31、并行版Prim算法与线程调试工具解析

并行版Prim算法与线程调试工具解析

1. 并行版Prim算法概述

在构建最小生成树（MST）时，为确保使用正确的边，需要将边逐个添加到部分树中。对于串行代码中的循环，不能简单地使用OpenMP循环共享构造进行并行化，因此需要对 i 循环的每一次迭代步骤进行并行化处理。下面我们逐步分析这些步骤：
- 步骤三：更新非树节点到部分树的最小距离 ：此步骤由独立操作组成，每个节点检查自身到新添加树节点的边的权重，并更新 minDist 数组中相应元素。可以使用OpenMP循环共享构造并行处理此循环。
- 步骤二：将选定的边添加到部分树 ：此步骤必须串行执行。若使用OpenMP，可以使用 single 构造实现。虽然允许所有线程更新 T 和 minDist 的相同元素，但多核心更新同一缓存行可能会影响性能，需要权衡缓存行在核心间移动的开销与暂停线程、串行运行代码再重启线程的开销。
- 步骤一：查找距离部分树最近的节点 ：此步骤可并发运行，但直接实现可能会有较大同步开销。实际上，这是一个求最小值及其索引的归约操作。由于OpenMP归约子句无法直接返回最小值元素的索引，因此可以手动编写归约代码或使用TBB的 parallel_reduce 算法。

2. 代码实现

以下是使用TBB和OpenMP实现的并行版Prim算法代码：