Кичанова Ксения. Технология SEQ-MPI. Подсчет числа буквенных символов в строке. Вариант 22.

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/common/include/common.hpp

@@ -0,0 +1,15 @@
+#pragma once
+
+#include <string>
+#include <tuple>
+
+#include "task/include/task.hpp"
+
+namespace kichanova_k_count_letters_in_str {
+
+using InType = std::string;
+using OutType = int;
+using TestType = std::tuple<int, std::string>;
+using BaseTask = ppc::task::Task<InType, OutType>;
+
+} // namespace kichanova_k_count_letters_in_str

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/info.json

@@ -0,0 +1,9 @@
+{
+  "student": {
+    "first_name": "Ксения",
+    "last_name": "Кичанова",
+    "middle_name": "Константиновна",
+    "group_number": "3823Б1ФИ3",
+    "task_number": "1"
+  }
+}

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/mpi/include/ops_mpi.hpp

@@ -0,0 +1,22 @@
+#pragma once
+
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/common/include/common.hpp"
+#include "task/include/task.hpp"
+
+namespace kichanova_k_count_letters_in_str {
+
+class KichanovaKCountLettersInStrMPI : public BaseTask {
+public:
+  static constexpr ppc::task::TypeOfTask GetStaticTypeOfTask() {
+    return ppc::task::TypeOfTask::kMPI;
+  }
+  explicit KichanovaKCountLettersInStrMPI(const InType &in);
+
+private:
+  bool ValidationImpl() override;
+  bool PreProcessingImpl() override;
+  bool RunImpl() override;
+  bool PostProcessingImpl() override;
+};
+
+} // namespace kichanova_k_count_letters_in_str

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/mpi/src/ops_mpi.cpp

@@ -0,0 +1,67 @@
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/mpi/include/ops_mpi.hpp"
+
+#include <mpi.h>
+
+#include <cctype>
+#include <string>
+
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/common/include/common.hpp"
+#include "util/include/util.hpp"
+
+namespace kichanova_k_count_letters_in_str {
+
+KichanovaKCountLettersInStrMPI::KichanovaKCountLettersInStrMPI(
+    const InType &in) {
+  SetTypeOfTask(GetStaticTypeOfTask());
+  GetInput() = in;
+  GetOutput() = 0;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrMPI::ValidationImpl() {
+  return !GetInput().empty();
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrMPI::PreProcessingImpl() {
+  GetOutput() = 0;
+  return true;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrMPI::RunImpl() {
+  auto input_str = GetInput();
+  if (input_str.empty()) {
+    return false;
+  }
+
+  int rank, size;
+  MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
+  MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
+
+  int total_length = input_str.length();
+  int chunk_size = total_length / size;
+
+  int start_index = rank * chunk_size;
+  int end_index = (rank == size - 1) ? total_length : start_index + chunk_size;
+
+  int local_count = 0;
+  for (int i = start_index; i < end_index; i++) {
+    if (std::isalpha(static_cast<unsigned char>(input_str[i]))) {
+      local_count++;
+    }
+  }
+
+  int global_count = 0;
+  MPI_Reduce(&local_count, &global_count, 1, MPI_INT, MPI_SUM, 0,
+             MPI_COMM_WORLD);
+
+  MPI_Bcast(&global_count, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
+
+  GetOutput() = global_count;
+
+  return true;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrMPI::PostProcessingImpl() {
+  return GetOutput() >= 0;
+}
+
+} // namespace kichanova_k_count_letters_in_str

