[发明专利]一种关于类PLL最短路距离查询算法的并行化加速方法

说明书

本发明属于计算机网络通信技术领域，具体为关于类PLL最短路距离查询算法的并行化加速方法。本发明的类PLL算法是一种基于搜索剪枝的“构建索引—询问查询”的两阶段算法，在构建索引的过程中，充分利用CPU多核的特性，合理地分配计算量和计算方式，对构建索引的过程实现并行化计算，提高时间效率；在询问的阶段中，对批量询问进行处理与分析，合并具有相同端点的询问，对不同的另一端进行并行化查询，以提高CPU多核的利用率以加快计算速度。本发明通过并行化的方式提高串行特征强烈的类PLL算法构建索引以及在批量询问处理中的计算效率，并使得这种并行化加速方法能够在充分利用多核计算单元的特性下高效完成算法功能。

技术领域

本发明属于计算机网络通信技术领域，具体涉及关于类PLL最短路距离查询算法的并行化加速方法。

背景技术

图是一种用于抽象描述现实世界中实体间关系的数据结构，在自然科学、工程技术、经济管理以及各种社会问题中都有着广泛的应用。图论，则是以图为研究对象的一个数学分支。最短路查询问题是图论中的一个经典问题，通过查找图内两个顶点的最短路径，以达到最短时间、最少开销、最高效率的目的，在网络通信、路径导航、物流规划、生物医学等许多方面都有着重要应用。因此，设计出更加高效的最短路查询算法一直是图论中一个重要的研究领域。最短路查询的基本经典算法有Dijkstra算法，Ford算法，Floyd算法等。

PLL算法是近年来十分流行的最短路查询算法，在最短路距离查询和路经计算等方面有许多应用，并且该算法通过进一步的变化也可以用于解决带限制最短路查询、K短路等问题，甚至可以应用于动态图的计算。该算法主要过程包含索引构建和询问查询两个阶段，第一阶段的主要过程是以某种次序逐步从每一个结点出发进行搜索剪枝得到该结点到某些结点的最短距离，并将其加入索引；第二阶段是利用最短路的最优子结构的性质，将一段最短路分为两段最短路的形式，通过在索引中进行查询并求和，然后在所有和中取最小值，该最小值即是最终结果。

随着时代的发展，数据规模飞速增长且类型渐趋复杂，传统的最短路查询算法的效率已经难以满足要求，而充分利用CPU的多核特性，研究并行算法是解决该问题的途径之一。

并行计算是将需要计算的问题分解为若干个独立的、可同时进行的子问题，再用多台计算设备同时并行计算这些子问题，能够提高计算的速度与精度，以达到高效地完成计算任务的目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种针对类PLL最短路距离查询算法的并行化加速方法，以使串行特征强烈的类PLL算法高效的并行化实现，提高对计算单元的利用率，并且以此来加速算法的计算过程。

本发明中，类PLL (Pruned Landmark Labeling)算法指的是一种基于搜索剪枝的“构建索引—询问查询”的两阶段算法。

本发明提供的关于类PLL最短路距离查询算法的并行化加速方法，根据硬件特性，结合合理的内存共享、加锁、线程通信等手段，使得原本串行特征强烈的算法也能高效的并行化实现。具体分为如下三个阶段：（一）预处理阶段，根据硬件确定对应线程数目，以充分发挥硬件特性；（二）索引构建阶段，通过共享内存来实现并行化的搜索剪枝；（三）询问查询阶段，合并具有相同端点的询问以减少冗余计算，再并行化处理不同端点的查询。见图1所示。具体步骤如下：

（一）预处理阶段，根据硬件确定对应线程数目，以充分发挥硬件特性；

获取当前处理器的核心数K，读取图的结构并保存在graph中，将结点按照度数由小到大的顺序存放于V中；

显然，所得到的处理器核心数与后续处理过程中的线程数具有直接联系，因此可在充分利用硬件特性的基础上高效的完成并行化操作。

（二）索引构建阶段，通过共享内存来实现并行化的搜索剪枝；