Motivation. The gap between theory and practice NTNU

Like dokumenter
Introduction to Parallel Complexity Theory and Computational Models, Lasse Natvig, NTNU, Trondheim, Norway. Page 1 NTNU

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

Slope-Intercept Formula

Graphs similar to strongly regular graphs

Gir vi de resterende 2 oppgavene til én prosess vil alle sitte å vente på de to potensielt tidskrevende prosessene.

SVM and Complementary Slackness

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

UNIVERSITETET I OSLO

Level Set methods. Sandra Allaart-Bruin. Level Set methods p.1/24

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Neural Network. Sensors Sorter

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

Trigonometric Substitution

HONSEL process monitoring

Hvordan føre reiseregninger i Unit4 Business World Forfatter:

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Databases 1. Extended Relational Algebra

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

STILLAS - STANDARD FORSLAG FRA SEF TIL NY STILLAS - STANDARD

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

FIRST LEGO League. Härnösand 2012

Level-Rebuilt B-Trees

Estimating Peer Similarity using. Yuval Shavitt, Ela Weinsberg, Udi Weinsberg Tel-Aviv University

Verifiable Secret-Sharing Schemes

Emneevaluering GEOV272 V17

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Han Ola of Han Per: A Norwegian-American Comic Strip/En Norsk-amerikansk tegneserie (Skrifter. Serie B, LXIX)

Dagens tema: Eksempel Klisjéer (mønstre) Tommelfingerregler

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

Public roadmap for information management, governance and exchange SINTEF

Analyse av Algoritmer

Hvor mye teoretisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave. føden)? i tråd med

TDT4117 Information Retrieval - Autumn 2014

Baltic Sea Region CCS Forum. Nordic energy cooperation perspectives

UNIVERSITETET I OSLO

MID-TERM EXAM TDT4258 MICROCONTROLLER SYSTEM DESIGN. Wednesday 3 th Mars Time:

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

IN2010: Algoritmer og Datastrukturer Series 2

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

The internet of Health

Hvor mye teoretisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

1 User guide for the uioletter package

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Du må håndtere disse hendelsene ved å implementere funksjonene init(), changeh(), changev() og escape(), som beskrevet nedenfor.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Dean Zollman, Kansas State University Mojgan Matloob-Haghanikar, Winona State University Sytil Murphy, Shepherd University

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

Call function of two parameters

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EN Skriving for kommunikasjon og tenkning

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

Samlede Skrifter PDF. ==>Download: Samlede Skrifter PDF ebook

Medisinsk statistikk, KLH3004 Dmf, NTNU Styrke- og utvalgsberegning

REMOVE CONTENTS FROM BOX. VERIFY ALL PARTS ARE PRESENT READ INSTRUCTIONS CAREFULLY BEFORE STARTING INSTALLATION

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Minimumskrav bør være å etablere at samtykke ikke bare må være gitt frivillig, men også informert.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

Stationary Phase Monte Carlo Methods

GEOV219. Hvilket semester er du på? Hva er ditt kjønn? Er du...? Er du...? - Annet postbachelor phd

Skog som biomasseressurs: skog modeller. Rasmus Astrup

Information search for the research protocol in IIC/IID

Generalization of age-structured models in theory and practice

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Perpetuum (im)mobile

Fra sekvensielt til parallelt

BPS TESTING REPORT. December, 2009

Andrew Gendreau, Olga Rosenbaum, Anthony Taylor, Kenneth Wong, Karl Dusen

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Samarbeid for å dyrke

Fra sekvensielt til parallelt

Managing Risk in Critical Railway Applications

Passenger Terminal World Expo 2011 Copenhagen, Denmark. Steven B. Cornell Assoc. Vice President

Sitronelement. Materiell: Sitroner Galvaniserte spiker Blank kobbertråd. Press inn i sitronen en galvanisert spiker og en kobbertråd.

SCE1106 Control Theory

The exam consists of 2 problems. Both must be answered. English

Kartleggingsskjema / Survey

buildingsmart Norge seminar Gardermoen 2. september 2010 IFD sett i sammenheng med BIM og varedata

Accuracy of Alternative Baseline Methods

GYRO MED SYKKELHJUL. Forsøk å tippe og vri på hjulet. Hva kjenner du? Hvorfor oppfører hjulet seg slik, og hva er egentlig en gyro?

Den europeiske byggenæringen blir digital. hva skjer i Europa? Steen Sunesen Oslo,

Little Mountain Housing

Transkript:

Motivation The gap between theory and practice There are two main communities of parallel algorithm designers: the theoreticians and the practitioners. Theoreticians have been developing algorithms with narrow theory and little practical importance; in contrast, practitioners have been developing algorithms with little theory and narrow practical importance. Clyde P. Kruskal in Efficient Parallel Algorithms: Theory and Practice, [Krus89].

Motivasjon, forts. Datamaskiners ytelse (regnekraft og lagerplass) øker? vi kan løse større problemer Større problemer øker relevansen til asymptotisk analyse og kompleksitetsteori Bruk av et stort antall prosessorer blir mer vanlig? algoritmer fra teoretisk databehandling (Eng. TCS) (f.eks. PRAM algoritmer) blir mer relevant

Kompleksitetsteori Beregningsmessig kompleksitet (Eng. computational complexity) vs. beskrivelsesmessig kompleksitet (Eng. descriptional complexity) Klassifisering av problemer i kompleksitetsklasser Om behovet: The idea met with much resistance. People argued that faster computers would remove the need for asymptotic efficiency. Just the opposite is true, however, since as computers become faster, the size of the attempted problems becomes larger, thereby making asymptotic efficiency even more important. John E. Hopcroft in his Turing Award Lecture Computer Science: The Emergence of a Discipline [Hopc87].

