基于openmp的strassen矩阵乘法随着调用线程个数的增加,运行时间会怎么变化

时间: 2024-05-30 19:15:08 浏览: 14
对于基于OpenMP的Strassen矩阵乘法,随着调用线程个数的增加,运行时间会先减少后增加。当线程个数小于计算机处理器的核心数时,运行时间会随着线程个数的增加而减少。当线程个数达到处理器核心数时,运行时间会趋于稳定,不再减少。如果再增加线程个数,反而会导致运行时间增加,因为线程的开销会占用更多的计算资源,而且出现线程竞争和线程切换等问题,影响计算性能。
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写出strassen矩阵乘法基于openmp的程序,并输出运行时间

抱歉,我无法为你提供直接的代码和运行时间,因为我没有权限在此平台上运行代码。但是,我可以提供一些基本的思路来编写基于OpenMP的Strassen矩阵乘法程序,这样你就可以自己动手编写了。 首先,需要确定矩阵的大小以及递归的基线情况。然后,可以使用递归的Strassen算法来计算矩阵乘法,这个算法可以将一个大矩阵分解成四个子矩阵,然后递归计算每个子矩阵,最后将结果合并为一个大矩阵。在合并子矩阵时,需要使用OpenMP并行化来提高计算效率。 下面是伪代码示例: ``` void strassen_mult(int n, double **A, double **B, double **C) { if (n <= BASE) { // 如果差小于基线,则使用普通矩阵乘法 matrix_multiply(n, A, B, C); return; } // 计算矩阵大小的一半 int m = n / 2; #pragma omp parallel sections { // 递归计算四个子矩阵的乘积 #pragma omp section { double **A11 = create_matrix(m, m); double **B11 = create_matrix(m, m); double **C11 = create_matrix(m, m); matrix_add(m, A, 0, 0, A, m, m, A11); matrix_add(m, B, 0, 0, B, m, m, B11); strassen_mult(m, A11, B11, C11) free_matrix(m, A11); free_matrix(m, B11); free_matrix(m, C11); } #pragma omp section { double **A12 = create_matrix(m, m); double **B21 = create_matrix(m, m); double **C12 = create_matrix(m, m); matrix_add(m, A, 0, m, A, m, m, A12); matrix_add(m, B, m, 0, B, 0, m, B21); strassen_mult(m, A12, B21, C12) free_matrix(m, A12); free_matrix(m, B21); free_matrix(m, C12); } #pragma omp section { double **A11 = create_matrix(m, m); double **B12 = create_matrix(m, m); double **C21 = create_matrix(m, m); matrix_add(m, A, 0, 0, A, 0, m, A11); matrix_add(m, B, 0, m, B, m, m, B12); strassen_mult(m, A11, B12, C21) free_matrix(m, A11); free_matrix(m, B12); free_matrix(m, C21); } #pragma omp section { double **A12 = create_matrix(m, m); double **B22 = create_matrix(m, m); double **C22 = create_matrix(m, m); matrix_add(m, A, 0, m, A, m, m, A12); matrix_add(m, B, m, m, B, m, m, B22); strassen_mult(m, A12, B22, C22) free_matrix(m, A12); free_matrix(m, B22); free_matrix(m, C22); } } // 合并子矩阵 #pragma omp parallel for for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { C[i][j] = C11[i][j] + C12[i][j]; C[i][j + m] = C21[i][j] + C22[i][j]; C[i + m][j] = C11[i + m][j] + C21[i + m][j]; C[i + m][j + m] = C12[i + m][j] + C22[i + m][j]; } } } ``` 在这个示例程序中,使用了两个函数`matrix_add`和`matrix_multiply`计算矩阵的加法和乘法,可以自己编写这些函数。并且,在递归计算四个子矩阵时,使用OpenMP的并行化来提高计算效率。 至于运行时间的输出,可以使用`MPI_Wtime`函数在程序的开始和结束位置分别记录时间,然后计算两者之差即可得到程序的运行时间。

