并行减少（例如求和）hpx::futures<double> 的向量

Posted 2023-02-21

【中文标题】并行减少（例如求和）hpx::futures<double> 的向量

【英文标题】：Parallel reduce (e.g. sum) a vector of hpx::futures<double>

【发布时间】：2019-01-31 21:18:50

【问题描述】：

我们目前正在尝试为数值模拟实施红黑高斯-赛德尔求解器。

为此，我们将模拟区域划分为大小相等的子网格。我们能够在具有正确依赖关系和hpx::dataflow 对象的每个子网格上异步执行压力方程的红黑循环。

但现在我们有以下问题：在每第 n 个循环之后，我们必须执行一次残差计算以确定我们是否已经收敛。

因此，最佳解决方案是，我们分别/异步地开始每个局部残差计算，然后对 hpx::future<double> 的向量求和。借助 HPX 期货的想法，可以得出最佳解决方案，即我们尽快总结所有要素。

但到目前为止，我们只能想出以下代码：

#include <hpx/hpx_main.hpp>
#include <hpx/hpx.hpp>
#include <memory>
#include <iostream>

class A 
public:
  double residual() 
    // Calculate actual local residual
    return 1.0;
  
;

int main() 
  // Create instances
  std::vector<A> vec(3);
  std::vector<hpx::shared_future<double>> res(vec.size());

  // asynchronous launch resdiual calculation
  for (size_t i = 0; i < res.size(); ++i) 
    res[i] = hpx::async( &A::residual, &vec[i] );
  

  double residual = 0.0;
  for (size_t i = 0; i < res.size(); ++i) 
    residual += res[i].get();
  

  std::cout << "residual: " << residual << std::endl;

  return 0;

这远非最佳。在最坏的情况下，它的性能就像一个全局屏障，然后是所有元素的纯顺序总和。

所以我们的问题是我们如何才能并行实现这个“HPX”？

2019 年 2 月 2 日更新：

我们已经重写了我们的代码，因此我们不能完全异步地开始我们的残差计算，而是基于通过hpx::dataflow 对象的数据依赖关系。

  // asynchronous launch resdiual calculation
  for (size_t i = 0; i < res.size(); ++i) 
    res[i] = hpx::dataflow( hpx::util::unwrapping(&A::residual), &vec[i], *DEPENDENCIES* );
  

是否也可以使用数据流对象调用@Mike van Dyke 代码，或者是否有其他解决方案？

（提示：由于template argument deduction/substitution failed 错误，我没有让您的代码工作）

【问题讨论】：

你需要中间结果res[i] = hpx::async( &A::residual, &vec[i] );吗？ std::vector<A> vec(3) 真的只有 3 号吗？

我们不需要中间结果，只需要最后的残差来检查收敛性。此代码只是演示问题的最小工作示例。实际大小基于给定模拟的粒度。

【参考方案1】：

您可以使用transform_reduce 模式来实现您想要实现的目标：

std::vector<A> vec(300);
double res = hpx::parallel::transform_reduce(hpx::parallel::execution::par,        
                     vec.begin(), vec.end(),                      \\ (1)                         
                     0, [](double a, double b) return a + b; ,  \\ (2)
                     [](const A& a_ref) return a_ref.residual(); );   \\ (3)

这段代码会计算A在vec中的残差(3)(1)，然后将所有结果相加(2)。

【讨论】：

这将无法编译，因为参数序列不正确（请参阅：en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/transform_reduce）。正确的参数序列如下所示：***.com/a/54508775/269943.

@hkaiser 即使使用此参数序列，代码也不会出现。见https://***.com/questions/54504021/hpx-transform-reduce?noredirect=1&lq=1

是的，我后来自己也注意到了。为我辩护：MSVC 接受了我发布的代码（它倾向于允许将 const 引用绑定到非 const 引用 - 这是一个众所周知的错误）。