % i) == 0)
return false;
}
return true;
}
// Determines whether the input value is a Carmichael number.
bool is_carmichael(const int n)
{
if (n < 2)
return false;
int k = n;
for (int i = 2; i <= k / i; ++i)
{
if (k % i == 0)
{
if ((k / i) % i == 0)
return false;
if ((n - 1) % (i - 1) != 0)
return false;
k /= i;
i = 1;
}
}
return k != n && (n - 1) % (k - 1) == 0;
}
// Finds all prime factors of the given value.
concurrent_vector<int> prime_factors_of(int n,
const concurrent_vector<int>& primes)
{
// Holds the prime factors of n.
concurrent_vector<int> prime_factors;
// Use trial division to find the prime factors of n.
// Every prime number that divides evenly into n is a prime factor of n.
const int max = sqrt(static_cast<double>(n));
parallel_for_each(begin(primes), end(primes), [&](int prime)
{
if (prime <= max)
{
if ((n % prime) == 0)
prime_factors.push_back(prime);
}
});
return prime_factors;
}
int wmain()
{
// The maximum number to test.
const int max = 10000000;
// Holds the Carmichael numbers that are in the range [0, max).
concurrent_queue<int> carmichaels;
// Holds the prime numbers that are in the range [0, sqrt(max)).
concurrent_vector<int> primes;
// Generate the set of Carmichael numbers and the set of prime numbers
// in parallel.
parallel_invoke(
[&] {
parallel_for(0, max, [&](int i) {
if (is_carmichael(i)) {
carmichaels.push(i);
}
});
},
[&] {
parallel_for(0, int(sqrt(static_cast<double>(max))), [&](int i) {
if (is_prime(i)) {
primes.push_back(i);
}
});
});
// Use a task group to compute the prime factors of each
// Carmichael number in parallel.
task_group tasks;
int carmichael;
while (carmichaels.try_pop(carmichael))
{
tasks.run([carmichael,&primes]
{
// Compute the prime factors.
auto prime_factors = prime_factors_of(carmichael, primes);
// For brevity, print the prime factors for the current number only
// if there are more than 4.
if (prime_factors.size() > 4)
{
// Sort and then print the prime factors.
sort(begin(prime_factors), end(prime_factors));
wstringstream ss;
ss << L"Prime factors of " << carmichael << L" are:";
for_each (begin(prime_factors), end(prime_factors),
[&](int prime_factor) { ss << L' ' << prime_factor; });
ss << L'.' << endl;
wcout << ss.str();
}
});
}
// Wait for the task group to finish.
tasks.wait();
}
В этом примере создается следующий пример выходных данных.
Prime factors of 9890881 are: 7 11 13 41 241.
Prime factors of 825265 are: 5 7 17 19 73.
Prime factors of 1050985 are: 5 13 19 23 37.
Компиляция кода
Скопируйте пример кода и вставьте его в проект Visual Studio или вставьте его в файл с именем carmichael-primes.cpp , а затем выполните следующую команду в окне командной строки Visual Studio.
cl.exe /EHsc carmichael-primes.cpp
См. также
Параллельные контейнеры и объекты
Параллелизм задач
Класс concurrent_vector
Класс concurrent_queue
Функция parallel_invoke
Функция parallel_for
Класс task_group