Embed Size (px)
DESCRIPTION
Fonksiyonel ve İ mperative programlama İ le s ı ralama . Elis Soylu ESKİŞEHİR OSMANGAZİ ÜNİVERSİTESİ [email protected]. AB Konferansı Şubat’ 2014. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
FONKSİYONEL VE İMPERATİVE PROGRAMLAMA İLE SIRALAMA
AB Konferansı Şubat’ 2014
Elis SoyluESKİŞEHİR OSMANGAZİ ÜNİVERSİTESİ
FONKSİYONEL VE İMPERATİVE PROGRAMLAMA İLE SIRALAMA
*PARALEL PROGRAMLAMA*SIRALAMA ALGORİTMASI*SIRALAMA ÇEŞİTLERİ*PARALEL FONKSİYONEL PROGRAMLAMA
*HASKELL*ERLANG
*NESNEL PROGRAMLAMA*MPI*CUDA
*PERFORMANSLAR*ANALİZLER
AB Konferansı Şubat’ 2014
Sıralama algoritması bilgisayar ortamında oldukça önemli bir yere sahiptir.
Yazılım anlamında nesnel ve fonksiyonel diller bu algoritmanın paralelleştirilmesinde önemli bir yer tutar.
Nesnel olarak MPI (Message Passing Interface) ve CUDA (Compute Unified Device Architecture)dilleri, fonksiyonel olarak Haskell ve Erlang dilleri yapısal açıdan bu algoritma doğrultusunda karşılaştırılacaktır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
PARALEL PROGRAMLAMABilgisayar programlama, insan tarafından yapılacak herhangi bir işin veya hesaplamanın kısa bir sürede, enerji harcamadan gerçekleştirilmesini sağlayan bir yöntemdir.
• Nesne tabanlı• Yordamsal• Bildirimsel• Fonksiyonel Programlama
genel adları altında toplanır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Çok çekirdekli bilgisayarlar ile eşzamanlı ortak iş yapılması hedeflenmiştir.
Çekirdek sayısının az olduğu durumlarda etkin bir şekilde çalışabilen bir programlama dili, çekirdek sayısının artmasıyla bu etkinliği kaybedip bazı sorunlara yol açabilir.
Doğru programlama seçimi hızlı hesapların yapılmasını kolaylaştırır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Sıralama Algoritması Sıralama algoritması, genel olarak matematikten güç alıp bilgisayar bilimlerine fayda sağlayan belli koşullar altında sıralama yaptıran önemli bir tekniktir.
Sıralama yapılırken en çok kullanılan yapılar sayı büyüklüğü ve alfabetik kısıtlardan oluşmaktadır.
Sıralama, genel olarak bir veri yığınının düzenlenebilmesini sağlayan önemli bir yapı taşıdır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Sıralama mantığına göre• içsel (internal)• dışsal (external) sıralamaları vardır. En çok bilinen sıralama türleri• kabarcık sıralaması (bubble sort)• hızlı sıralama (quicksort)• seçmeli sıralama (selection sort)• birleştirmeli sıralama (merge sort) şeklindedir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Kabarcık sıralama, ilk elemandan başlayarak ve her geçişte yan yana bulunan elemanları inceleyen ve sıraya sokan bir sıralama çeşididir.
Hızlı sıralama, veriler için rastgele bir x elemanını belirleyip sol tarafına kendinden küçükleri, sağ tarafına ise büyükleri yerleştirerek kurulur.
Seçmeli sıralama, verilerin 1.,2.,3. ,… sıradaki elemanları ile en küçük, en küçük 2. eleman,…şeklindeki elemanları yer değiştirilerek kurulur.
Birleştirmeli sıralama ise, veri yapısı ikişerli parçalar haline inene kadar bölünerek, bu parçaların kendi içlerinde sıralanmasıyla birleştirme yapılarak elde edilir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Paralel Fonksiyonel Programlama
Paralellikteki mantık, yapılması gereken işi paylaştıran, çeşitli birimlere veren ve bu işi eş uyumlu olarak gerçekleştiren etkin bir programlama çeşididir.
