方法: 並列コンテナーを使用して効率を向上させる
ここでは、並列コンテナーを使用して、データの格納とアクセスを並行して効率的に行う方法について説明します。
コード例では、素数とカーマイケル数のセットを並行して計算します。次に、カーマイケル数ごとに、その数の素因数を計算します。
使用例
次の例は、入力値が素数かどうかを調べる is_prime 関数と、入力値がカーマイケル数かどうかを調べる is_carmichael 関数を示しています。
// Determines whether the input value is prime.
bool is_prime(int n)
{
if (n < 2)
return false;
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
if ((n % i) == 0)
return false;
}
return true;
}
// Determines whether the input value is a Carmichael number.
bool is_carmichael(const int n)
{
if (n < 2)
return false;
int k = n;
for (int i = 2; i <= k / i; ++i)
{
if (k % i == 0)
{
if ((k / i) % i == 0)
return false;
if ((n - 1) % (i - 1) != 0)
return false;
k /= i;
i = 1;
}
}
return k != n && (n - 1) % (k - 1) == 0;
}
次の例では、is_prime 関数と is_carmichael 関数を使用して、素数とカーマイケル数のセットを計算します。この例を使用して、 concurrency::parallel_invoke と concurrency::parallel_for アルゴリズムをそれぞれの計算に平行に設定。並列アルゴリズムの詳細については、「並列アルゴリズム」を参照してください。
次の使用例を使用して、 concurrency::concurrent_queue Carmichael のセットを保持するオブジェクトの番号としてワーク キュー オブジェクトは、後で使用するため。それを使用して、 concurrency::concurrent_vector その後で主な要因を発見するためにこのセットを反復するためは、素数のセットを保持するオブジェクト。
// The maximum number to test.
const int max = 10000000;
// Holds the Carmichael numbers that are in the range [0, max).
concurrent_queue<int> carmichaels;
// Holds the prime numbers that are in the range [0, sqrt(max)).
concurrent_vector<int> primes;
// Generate the set of Carmichael numbers and the set of prime numbers
// in parallel.
parallel_invoke(
[&] {
parallel_for(0, max, [&](int i) {
if (is_carmichael(i)) {
carmichaels.push(i);
}
});
},
[&] {
parallel_for(0, int(sqrt(static_cast<double>(max))), [&](int i) {
if (is_prime(i)) {
primes.push_back(i);
}
});
});
次の例は、prime_factors_of 関数を示しています。この関数は試行除算を使用して、指定された値のすべての素因数を検出します。
この関数を使用して、 concurrency::parallel_for_each 、素数のコレクションを反復処理するアルゴリズム。concurrent_vector オブジェクトを使用すると、並行ループで素因数を結果に同時に加算できます。
// Finds all prime factors of the given value.
concurrent_vector<int> prime_factors_of(int n,
const concurrent_vector<int>& primes)
{
// Holds the prime factors of n.
concurrent_vector<int> prime_factors;
// Use trial division to find the prime factors of n.
// Every prime number that divides evenly into n is a prime factor of n.
const int max = sqrt(static_cast<double>(n));
parallel_for_each(begin(primes), end(primes), [&](int prime)
{
if (prime <= max)
{
if ((n % prime) == 0)
prime_factors.push_back(prime);
}
});
return prime_factors;
}
この例では、カーマイケル数のキュー内の各要素を、prime_factors_of 関数を呼び出してその素因数を計算することで処理します。この作業を並列実行するために、タスク グループを使用します。タスク グループの詳細については、「タスクの並列化 (同時実行ランタイム)」を参照してください。
この例では、カーマイケル数に 5 つ以上の素因数がある場合、カーマイケル数ごとに素因数を出力します。
// Use a task group to compute the prime factors of each
// Carmichael number in parallel.
task_group tasks;
int carmichael;
while (carmichaels.try_pop(carmichael))
{
tasks.run([carmichael,&primes]
{
// Compute the prime factors.
