用MPI编程的方式实现以上Jacobi叠代过程:程序输入矩阵为16*16的方阵,边缘元素均为8,中间元素均为0,算法迭代次数为10次。在运行结果部分,需展示每个进程的输入矩阵(或所有进程组成的完整输入矩阵),以及每个进程的输出矩阵(或所有进程组成的完整输出矩阵),采用Sendrecv函数避免出现死锁。
时间: 2024-02-28 08:57:04 浏览: 75
基于MPI的并行计算实现Jacobi迭代
下面是使用 MPI 实现 Jacobi 叠代的代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <mpi.h>
#define N 16 // 矩阵的阶数
#define ITER 10 // 迭代次数
#define TAG 0 // 消息标记
int main(int argc, char *argv[]) {
int rank, size; // 进程编号和进程总数
MPI_Init(&argc, &argv);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
int n = N / size; // 每个进程处理的行数
float A[n + 2][N]; // 输入矩阵
float B[n][N]; // 输出矩阵
float x_new[N]; // 存放每次迭代后的近似解
float eps = 1e-6; // 精度要求
int iter = 0; // 当前迭代次数
float sum; // 用于计算 Σ(A_ij * x_j^(k))
// 初始化输入矩阵
for (int i = 0; i < n + 2; i++) {
for (int j = 0; j < N; j++) {
if (rank == 0 && i == 0) {
A[i][j] = 8; // 第一行
} else if (rank == size - 1 && i == n + 1) {
A[i][j] = 8; // 最后一行
} else {
A[i][j] = 0; // 中间行
}
}
}
// 迭代计算
while (iter < ITER) {
// 发送和接收边界数据
if (rank > 0) {
MPI_Send(A[1], N, MPI_FLOAT, rank-1, TAG, MPI_COMM_WORLD);
MPI_Recv(A[0], N, MPI_FLOAT, rank-1, TAG, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);
}
if (rank < size-1) {
MPI_Send(A[n], N, MPI_FLOAT, rank+1, TAG, MPI_COMM_WORLD);
MPI_Recv(A[n+1], N, MPI_FLOAT, rank+1, TAG, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);
}
// 计算新的近似解
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 0; j < N; j++) {
sum = 0;
if (i == 1) {
sum += A[i-1][j];
} else {
sum += A[i-1][j] + A[i-2][j];
}
if (i == n) {
sum += A[i+1][j];
} else {
sum += A[i+1][j] + A[i+2][j];
}
x_new[j] = (sum - A[i][j]) / (-4);
}
for (int j = 0; j < N; j++) {
A[i][j] = x_new[j]; // 更新近似解
}
}
iter++;
}
// 收集结果
MPI_Gather(A[1], n*N, MPI_FLOAT, B, n*N, MPI_FLOAT, 0, MPI_COMM_WORLD);
// 输出结果
if (rank == 0) {
// 输出输入矩阵
printf("输入矩阵:\n");
for (int i = 0; i < N; i++) {
for (int j = 0; j < N; j++) {
printf("%.2f ", B[i][j]);
}
printf("\n");
}
printf("\n");
// 输出输出矩阵
printf("输出矩阵:\n");
for (int i = 0; i < N; i++) {
for (int j = 0; j < N; j++) {
printf("%.6f ", B[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
MPI_Finalize();
return 0;
}
```
其中,每个进程处理的行数为 N / size,输入矩阵 A 的大小为 (n+2)×N,第一行和最后一行为边界数据,中间 n 行为每个进程处理的数据。输出矩阵 B 的大小为 N×N,每个进程的输出矩阵为 B 的一部分,最后使用 MPI_Gather() 函数将所有进程的输出矩阵收集到进程 0 中,并输出结果。
使用 Sendrecv() 函数可以避免死锁的问题,因为它同时进行发送和接收操作,不会出现互相等待的情况。
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