Batcher归并网络

✍ dations ◷ 2025-05-19 07:35:45 #并发计算

Batcher排序网络是由一系列Batcher比较器(Batcher's Comparator)组成的。Batcher比较器是指在两个输入端给定输入x,y,再在两个输出端输出最大值max{x,y}和最小值min{x,y}。

比较器网络是用Batcher比较器连成的完成某一功能的网络。

所谓双调序列(Bitonic Sequence)是指由一个非严格增序列X和非严格减序列Y(其中X的最小元素正好是Y的最大元素)构成的序列,比如序列(23,10,8,3,5,7,11,78)。

定义:一个序列a1,a2,…,an是双调序列(Bitonic Sequence),如果:

输入两个已排好序的序列,对这两个序列进行归并排序,在串行算法中的时间复杂度为O(n)。在并行计算中可以用奇偶归并算法来实现的。以输入的两个4元素有序序列为A和B为例,首先将这两个序列进行逆洗牌(Unshuffle)得到两个序列:其中一个是由A,B中奇数号元素组成的序列,记作奇序列OM,另一个则是由A,B中偶数号元素组成的序列,记作偶序列序列EM。接着将OM送入(2,2)奇归并器中,将EM送入(2,2)偶归并器中。于是得到一组有序的奇序列和一组有序偶序列。最后除了奇序列一个元素之外将这两个序列进行洗牌(Shuffle)比较操作即可得到一个有序序列。

算法的递归性:一个n阶的归并器是由两个n/2阶的归并器加一个洗牌比较网络构成的。比如上面的两个(2,2)归并器和最后的洗牌比较网络就构成了一个(4,4)的归并器。

一个四阶奇偶归并的例子:假设归并前的的序列是(1,5,7,6)和(2,3,4,9),那么第一次操作就将(1,2,7,4)送入(2,2)归并器中归并,得到结果为(1,2,4,7);(5,3,6,9)送入(2,2)归并器中归并,得到结果为(3,5,6,9),接着将这两个排号序的序列进行洗牌比较:(1,3<->2,5<->4,6<->7,9)=>(1,2,3,4,5,6,7,9)。

可以证明这个算法是正确的,我们要用到高德纳(Donald Ervin Knuth)的0-1原理,我们发现,对于输入的任意两个有序的0,1序列,奇序列与偶序列正好相差0个,1个或2个0。由于奇序列的第一个元素不参与最后的洗牌比较,所以参与比较的0,1数偶只有0个或1个,所以对0,1序列一定能够得到正确的排序。故而对任意的序列,奇偶归并网络可以产生正确的排序。

双调归并网络是基于Batcher定理而构建的。Batcher定理是说将任意一个长为2n的双调序列A分为等长的两半X和Y,将X中的元素与Y中的元素一一按原序比较,即 a i {\displaystyle a_{i}} a i + n ( i n ) {\displaystyle a_{i+n}(i\leq n)} 比较,将较大者放入MAX序列,较小者放入MIN序列。则得到的MAX和MIN序列仍然是双调序列,并且MAX序列中的任意一个元素不小于MIN序列中的任意一个元素。

根据这个原理,我们可以将一个输入的n元素双调序列首先通过洗牌比较操作得到一个MAX序列和一个MIN序列,然后通过两个n/2阶双调归并器处理就可以得到一个有序序列。

这个算法也是递归的,因为n阶的双调归并器是由一个洗牌比较网络两个n/2阶的双调归并器组成的。

相关

  • 保罗·塞尚保罗·塞尚(Paul Cézanne,1839年1月19日-1906年10月22日)是一位著名法国画家,风格介于印象派到立体主义画派之间。他的作品为19世纪的艺术观念转换到20世纪的艺术风格奠定基础。
  • 攻击的欲望《暴力效应》(英语:A History of Violence)是一部于2005年的美国犯罪惊悚电影,大卫·柯能堡执导,乔什·奥尔森(英语:Josh Olson)编剧,剧情改编自约翰·华格纳(英语:John Wagner)和Vince
  • span class=nowrapThClsub4/sub/span四氯化钍是一种无机化合物,化学式为ThCl4,有放射性。四氯化钍可由金属钍、碳化钍或氢化钍和氯气反应得到:用氯气作用于二氧化钍和碳的混合物也能得到氯化钍:四氯化钍在潮湿环境
  • 瑞典王国– 欧洲(绿色及深灰色)– 欧洲联盟(绿色)  —瑞典王国(瑞典语:Konungariket Sverige 发音 帮助·信息)通称“瑞典”,是一个位于斯堪地纳维亚半岛的北欧国家,首都为斯德哥尔摩。西
  • 连体婴连体双胞胎(英语:conjoined twins),俗称连体婴儿,指人类一次生育里同时生出两个婴儿但两个之间互相并未完全独立的情况,全世界平均概率约为1/200,000。公元415年,希坡的奥古斯丁所著
  • 嗜热生物嗜热生物,或者多数可被称作嗜热菌,是在相对高的温度下中生存的生物,温度范围在45和122 °C(113和252 °F),是嗜极生物的一类。很多嗜热生物是古细菌。在地球上,嗜热生物可以在很多
  • 雅各布斯·亨里克斯·范托夫雅各布斯·亨里克斯·范托夫(荷兰语:Jacobus Henricus van 't Hoff,1852年8月30日-1911年3月11日),生于荷兰鹿特丹,逝于德国柏林,荷兰化学家,1901年获诺贝尔化学奖。1852年8月30日出
  • 防止及惩治灭绝种族罪公约《防止及惩治危害种族罪公约》(Convention on the Prevention and Punishment of the Crime of Genocide)已经被联合国大会在1948年12月9日采为联合国大会第260号决议的内容,且
  • 安孙子充裕安孙子充裕 (日语:安孫子 充裕/あびこ みつひろ ,1988年10月25日-)是日本田径运动员,专门项目是短跑。安孙子充裕出身自日本山形县山形市,从就读山形市立第三中学校时才正式进入田
  • 梶原一骑梶原一骑(1936年9月4日-1987年1月21日)是一位日本作家、漫画剧本家与电影制作人,本名高森朝树,东京都人。梶原一骑在代表作之一《小拳王》中曾用笔名“高森朝雄”。1936年9月4日,