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物格而后知致
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双核CPU上的快速排序效率

为了试验一下多核CPU上排序算法的效率，得比较单任务情况下和多任务并行排序算法的差距，因此选用快速排序算法来进行比较。
测试环境：双核CPU 2.66GHZ
          单核CPU 2.4GHZ
 
以下是一个快速排序算法的源代码：
UINT Split ( void ** ppData , UINT uStart , UINT uEnd ,
                     COMPAREFUNC CompareFunc )
{
    void * pSelData ;
     UINT uLow ;
    UINT uHigh ;
 
    uLow = uStart ;
    uHigh = uEnd ;
 
    pSelData = ppData [ uLow ];
    while ( uLow < uHigh )
    {
        while ( (* CompareFunc )( ppData [ uHigh ], pSelData ) > 0
            && uLow != uHigh )
        {
            -- uHigh ;
        }
        if ( uHigh != uLow )
        {
            ppData [ uLow ] = ppData [ uHigh ];
            ++ uLow ;
        }
 
        while ( (* CompareFunc )( ppData [ uLow ], pSelData ) < 0
            && uLow != uHigh )
        {
             ++ uLow ;
        }
         if ( uLow != uHigh )
        {
            ppData [ uHigh ] = ppData [ uLow ];
            -- uHigh ;
        }
    }
    ppData [ uLow ] = pSelData ;
 
    return uLow ;
}
 
 
void QuickSort ( void ** ppData , UINT uStart , UINT uEnd ,
                        COMPAREFUNC CompareFunc )
{
    UINT uMid = Split ( ppData , uStart , uEnd , CompareFunc );
    if ( uMid > uStart )
    {
        QuickSort ( ppData , uStart , uMid - 1, CompareFunc );
    }
 
    if ( uEnd > uMid )
    {
        QuickSort ( ppData , uMid + 1, uEnd , CompareFunc );
   }
}
 
先测试一下这个快速排序算法排一百万个随机整数所花的时间：
void Test_QuickSort ( void )
{
    UINT i ;
    UINT uCount = 1000000; //1000000 个
 
    srand ( time ( NULL ));
    void ** pp = ( void **) malloc ( uCount * sizeof ( void *));
    for ( i = 0; i < uCount ; i ++ )
    {
        pp [ i ] = ( void *)( rand () % uCount );
    }
 
       clock_t t1 = clock ();
    QuickSort ( pp , 0, uCount -1, UIntCompare );
       clock_t t2 = clock ();
 
       printf ( "QuickSort 1000000 Time %ld\n" , t2 - t1 );
 
    free ( pp );
}
 
在双核CPU2.66GHZ机器上运行测试程序，打印出花费的时间约为469 ms
在单核CPU2.4GHZ机器上运行测试程序，打印出花费时间约为500ms
可见在双核CPU上运行单任务程序和单核CPU完全是一样的，效率没有任何提高。
 
下面再来把上面的快速排序程序变成并行的，一个简单的方法就是将要排序的区间分成相同的几个段，然后对每个段进行快速排序，排序完后再使用归并算法将排好的几个区间归并成一个排好序的表，我们先四个线程来进行排序，代码如下：
 
void ** Merge ( void ** ppData , UINT uStart , UINT uEnd ,
       void ** ppData2 , UINT uStart2 , UINT uEnd2 , COMPAREFUNC cfunc )
{
    UINT i , j , k ;
    UINT u1 , u2 , v1 , v2 ;
    void ** pp1 ;
    void ** pp2 ;
 
    void ** pp = ( void **) malloc ( ( uEnd - uStart +1+ uEnd2 - uStart2 +1) * sizeof ( void *));
    if ( pp == NULL )
    {
        return NULL ;
    }
 
    if ( (* cfunc )( ppData2 [ uStart2 ], ppData [ uStart ]) > 0 )
    {
        u1 = uStart ;
        u2 = uEnd ;
        v1 = uStart2 ;
        v2 = uEnd2 ;
        pp1 = ppData ;
        pp2 = ppData2 ;
    }
    else
    {       
        u1 = uStart2 ;
        u2 = uEnd2 ;
         v1 = uStart ;
        v2 = uEnd ;
        pp1 = ppData2 ;
        pp2 = ppData ;
    }
 
    k = 0;
    pp [ k ] = pp1 [ u1 ];
    j = v1 ;
    for ( i = u1 +1; i <= u2 ; i ++ )
    {
        while ( j <= v2 )
        {
            if ( (* cfunc )( pp2 [ j ], pp1 [ i ]) < 0 )
           {
                ++ k ;
                pp [ k ] = pp2 [ j ];
                j ++;
            }
            else
            {
                break ;
            }
        }
        ++ k ;
        pp [ k ] = pp1 [ i ];
    }
 
    if ( j < v2 )
    {
        for ( i = j ; i <= v2 ; i ++)
        {
            ++ k ;
            pp [ k ] = pp2 [ i ];
        }
    }
    return pp ;
}
 
typedef struct SORTNODE_st {
       void **           ppData ;
       UINT              uStart ;
       UINT              uEnd ;
       COMPAREFUNC func ;
} SORTNODE ;
 
