Уровень алгоритма

Система непересекающихся множеств

Материал из Алговики
Перейти к: навигация, поиск


Содержание

1 Свойства и структура алгоритма

1.1 Общее описание алгоритма

Система непересекающихся множеств[1] представляет собой структуру данных и сопутствующие алгоритмы для хранения информации об элементах, объединённых в одно или несколько множеств. Алгоритмы позволяют указать, что два элемента находятся в одном и том же множестве, а также узнать, какому множеству принадлежит данный элемент (например, чтобы проверить, принадлежат ли два данных элемента одному и тому же множеству).

Названия на английском языке – Union-Find Data Structure, Disjoint-Set Data Structure, Merge-Find Set.

Систему непересекающихся множеств можно применить при решении следующих задач:

Система непересекающихся множеств может использоваться как онлайн-алгоритм, когда перемежаются запросы на объединение множеств и на определение множества по элементу. По этой причине этому подходу часто отдаётся предпочтение перед асимптотически более быстрым поиск в ширину (который решает ту же задачу о компонентах связности за линейное время [math]O(m)[/math]).

1.2 Математическое описание алгоритма

1.3 Вычислительное ядро алгоритма

1.4 Макроструктура алгоритма

1.5 Схема реализации последовательного алгоритма

1.6 Последовательная сложность алгоритма

1.7 Информационный граф

1.8 Ресурс параллелизма алгоритма

Система непересекающихся множеств допускает эффективную многопоточную реализацию [2] в виде неблокирующего алгоритма «без ожидания».

Параллельный алгоритм Шилоаха-Вишкина использует аналогичную структуру данных и находит компоненты связности за время [math]O(\ln n)[/math] на [math]n + 2m[/math] процессорах, однако не может использоваться как онлайн-алгоритм.

1.9 Входные и выходные данные алгоритма

1.10 Свойства алгоритма

2 Программная реализация алгоритма

2.1 Особенности реализации последовательного алгоритма

2.2 Локальность данных и вычислений

2.2.1 Локальность реализации алгоритма

2.2.1.1 Структура обращений в память и качественная оценка локальности
2.2.1.2 Количественная оценка локальности

2.3 Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма

2.4 Масштабируемость алгоритма и его реализации

2.4.1 Масштабируемость алгоритма

2.4.2 Масштабируемость реализации алгоритма

2.5 Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма

2.6 Выводы для классов архитектур

2.7 Существующие реализации алгоритма

3 Литература

  1. Tarjan, Robert Endre. “Efficiency of a Good but Not Linear Set Union Algorithm.” Journal of the ACM 22, no. 2 (April 1975): 215–25. doi:10.1145/321879.321884.
  2. Anderson, Richard J, and Heather Woll. “Wait-Free Parallel Algorithms for the Union-Find Problem,” 370–80, New York, New York, USA: ACM Press, 1991. doi:10.1145/103418.103458.