Complexity theory concepts Milestone book : Garey, Michael R. and Johnson, David S., COMPUTERS AND INTRACTABILITY, A Guide to the Theory of NP- Completeness, W. H. Freeman and Co., New York, 1979. Central concepts Problem parameter description specication of the properties required of the solution Problem instance one set of values given for all the parameters Algorithm An algorithm is said to solve a problem? if that algorithm can be applied to any instance I of? and is guaranteed always to produce a solution for that instance I Complexity functions time complexity space complexity

Complexity theory concepts, cnt d Different problem instances may require different amounts of computing resources Worst-case most frequently used efficiency measure provides a guarantee Average case very usefule in practice difficult to derive Best case only for optimists Order-notation and asymptotic complexity an abstraction of the (infinite number of) exact complexity functions can be discussed at a higher level represents growth rate

Upper and lower bounds An upper bound (on time) U(n) is established by the algorithm that among all known algorithms for the problem can solve it using the least number of steps in the worst case the problem can be solved at least that fast can be found by analysing one algorithm A lower bound (on time) L(n) tells us that no algorithm can solve the problem in fewer than L(n) steps in the worst case requires a proof of great practical importance determines the inherent complexity of a problem

Complexity theory concepts, cnt d Levels of problems a given instance finding algorithm for solving all possible instances studies of the structure of a class of problems complexity classes Deterministic algorithm corresponds to our standard interpretation of what an algorithm is Nondeterministic algorithm contains a so called guessing stage which informally is assumed to guess the correct solution

Definitions of NP Standard formulation: The class NP is the class of problems that can be solved by a nondeterministic polynomial time algorithm Practical formulation: The class NP is the class of problems which has solutions that can be verified to be a solution or not by a deterministic polynomial time algorithm

Tradisjonell kompleksitetsteori P = klassen av problemer som kan løses i polynomisk tid vhja. en deterministisk algoritme NP = klassen av problemer som kan løses av en ikke-deterministisk algoritme i polynomisk tid (deterministisk i eksponensiell tid eller raskere) P NP NPC NPC = NP-komplette problemer, klassen av problemer i NP som er vanskeligst å løse i polynomisk tid * over 1000 problemer er i NPC *hvis ett kan vises å være i P så er alle det, dvs. P = NPC!

NP completeness NPC is the class of NP-complete problems. A problem? is NP-complete if 1.?? NP and 2. For any other problem? in NP there exists a polynomial transformation from? to?. Consequently; if? is in P every other problem? can be solved by using the polynomial tranformation and a solution of? this is completeness

NP-komplette problemer Eksempel, ryggsekkproblemet Uformell definisjon: en mengde ting med kjent størrelse (volum), og en stor sekk av kjent størrelse hver ting har en verdi er det plass til et utvalg av tingene som har en samlet verdi større enn K? Eksponensiell parallellitet NP komplette problemer kan løses i polynomisk tid hvis vi tillater bruk av et eksponensielt antall prosessorer

Ryggsekkproblemet løst i polynomisk tid N ting, X1, X2, osv. Binærtre med 2**N prosessorer Er X1 med?, er X2 med? osv. I parallell nivå for nivå Summerer opp totalt volum og verdi i hver prosessor nedover Løser NPC-problem i O(N) tid!

Parallell kompleksitetsteori P = klassen av problemer som kan løses deterministisk i polynomisk tid NC = Nick s Class, problemer som kan løses i poly-logaritmisk tid ( ultraraskt ) vha. et polynomisk ( rimelig ) # prosessorer NC P PC PC = de vanskeligste problemene i P m.h.p. ultrarask løsning med rimelig # prosessorer ( P-komplette )

Nick's Class Nick's Class NC is the class of problems that can be solved in polylogarithmic time (i.e. time complexity O(log k n) where k is a constant) with a polynomial number of processors ( i.e. bounded by O(f(n)) for some polynomial function f, where n is the problem size). NC is robust to a large degree insensitive to underlying computational model NC 1 and NC 2 etc. not robust

P-complete problems Also called inherently sequential problems PC is the class of P-complete problems. A problem X is P-complete if (a) X is member of P, and (b) For any other problem Y in P there exists a NC-reduction from Y to X. A NC-reduction from A to B (written as A? NC B) is a (deterministic) polylogarithmic time bounded algorithm with polynomially bounded processor requirement for transforming (or reducing) any instance I A of A to a corresponding instance I B of B so that the solution of I B gives the required answer for I A.

P-complete problems, cnt d Most researchers believe that P-complete problems are outside NC A P-completeness result has the same practical effect as a lower bound

P-komplette problemer, eksempler Maximum nettverk flyt Lineær programmering Dybde først søk Unifisering Spill med to spillere Further Reading; Limits to Parallel Computation: P-Completeness Theory, av Raymond Greenlaw, H. James Hoover og Walter L. Ruzzo [GHR95]

P-komplette algoritmer Noen algoritmer er mindre egnet for hurtig parallellisering Grådighets-algoritmer An algorithm A for a search problem is P- complete if the problem of computing the solution found by A is P-complete.

Summary of sequential and parallel complexity theory