CTEC快速排序算法的缺点缺点-西安交通大学计算机教学实验中心

总结
CTEC
排序问题
问题：
排序是计算机内经常进行的一种操作，其目的是将 一组“无序”的记录序列调整为“有序”的记录序列。排 序问题的过程就是一个逐步扩大记录的有序序列长度的过 程。
CTEC 一般的解决方案案
冒泡排序的解决方案
依次比较相邻的两个数，将小数放在前面，大数放在后
面。经过第一趟结束，将最大的数放到了最后。接着上面的 方法向下，如此下去，重复以上过程，直至最终完成排序， 这个过程相当于气泡往上升，所以称作冒泡排序。
任务1 任务3
任务2
CTEC 并行举例
例1：
设想一个人在挖一条10英尺长的壕沟。如果10个人每人 挖一英尺，该任务就可以以几乎快10倍的速度完成。然而，
相同的策略不能应用到挖一条10英尺深的壕沟——直到第一
个1英尺完成后才能进行第二个1英尺。
例2：
虽然一名女子可以怀胎十个月，但不能加快这个过程：
十名妇女共同怀一个孩子1个月。
如这样的步骤，每一步归并时交给不同的处理机完成，这
样就能完成归并排序的并行化。
算法优点：
他解决了快速排序的负载不平衡的问题，有较大的实用性
CTEC 总结上面的问题
总结：
通过上面排序的问题，可以看出并行算法的优势以及在并 行过程中出现的问题。
优势：
可以很大程度上提高计算机的性能，并且可以在短时间 内提高计算机的性价比。因为花在一台电脑上的大部分钱是用 来买显示器，键盘，机箱，电源，光驱……甚至是电脑桌。与 这些比起来，该处理器芯片确实是非常便宜了，不会太多地影 响电脑的价格。
CTEC 并行算法的问题
并行的问题：
1：在排序过程中可能出现负载不平衡的现象，就是快
速排序并行化后的表现，是个别的计算机大量的工作而其 他闲置。 2：并行算法并不是针对所有问题的，很多问题并不能 分解，也就不能并行化，即冒泡排序的方法就不能并行化 ，能够使用并行处理的问题还是少数。
CTEC 并行能解决什么问题
6台能不能继续提高计算的时间？
回答是否定的，因为针对上面一个计算图来说它的图的宽 度就决定了并行所用计算机的数量，而图的关键路径就是执行 这个算法所完成的时间。
CTEC 快速排序算法的并行化
快速排序算法的并行化：
先进行分区操作，然后将分区后的两个区间各用两个线
程进行排序，并且继续将区间分区时，具体的流程如下： 第一步：从数据49 38 65 97 76 13 27 49 中把49插入 中间的位置，能够把数据集分成两项，前半部分小于49，后 半部分大于49，然后把处理好的数据集分成两台处理机，分 别工作。 第二步：每个处理机按照第一步的步骤继续的操作，直
算法的效率
如果用它完成6个点的排序的话需要14个时间完成。
CTEC
本文的解决方案
本文解决方案：
首先在一块地面上用任何的一种方式获取如下图的一种 形式，然后让带有标号的学生按照这样一种规则取去走，当 道圆点处时标号小的往上走，大的往下走，当完所有路径是 就完成了排序。
CTEC 内在机理
1、值和最小值：
CTEC 并行在计算思维中的作用
为什么引入并行思维：
计算机思维来自于对人类思维的模拟，而并行是人类是人 类社会一种非常有效的解决事情的方案，所以理所应当被引人
入计算机中，成为计算思维的一部分，而并行是提高计算机能
力的一种非常好的方法。
并行思维得作用：
掌握了并行这种计算思维我们可以对现实生活的问题更加
我们可以看出6个点的排序算法是三路同时执行的，算 法的思想为：最上面的一路点第一个点是与两个比较，第 二个是与下面两个点同时比较，而第三个是与下面4个点比 较，这样就用三次完成了一次冒泡排序所需要的第一级的 比较，从而得出最小值，最大值与最小值会一起出现。
CTEC 内在机理
2、次大值和次小值：
再出现最大值与最小值之后，把图进行化简，可以看成
四个数找到最大值和最小值，化简如下：即假设删除的为 最大值通过的点，删除之后移动节点的顺序，让它变为这 样的形式。 通过此图便可得出次大值与次小值。
CTEC 算法效率
算法的效率：
这个算法为排序的一种并行化的机制，可以看出这个 方法完成排序只需要5次的比较。
CTEC 方案扩展
方案扩展：
这个算法用并行计算机去实现需要3台的并行计算机去处 理这个问题，试想，可不可以有更多的计算机呢？4台，5台，
到把数据集排好序。
CTEC 快速排序算法的缺点
缺点：
由于每次分区得到的两个区间大小不相同，计算量存在很 大差距，因此它是负载不均衡的。由于负载不平衡，造成这种
排序的效率无法得到保证，与具体的数据有关，因此这种算法
的实用价值不大。
CTEC
归并排序算法的并行化
归并排序的并行化：
把数据看成N个有序的子序列，然后两两归并，两两归并，
高效地进行处理，并且有利于我们找到最优性价比来解决问题 。
CTEC 总结
通过对并行排序网的学习，基本了解并行思维的特点，为 以后对并行的深入学习奠定了基础。
CTEC
谢谢
不当之处请批评指正
哪些问题可以并行，那些不可以并行？
阻碍并行的最大的问题就是数据的问题，即下一段的程 序需要用上一段程序的数据，所以能并行的算法能够并行执行 的前提是两端程序之间没有共用数据，这样这两段任务就可以
并行处理，反之，这两段任务不能并行处理，如图：任务1和
任务2之间没有数据来往，可以并行，但是任务3由于需要任务 1和任务2的数据，所以不能和任务1和任务2一起处理。
CTEC
本PPT的材料改编自csunplugged.org项目
Putting computers to work-Algorithms
活动8 Beat the Clock
——排序网络
西安பைடு நூலகம்通大学
高效能建模与仿真研究小组 2011年10
CTEC
总体介绍

问题的提出 两种解决方案 其他排序算法的并行化 并行计算的适用范围 计算思维为什么要强调并行运算
可以交给不同的处理机完成，得到的序列在两两归并，直到把 序列办成有序的整体，具体的流程如下： 第一步：[49] [38] [65] [97] [76] [13] [27] 第二步：[38 49] [65 97] [13 76] [27] 第三步：[38 49 65 97] [13 27 76] 第四步：[13 27 38 49 65 76 97]