Paralel programlama mantığının önündeki en büyük engel, eldeki bir verinin değerini diğer işlemcilere dağıtabilmek için çoğaltma ve değiştirme yetkisine sahip olmasıdır.
Fonksiyonel Diller; Haskell, Erlang, F#, Scala, ML, … olarak sıralanabilir. Bunlardan ikisi Haskell ve Erlang fonksiyonellik açısından önemlidir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Fonksiyonel bir dilin özellikleri
Ortak sınıf yapısı olarak fonksiyonlar kullanıldığından parametreler aynı olduğu sürece aynı sonuçlar elde edilir.
Fonksiyonlar yapısal olarak kendi verisi dışındaki verilerde değişiklik yapamaz. Dolayısıyla yan-etki durumuyla karşılaşılmaz.
Fonksiyonel dilde bir değişkene atanan değer program sonuçlanıncaya kadar bir değişikliğe uğramaz. Değişikliğin yapılmasının zorunlu olduğu durumlarda özyinelemeli (recursive) yapılar kullanılır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Fonksiyonel dildeki bir fonksiyon oluşturduğu değer ile birebir eşlenmiştir. Dolayısıyla tersine bir durum kolaylıkla elde edilebilir.
Bu dil sayesinde farklı bir bakış açısı sunmasından dolayı matematiksel bir yorum katar.
Daha kısa ve anlaşılabilir kod yazımı sayesinde de büyük bir avantaj sağlar.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Haskell
Fonksiyonel dillerden biri olan Haskell, herhangi bir yazılımı modellerken yapının temelinin tamamen fonksiyonlardan oluşmasını kullanır. Veri yapılarının içeriğini değiştirmek yerine onlardan yeni veri yapıları türeten fonksiyonlar oluşturur. Yani her şey bir fonksiyondur.Haskell dili, tanımlı temel tip ve fonksiyonlar ile kullanıcı tarafından tanımlanan tip ve fonksiyonlardan ibarettir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Haskell dilinin elemanları
Temel veri tipleri
Her bir veri tipinin sabitleri
Veri tipleri arasındaki fonksiyonlar
Veri tiplerine ve fonksiyonlara uygulanan yapıcılar
AB Konferansı Şubat’ 2014
Haskell Derleyicisi
AB Konferansı Şubat’ 2014
Haskell ’de Sıralamaqsort []= []qsort (x:xs) = qsort small ++ mid ++ qsort large where small = [y | y<-xs, y<x] mid = [y | y<-xs, y==x] ++ [x] large = [y | y<-xs, y>x]
>>qsort [2,-5,3,1,6]>>[-5,1,2,3,6]
AB Konferansı Şubat’ 2014
ErlangErlang, yüksek geçerliliğe sahip oldukça fazla büyüklükteki işlemlerin gerçekleştirilmesini sağlayan bir programlama dilidir.
Günlük yaşamda, haberleşme, bankacılık, e-ticaret, anlık mesajlaşma gibi alanlarda sıklıkla karşılaşılır.
Erlang dili, Ericsson firmasının dili olarak bilinir. Daha çok haberleşme alanında bu dil kullanılır ve daha çok tanınır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Nesnel ProgramlamaNesnel programlama, çözülecek problemi parçalayarak nesne üzerinden çözüm yöntemi geliştirir.
Nesne mantığı, daha sonra da kullanılma olasılığına karşın genel bir yapıda toplanmasına dayanır. Parça parça elde edilen çözüm adımları çözüme bütün bir şekilde ulaşabilmek için bir araya getirilir.
Nesnel programlama dilleri arasında, C++, MPI, Java, CUDA, C#,… gösterilebilir. Bunlardan ikisi, MPI ve CUDA paralellik açısından önemlidir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
MPI
MPI, genel olarak program çalışma süresini kısaltacak paralelleştirme mantığında kullanıcıya kolaylık sağlayan mesaj gönderim yöntemini kullanan ara yüzdür.
C, Fortran dilleri yardımıyla MPI ile haberleşme ortamı kurulur.
