基于python代码,实现500个节点进行随机多项式,计算运行时间和所占内存,然后将节点分区按照四种方法分区之后,再次计算得出时间和内存的对比结果,并绘折线图对比

时间: 2024-03-11 08:50:45 浏览: 16
好的,请稍等一下,我来为您解答。 首先,我们需要用 Python 生成 500 个随机多项式。这里我们使用 NumPy 库来生成随机数,并使用 SymPy 库来进行多项式运算。代码如下: ```python import numpy as np import sympy as sp np.random.seed(0) # 生成随机多项式 def generate_polynomials(num_polynomials, max_degree): polynomials = [] for i in range(num_polynomials): degree = np.random.randint(1, max_degree + 1) coeffs = np.random.randint(-10, 10, degree) x = sp.symbols('x') poly = sp.Poly(coeffs.tolist()[::-1], x) polynomials.append(poly) return polynomials polynomials = generate_polynomials(500, 10) ``` 接下来,我们需要计算程序的运行时间和所占内存。这里我们可以使用 Python 内置的 time 和 memory_profiler 库来进行计时和内存监测。代码如下: ```python import time from memory_profiler import memory_usage # 计算程序运行时间和所占内存 def calculate_time_and_memory_usage(func): start_time = time.time() memory_usage_before = memory_usage()[0] result = func() memory_usage_after = memory_usage()[0] end_time = time.time() time_usage = end_time - start_time memory_usage = memory_usage_after - memory_usage_before return time_usage, memory_usage, result # 测试计算多项式的函数 def test_polynomials(polynomials): results = [] for poly in polynomials: result = poly.evalf(subs={'x': np.random.rand()}) results.append(result) return results # 计算未分区时的运行时间和内存占用 time_usage_1, memory_usage_1, _ = calculate_time_and_memory_usage(lambda: test_polynomials(polynomials)) print('Time usage (no partition):', time_usage_1) print('Memory usage (no partition):', memory_usage_1) ``` 接下来,我们将节点分区。这里我们使用四种常用的分区方法:等分法、负载均衡法、随机分配法和聚类法。代码如下: ```python import math from sklearn.cluster import KMeans # 等分法 def partition_equally(num_partitions, nodes): partitions = [] num_nodes_per_partition = math.ceil(len(nodes) / num_partitions) for i in range(num_partitions): start_index = i * num_nodes_per_partition end_index = min((i + 1) * num_nodes_per_partition, len(nodes)) partition = nodes[start_index:end_index] partitions.append(partition) return partitions # 负载均衡法 def partition_load_balanced(num_partitions, nodes, weights): partitions = [[] for i in range(num_partitions)] total_weight = sum(weights) weight_per_partition = total_weight / num_partitions current_partition_index = 0 current_partition_weight = 0 for i in range(len(nodes)): node = nodes[i] weight = weights[i] if current_partition_weight + weight > weight_per_partition and current_partition_index < num_partitions - 1: current_partition_index += 1 current_partition_weight = 0 partitions[current_partition_index].append(node) current_partition_weight += weight return partitions # 随机分配法 def partition_randomly(num_partitions, nodes): np.random.shuffle(nodes) return partition_equally(num_partitions, nodes) # 聚类法 def partition_by_clustering(num_partitions, nodes, features): kmeans = KMeans(n_clusters=num_partitions) kmeans.fit(features) labels = kmeans.labels_ partitions = [[] for i in range(num_partitions)] for i in range(len(nodes)): node = nodes[i] partition_index = labels[i] partitions[partition_index].append(node) return partitions # 测试分区方法的运行时间和内存占用 num_partitions = 10 weights = np.random.rand(len(polynomials)) * 10 features = np.random.rand(len(polynomials), 2) nodes = list(range(len(polynomials))) time_usage_2, memory_usage_2, partitions = calculate_time_and_memory_usage(lambda: partition_equally(num_partitions, nodes)) time_usage_3, memory_usage_3, partitions = calculate_time_and_memory_usage(lambda: partition_load_balanced(num_partitions, nodes, weights)) time_usage_4, memory_usage_4, partitions = calculate_time_and_memory_usage(lambda: partition_randomly(num_partitions, nodes)) time_usage_5, memory_usage_5, partitions = calculate_time_and_memory_usage(lambda: partition_by_clustering(num_partitions, nodes, features)) print('Time usage (equally):', time_usage_2) print('Memory usage (equally):', memory_usage_2) print('Time usage (load balanced):', time_usage_3) print('Memory usage (load balanced):', memory_usage_3) print('Time usage (randomly):', time_usage_4) print('Memory usage (randomly):', memory_usage_4) print('Time usage (clustering):', time_usage_5) print('Memory usage (clustering):', memory_usage_5) ``` 最后,我们将结果绘制成折线图。这里我们使用 Matplotlib 库来进行绘图。代码如下: ```python import matplotlib.pyplot as plt # 绘制时间和内存占用的折线图 times = [time_usage_1, time_usage_2, time_usage_3, time_usage_4, time_usage_5] memories = [memory_usage_1, memory_usage_2, memory_usage_3, memory_usage_4, memory_usage_5] labels = ['No partition', 'Equally', 'Load balanced', 'Randomly', 'Clustering'] plt.plot(labels, times, label='Time') plt.plot(labels, memories, label='Memory') plt.legend() plt.show() ``` 这样,我们就完成了基于 Python 代码的 500 个节点随机多项式的计算、分区、运行时间和内存占用的对比,并绘制了折线图。

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