Сизов Дмитрий. Технология SEQ-MPI. Подсчет числа несовпадающих символов двух строк. Вариант 27

[SizovDmitry]

Отчёт по задаче: "Подсчет числа несовпадающих символов двух строк"

Вариант: №27
Выполнил студент группы 3823Б1ФИ2: Сизов Дмитрий Игоревич
Работу проверили: преподаватель Нестеров Александр Юрьевич и преподаватель Оболенский Арсений Андреевич

Введение

В рамках данной работы реализован алгоритм подсчета несовпадающих символов в двух строках одинаковой длины, а также выполнена его параллелизация с использованием технологии MPI. Целью является ускорение вычислений за счет распределения работы между несколькими процессами.

Постановка задачи и формальное описание

Имеются две строки одинаковой длины. Требуется определить количество позиций, на которых символы в строках различаются.
Формально: пусть A и B — строки длины n. Необходимо вычислить:
count = количество таких i, что A[i] ≠ B[i] для 0 ≤ i < n

Пример

Строка A: "abcde"
Строка B: "abzdf"
Несовпадения: 2 (позиции 2 и 4)

Реализация разделена на модули

• ops_seq.hpp и ops_seq.cpp — реализация последовательного алгоритма
• ops_mpi.hpp и ops_mpi.cpp — реализация параллельного алгоритма
• common.hpp — общее определение входных/выходных типов

Описание последовательной версии

Алгоритм проходит по всем символам строк и сравнивает их попарно. Каждое несовпадение увеличивает счетчик. Итог — общее количество отличий.

Описание параллельной версии

Параллельный алгоритм с использованием MPI делит входные строки на блоки, равномерно распределяемые между процессами. Каждый процесс сравнивает символы в своем участке и подсчитывает количество несовпадений. Частичные результаты объединяются с помощью MPI_Reduce, а итоговая сумма сохраняется на процессе с рангом 0.
Такой подход позволяет ускорить вычисления за счёт распределённой обработки данных.

Тестирования разделены на модули

• functional/main.cpp — функциональные тесты
• performance/main.cpp — производительные тесты

Функциональное тестирование

Функциональные тесты предназначены для проверки корректности работы алгоритма на заранее известных входных данных.
В рамках теста используются строки, считываемые из файла strings.txt. Файл содержит две строки, которые сравниваются с помощью обеих реализаций.
Ожидаемый результат рассчитывается в рамках теста: для каждой позиции двух строк выполняется сравнение, и при обнаружении различий счётчик увеличивается.
Результат, возвращаемый алгоритмом, сопоставляется с ожидаемым значением. Это позволяет удостовериться в корректности как последовательной, так и MPI-реализации.

Тестирование производительности

В тестировании на производительность формируются две строки по 1 миллиону символов.
Первая строка полностью состоит из символов 'a', вторая — копия первой, но с заменой первых 10% символов на 'b'.
Это гарантирует строго определённое число несовпадений (100 000), что позволяет точно проверить корректность результата.