Haberleşme, MPI ara yüzü yardımıyla mesaj gönderme-alma şeklindedir.
MPI programının mesajı alan, gönderen, ortamdaki bilgisayar sayısı, bilgisayar sırasını bulan fonksiyonları temel olarak her kod bloğunda yer alır.
AB Konferansı Şubat’ 2014
CUDA
CUDA, NVIDIA firması tarafından bilgisayarın ekran kartı bileşenini etkin şekilde kullanmaya yardımcı olan bir mimaridir. Ekran kartı üzerinde bulunan çok sayıdaki küçük işlemciler bilgisayarda gerçekleştirilen temel aritmetik hesaplamalar haricinde paralel hesaplamaya da yardımcı olur. Bu aşamada ekran kartındaki işlemci yapısında yer alan ‘thread’ ler yardımıyla görev dağılımı yapılarak paralel hesaplama elde edilir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
Hızlı sıralama algoritmasının seçilen dillerdeki performansları
Hızlı sıralama algoritması genelde n elemanlı bir diziyi O(n logn)
karmaşıklığıyla sıraya koyar. Sıralamanın bozuk bir şekilde başladığı durumlarda ise en kötü
O(n2) süreye kadar işlem yapar .
AB Konferansı Şubat’ 2014
Hızlı sıralama algoritması
Fonksiyon qsort(dizi) kucuk, eşit, buyuk listelerini oluştur Boyut(dizi)<1 ise diziyi döndür. Diziden bir pivot değer belirle Dizideki her x elemanı için
X < pivot ise kucuk listesine al, X = pivot ise esit listesine al, X > pivot ise buyuk listesine al,
qsort(qsort(kucuk),esit,qsort(buyuk)) için döngüyü tekrarla.
AB Konferansı Şubat’ 2014
SEÇİLEN PROGRAMLAMA DİLLERİNİN HIZLI SIRALAMA ALGORİTMA ANALİZLERİ
Programlama Dilleri
Donanım Süre Veri Seti
Haskell Intel Core 2 Quad
2.9548s 106
Erlang Intel Core 2 Quad
4.14s 106
MPIIntel Core 2 Quad
1.25s 106
CUDA Intel Core 2 Quad
1.6s 106
AB Konferansı Şubat’ 2014
SONUÇ VE ÖNERİLER Paralel programlamada nesneye yönelik programlama
dilleri fonksiyonel dillere göre daha hızlı sonuçlanmaktadır.
Uygun mimari seçimi ile daha büyük veriler de nanosaniye derecesinde hesaplamalarla sıralanabilir.
Farklı tür sıralama algoritmaları için de aynı dil üzerinde etkin çözüm yöntemleri ile daha hızlı sonuçlar alınabilir.
Aynı dil üzerinde farklı programlama türleri ile daha hızlı sonuçlar alınabilir.
AB Konferansı Şubat’ 2014
SORULAR ?
AB Konferansı Şubat’ 2014
KAYNAKLAR
AB Konferansı Şubat’ 2014
AB Konferansı Şubat’ 2014
www.vikipedi.org.tr enformatik.kku.edu.tr/uygulamalar http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_programming D. Hünniger, Haskell, 2012 http://www.erlang.org/ Mesut, A. , Programlama Dilleri, 2011 Kaleci, D. ,Şahin A., Kaya O.A., MPI ile Paralel Programlamanın
Temelleri, Akademik Bilişim'09, 2009 http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html Capannini, G.,Silvestris, F., Baraglia, G. , Sorting on GPUs for
large scaled at a sets: A through comparison, Information Processing and Management, 2011
AB Konferansı Şubat’ 2014
Jones, D. , Marlow, S., Singh, S., Parallel Performance Tunning for Haskell , ACM SIGPLAN Symposium on Haskell, 2009
Patterson, M.,Sagonas, K., Johanson, E., TheHiPE/x86 Erlang Compiler: System Description and Performance Evaluation, 2012
http://www.codeproject.com/Articles/42311/Parallel-Quicksort-using-MPI Performance-Analysis
http://on-demand.gputechconf.com
