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基于并行Boost图库的单源最短路径并行算法的研究

彭强  
【摘要】: 以单源最短路径为主的最优路径问题是众多社会应用领域内选择最优问题的基础。随着社会信息的不断膨胀,最短路径问题所面临的数据量是非常庞大的,求解的计算时间和存储空间大大增加。因此,为了满足更快的计算效率和大的计算存储空间的严格要求,求解最短路径问题可以借助于并行计算技术,它利用并行计算机来提供足够多的内存和运算能力,并根据相应的并行计算模型开发一个行之有效的并行算法可以大大的节省最短路径问题的求解时间。 本文探讨了实现技术不同的两类求解单源最短路径问题的串行算法:基于标记设定的Dijkstra算法和基于标记修正的BFM算法。同时,提出了结合这两类算法思想的一种基于桶结构的单源最短路径串行算法,算法具有好的运行时间复杂度和可并行性。 然后,本文在深入研究了并行Boost图库的模块组件和功能方法的基础上,针对Dijkstra算法和BFM算法在并行Boost图库上的一般并行化实现框架和基本思想,我们提出了相应的改进方法,改进后的并行算法具有好的加速比和可扩展性。 此外,本文重点针对提出的基于桶结构的单源最短路径串行算法,利用直接并行化法的并行算法设计方法和并行Boost图库的各类分布式数据结构和通信机制,设计和实现了分布式集群并行计算机上的桶结构并行算法。基于桶宽参数的桶结构、较优的图划分存储、异步的并行通信策略和较小的消息传输包等设计,使得桶结构并行算法在求解不同数据规模和结构特征的单源最短路径问题上都具有好的加速比和可扩展性。


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