auto prime_factors = prime_factors_of(carmichael, primes);
// For brevity, print the prime factors for the current number only
// if there are more than 4.
if (prime_factors.size() > 4)
{
// Sort and then print the prime factors.
sort(begin(prime_factors), end(prime_factors));
wstringstream ss;
ss << L"Prime factors of " << carmichael << L" are:";
for_each (begin(prime_factors), end(prime_factors),
[&](int prime_factor) { ss << L' ' << prime_factor; });
ss << L'.' << endl;
wcout << ss.str();
}
});
}
// Wait for the task group to finish.
tasks.wait();
並列コンテナーを使用してカーマイケル数の素因数を計算する、完全なコード例を次に示します。
// carmichael-primes.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <concurrent_queue.h>
#include <concurrent_vector.h>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace concurrency;
using namespace std;
// Determines whether the input value is prime.
bool is_prime(int n)
{
if (n < 2)
return false;
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
if ((n % i) == 0)
return false;
}
return true;
}
// Determines whether the input value is a Carmichael number.
bool is_carmichael(const int n)
{
if (n < 2)
return false;
int k = n;
for (int i = 2; i <= k / i; ++i)
{
if (k % i == 0)
{
if ((k / i) % i == 0)
return false;
if ((n - 1) % (i - 1) != 0)
return false;
k /= i;
i = 1;
}
}
return k != n && (n - 1) % (k - 1) == 0;
}
// Finds all prime factors of the given value.
concurrent_vector<int> prime_factors_of(int n,
const concurrent_vector<int>& primes)
{
// Holds the prime factors of n.
concurrent_vector<int> prime_factors;
// Use trial division to find the prime factors of n.
// Every prime number that divides evenly into n is a prime factor of n.
const int max = sqrt(static_cast<double>(n));
parallel_for_each(begin(primes), end(primes), [&](int prime)
{
if (prime <= max)
{
if ((n % prime) == 0)
prime_factors.push_back(prime);
}
});
return prime_factors;
}
int wmain()
{
// The maximum number to test.
const int max = 10000000;
// Holds the Carmichael numbers that are in the range [0, max).
concurrent_queue<int> carmichaels;
// Holds the prime numbers that are in the range [0, sqrt(max)).
concurrent_vector<int> primes;
// Generate the set of Carmichael numbers and the set of prime numbers
// in parallel.
parallel_invoke(
[&] {
parallel_for(0, max, [&](int i) {
if (is_carmichael(i)) {
carmichaels.push(i);
}
});
},
[&] {
parallel_for(0, int(sqrt(static_cast<double>(max))), [&](int i) {
if (is_prime(i)) {
primes.push_back(i);
}
});
});
// Use a task group to compute the prime factors of each
// Carmichael number in parallel.
task_group tasks;
int carmichael;
while (carmichaels.try_pop(carmichael))
{
tasks.run([carmichael,&primes]
{
// Compute the prime factors.
auto prime_factors = prime_factors_of(carmichael, primes);
// For brevity, print the prime factors for the current number only
// if there are more than 4.
if (prime_factors.size() > 4)
{
// Sort and then print the prime factors.
sort(begin(prime_factors), end(prime_factors));
wstringstream ss;
ss << L"Prime factors of " << carmichael << L" are:";
for_each (begin(prime_factors), end(prime_factors),
[&](int prime_factor) { ss << L' ' << prime_factor; });
ss << L'.' << endl;
wcout << ss.str();
}
});
}
// Wait for the task group to finish.
tasks.wait();
}
この例では、次のサンプル出力が生成されます。
Prime factors of 9890881 are: 7 11 13 41 241.
Prime factors of 825265 are: 5 7 17 19 73.
Prime factors of 1050985 are: 5 13 19 23 37.
コードのコンパイル
コード例をコピーして、Visual Studio プロジェクトでは、貼り付けるまたはという名前のファイルに貼り付けて carmichael-primes.cpp と、Visual Studio のコマンド プロンプト ウィンドウで次のコマンドを実行します。
cl.exe /EHsc carmichael-primes.cpp