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/report.md

@@ -0,0 +1,115 @@
+# Отчёт по лабораторной работе
+# Подсчёт числа буквенных символов в строке
+
+- Student: Кичанова Ксения Константиновна, group 3823Б1ФИ3
+- Technology: SEQ | MPI
+- Variant: 22
+
+## 1. Introduction
+Подсчет буквенных символов в строке — классическая задача обработки текстовых данных. В контексте параллельного программирования данная задача представляет интерес благодаря возможности распараллеливания операции подсчета символов в больших текстовых данных. Ожидается, что при использовании технолоогии mpi произойдёт ускорение по сравнению с последовательной версией.
+
+## 2. Problem Statement
+Нужно найти количество буквенных символов в строке input_str.
+Input: Строка (std::string)
+Output: Целое число (int) - количество буквенных символов в строке
+
+## 3. Baseline Algorithm (Sequential)
+Базовый последовательный алгоритм реализует однопроходное сканирование входной строки. Алгоритм последовательно обрабатывает каждый символ строки, проверяя его принадлежность к множеству буквенных символов с помощью функции std::isalpha. Для каждого символа, удовлетворяющего условию, увеличивается счетчик.
+Вычислительная сложность: O(N)
+
+## 4. Parallelization Scheme
+Каждый процесс MPI получает для обработки сегмент исходной строки. Размер сегмента вычисляется как целочисленное деление общей длины строки на количество процессов. Процесс с наибольшим рангом получает оставшуюся часть строки. Каждый процесс независимо выполняет подсчет буквенных символов в своем сегменте, проверяя каждый символ с помощью функции std::isalpha. После завершения локальных вычислений процессы синхронизируются: операция MPI_Reduce с операцией суммирования MPI_SUM собирает все локальные счетчики на процессе с рангом 0. Затем итоговый результат рассылается всем процессам с помощью MPI_Bcast для обеспечения идентичности выходных данных во всех процессах.
+
+## 5. Implementation Details
+- common.hpp - общие типы данных и константы
+- ops_seq - последовательная реализация алгоритма
+- ops_mpi - параллельная MPI-реализация алгоритма
+- tests - functional для проверки корректности и performance для замера скорости.
+
+## 6. Experimental Setup
+- Аппаратное обеспечение: AMD Ryzen 5 5500U (6 ядер, 12 логических процессоров, базовая скорость 2,10 ГГц)
+- ОЗУ — 8 ГБ 
+- Операционная система: Windows 11
+- Компилятор: g++
+- Использовался Docker-контейнер.
+- Тип сборки: Release
+
+## 7. Results and Discussion
+
+### 7.1 Correctness
+Корректность реализации проверялась тестами, включающие пустые строки, цифры, знаки и длинные строки.
+
+### 7.2 Performance
+
+pipeline:
+
+| Mode        | Count | Time, s   | Speedup | Efficiency |
+|-------------|-------|-----------|---------|------------|
+| seq         | 1     | 0.01322   | 1.00    | N/A        |
+| omp         | 2     | 0.01044   | 1.27    | 63.5%      |
+| omp         | 4     | 0.00748   | 1.77    | 44.3%      |
+
+task_run:
+
+| Mode        | Count | Time, s   | Speedup | Efficiency |
+|-------------|-------|-----------|---------|------------|
+| seq         | 1     | 0.01419   | 1.00    | N/A        |
+| omp         | 2     | 0.00865   | 1.64    | 82.0%      |
+| omp         | 4     | 0.00569   | 2.49    | 62.3%      |
+
+
+## 8. Conclusions
+MPI реализация демонстрирует положительное ускорение на всех конфигурациях. Максимальное ускорение 2.49 достигнуто в режиме task_run на 4 процессах. Эффективность параллелизации снижается с ростом числа процессов из-за накладных расходов MPI.
+
+## 9. References
+1. Лекции и практики курса "Параллельное программирование для кластерных систем"
+
+
+## Appendix
+ops_seq.cpp:
+bool KichanovaKCountLettersInStrSEQ::RunImpl() {
+const std::string& input_str = GetInput();
+
+  for (char c : input_str) {
+    if (std::isalpha(static_cast<unsigned char>(c))) {
+      GetOutput()++;
+    }
+  }
+
+  return GetOutput() >= 0;
+}
+
+ops_mpi.cpp:
+bool KichanovaKCountLettersInStrMPI::RunImpl() {
+    auto input_str = GetInput();
+    if (input_str.empty()) {
+        return false;
+    }
+
+    int rank, size;
+    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
+    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
+
+    int total_length = input_str.length();
+    int chunk_size = total_length / size;
+
+    int start_index = rank * chunk_size;
+    int end_index = (rank == size - 1) ? total_length : start_index + chunk_size;
+
+    int local_count = 0;
+    for (int i = start_index; i < end_index; i++) {
+        if (std::isalpha(static_cast<unsigned char>(input_str[i]))) {
+            local_count++;
+        }
+    }
+
+    int global_count = 0;
+    MPI_Reduce(&local_count, &global_count, 1, MPI_INT, MPI_SUM, 0, MPI_COMM_WORLD);
+
+    MPI_Bcast(&global_count, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
+
+    GetOutput() = global_count;
+
+    return true;
+}
+``` 

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/seq/include/ops_seq.hpp

@@ -0,0 +1,22 @@
+#pragma once
+
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/common/include/common.hpp"
+#include "task/include/task.hpp"
+
+namespace kichanova_k_count_letters_in_str {
+
+class KichanovaKCountLettersInStrSEQ : public BaseTask {
+public:
+  static constexpr ppc::task::TypeOfTask GetStaticTypeOfTask() {
+    return ppc::task::TypeOfTask::kSEQ;
+  }
+  explicit KichanovaKCountLettersInStrSEQ(const InType &in);
+
+private:
+  bool ValidationImpl() override;
+  bool PreProcessingImpl() override;
+  bool RunImpl() override;
+  bool PostProcessingImpl() override;
+};
+
+} // namespace kichanova_k_count_letters_in_str

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/seq/src/ops_seq.cpp

@@ -0,0 +1,43 @@
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/seq/include/ops_seq.hpp"
+
+#include <cctype>
+#include <string>
+
+#include "kichanova_k_count_letters_in_str/common/include/common.hpp"
+#include "util/include/util.hpp"
+
+namespace kichanova_k_count_letters_in_str {
+
+KichanovaKCountLettersInStrSEQ::KichanovaKCountLettersInStrSEQ(
+    const InType &in) {
+  SetTypeOfTask(GetStaticTypeOfTask());
+  GetInput() = in;
+  GetOutput() = 0;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrSEQ::ValidationImpl() {
+  return !GetInput().empty() && (GetOutput() == 0);
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrSEQ::PreProcessingImpl() {
+  GetOutput() = 0;
+  return true;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrSEQ::RunImpl() {
+  const std::string &input_str = GetInput();
+
+  for (char c : input_str) {
+    if (std::isalpha(static_cast<unsigned char>(c))) {
+      GetOutput()++;
+    }
+  }
+
+  return GetOutput() >= 0;
+}
+
+bool KichanovaKCountLettersInStrSEQ::PostProcessingImpl() {
+  return GetOutput() >= 0;
+}
+
+} // namespace kichanova_k_count_letters_in_str

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/settings.json

@@ -0,0 +1,7 @@
+{
+  "tasks_type": "processes",
+  "tasks": {
+    "mpi": "enabled",
+    "seq": "enabled"
+  }
+}

tasks/kichanova_k_count_letters_in_str/tests/.clang-tidy

@@ -0,0 +1,13 @@
+InheritParentConfig: true
+
+Checks: >
+  -modernize-loop-convert,
+  -cppcoreguidelines-avoid-goto,
+  -cppcoreguidelines-avoid-non-const-global-variables,
+  -misc-use-anonymous-namespace,
+  -modernize-use-std-print,
+  -modernize-type-traits
+
+CheckOptions:
+  - key: readability-function-cognitive-complexity.Threshold
+    value: 50  # Relaxed for tests