 
DWORD WINAPI QuickSort_Thread ( void * arg )
{
       SORTNODE    * pNode = ( SORTNODE *) arg ;
       QuickSort ( pNode -> ppData , pNode -> uStart , pNode -> uEnd , pNode -> func );
       return 1;
}
 
#define THREAD_COUNT     4
 
INT MQuickSort ( void ** ppData , UINT uStart , UINT uEnd ,
COMPAREFUNC CompareFunc )
{
    void ** pp1 ;
    void ** pp2 ;
    void ** pp3 ;
       INT                i ;
       SORTNODE    Node [ THREAD_COUNT ];
       HANDLE         hThread [ THREAD_COUNT ];
 
       INT         nRet = CAPI_FAILED ;
 
       for ( i = 0; i < THREAD_COUNT ; i ++)
       {
              Node [ i ]. ppData = ppData ;
              if ( i == 0 )
              {
                     Node [ i ]. uStart = uStart ;
              }
              else
              {
                     Node [ i ]. uStart = uEnd * i / THREAD_COUNT + 1; 
              }
              Node [ i ]. uEnd = uEnd *( i +1) / THREAD_COUNT ;
              Node [ i ]. func = CompareFunc ;
 
              hThread [ i ] = CreateThread ( NULL , 0, QuickSort_Thread , &( Node [ i ]), 0, NULL );
       }
 
       for ( i = 0; i < THREAD_COUNT ; i ++ )
       {
              WaitForSingleObject ( hThread [ i ], INFINITE );
       }
 
 
    pp1 = Merge ( ppData , uStart , uEnd /4, ppData , uEnd /4+1, uEnd /2, CompareFunc );
 
    pp2 = Merge ( ppData , uEnd /2+1, uEnd *3/4, ppData , uEnd *3/4+1, uEnd , CompareFunc );
 
    if ( pp1 != NULL && pp2 != NULL )
    {
        pp3 = Merge ( pp1 , 0, uEnd /2- uStart , pp2 , 0, uEnd - uEnd /2 - 1, CompareFunc );
 
        if ( pp3 != NULL )
        {
            UINT i ;
         
            for ( i = uStart ; i <= uEnd ; i ++)
            {
                ppData [ i ] = pp3 [ i - uStart ];
            }
            free ( pp3 );
            nRet = CAPI_SUCCESS ;
        }
    }
    if ( pp1 != NULL )
    {
        free ( pp1 );
    }
    if ( pp2 != NULL )
    {
        free ( pp2 );
    }
 
    return nRet ;
}
 
用下面程序来测试一下排 1 百万个随机整数的花费时间：
void Test_MQuickSort ( void )
{
    UINT i ;
    UINT uCount = 1000000; //1000 个
 
    srand ( time ( NULL ));
    void ** pp = ( void **) malloc ( uCount * sizeof ( void *));
    for ( i = 0; i < uCount ; i ++ )
    {
        pp [ i ] = ( void *)( rand () % uCount );
    }
 
       clock_t t1 = clock ();
    INT nRet = MQuickSort ( pp , 0, uCount -1, UIntCompare );
       clock_t t2 = clock ();
 
       printf ( "MQuickSort 1000000 Time %ld\n" , t2 - t1 );
 
    free ( pp );
}
 
在双核 CPU 上运行后，打印出花费的时间为 281 ms 比单任务版的快速排序函数快了 188ms 左右，效率提高了 188/281 = 67% 左右。
在单核 CPU 上运行上面的 Test_MQuickSort 函数，花费的时间约为 532ms.
 
可见双核 CPU 中，多任务程序速度还是有很大提高的。
 
当然上面的多任务版的快速排序程序还有很大的改进余地，当对 4 个区间排好序后，后面的归并操作都是在一个任务里运行的，对整体效率会产生影响。估计将程序继续优化后，速度还能再快一些。

from: http://www.yuanma.org/data/2006/0824/article_1397.htm

posted on 2006-11-28 09:58 weidagang2046 阅读(325) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: Algorithm


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