可以写出strassen矩阵乘法基于openmp的程序,并输出运行时间吗

当然可以,以下是Strassen矩阵乘法基于OpenMP的程序示例: ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <omp.h> void strassen(int n, double **a, double **b, double **c, int p) { if (n <= p) { // perform regular matrix multiplication when n is small for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { for (int k = 0; k < n; k++) { c[i][j] += a[i][k] * b[k][j]; } } } return; } int m = n / 2; double **a11, **a12, **a21, **a22, **b11, **b12, **b21, **b22; double **s1, **s2, **s3, **s4, **s5, **s6, **s7, **s8, **s9, **s10; double **p1, **p2, **p3, **p4, **p5, **p6, **p7; #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section a11 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section a12 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section a21 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section a22 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section b11 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section b12 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section b21 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section b22 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel for collapse(2) schedule(static) num_threads(8) for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { a11[i][j] = a[i][j]; a12[i][j] = a[i][j + m]; a21[i][j] = a[i + m][j]; a22[i][j] = a[i + m][j + m]; b11[i][j] = b[i][j]; b12[i][j] = b[i][j + m]; b21[i][j] = b[i + m][j]; b22[i][j] = b[i + m][j + m]; } } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section s1 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s2 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s3 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s4 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s5 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s6 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s7 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s8 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s9 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section s10 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section p1 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p2 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p3 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p4 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p5 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p6 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section p7 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section double **tmp1 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section double **tmp2 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section double **tmp3 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section double **tmp4 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section double **tmp5 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); #pragma omp section double **tmp6 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp parallel sections num_threads(8) { #pragma omp section double **tmp7 = (double **) malloc(m * sizeof(double *)); } #pragma omp task { for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { s1[i][j] = b12[i][j] - b22[i][j]; s2[i][j] = a11[i][j] + a12[i][j]; s3[i][j] = a21[i][j] + a22[i][j]; s4[i][j] = b21[i][j] - b11[i][j]; s5[i][j] = a11[i][j] + a22[i][j]; s6[i][j] = b11[i][j] + b22[i][j]; s7[i][j] = a12[i][j] - a22[i][j]; s8[i][j] = b21[i][j] + b22[i][j]; s9[i][j] = a11[i][j] - a21[i][j]; s10[i][j] = b11[i][j] + b12[i][j]; } } } #pragma omp taskwait #pragma omp task { strassen(m, a11, s1, tmp1, p); } #pragma omp task { strassen(m, s2, b22, tmp2, p); } #pragma omp task { strassen(m, s3, b11, tmp3, p); } #pragma omp task { strassen(m, a22, s4, tmp4, p); } #pragma omp task { strassen(m, s5, s6, tmp5, p); } #pragma omp task { strassen(m, s7, s8, tmp6, p); } #pragma omp task { strassen(m, s9, s10, tmp7, p); } #pragma omp taskwait #pragma omp parallel for collapse(2) schedule(static) num_threads(8) for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { p1[i][j] = tmp5[i][j] + tmp4[i][j] - tmp2[i][j] + a22[i][j] * b22[i][j]; p2[i][j] = tmp1[i][j] + tmp2[i][j]; p3[i][j] = tmp3[i][j] + tmp4[i][j]; p4[i][j] = tmp5[i][j] + tmp1[i][j] - tmp3[i][j] - b11[i][j] * a11[i][j]; p5[i][j] = tmp5[i][j] + tmp1[i][j] - tmp3[i][j] + b22[i][j] * a22[i][j]; p6[i][j] = tmp7[i][j] + tmp5[i][j] + tmp6[i][j] + tmp2[i][j]; p7[i][j] = tmp6[i][j] + tmp4[i][j] - tmp8[i][j] + b12[i][j] * a21[i][j]; } } #pragma omp parallel for collapse(2) schedule(static) num_threads(8) for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { c[i][j] = p5[i][j] + p4[i][j] - p2[i][j] + p6[i][j]; c[i][j + m] = p1[i][j] + p2[i][j]; c[i + m][j] = p3[i][j] + p4[i][j]; c[i + m][j + m] = p5[i][j] + p1[i][j] - p3[i][j] + p7[i][j]; } } return; } int main() { int n = 1024; // size of the matrices int p = 32; // threshold for switching to regular matrix multiplication double **a, **b, **c; a = (double **) calloc(n, sizeof(double *)); b = (double **) calloc(n, sizeof(double *)); c = (double **) calloc(n, sizeof(double *)); for (int i = 0; i < n; i++) { a[i] = (double *) calloc(n, sizeof(double)); b[i] = (double *) calloc(n, sizeof(double)); c[i] = (double *) calloc(n, sizeof(double)); } // initialize matrices with random numbers for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { a[i][j] = (double) rand() / RAND_MAX; b[i][j] = (double) rand() / RAND_MAX; c[i][j] = 0.0; } } double start_time = omp_get_wtime(); #pragma omp parallel { #pragma omp single strassen(n, a, b, c, p); // call the strassen function } double end_time = omp_get_wtime(); printf("Time: %f seconds\n", end_time - start_time); // free memory for (int i = 0; i < n; i++) { free(a[i]); free(b[i]); free(c[i]); } free(a); free(b); free(c); return 0; } ``` 其中,p代表阈值,当矩阵大小小于等于p时,使用普通的矩阵乘法算法。该程序使用OpenMP来并行化计算,运行时间可通过输出start_time和end_time的差值得到。

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