Шилин Никита. Технология TBB. Вычисление многомерных интегралов методом Монте-Карло. Вариант 12.

[Calabras]

Описание

• Задача: Вычисление многомерных интегралов методом Монте-Карло
• Вариант: 12
• Технология: TBB
• Студент: Шилин Никита Дмитриевич, группа 3823Б1ПР1

Описание решения

Реализована параллельная версия метода Монте-Карло для вычисления многомерных определённых интегралов произвольной размерности с использованием технологии Intel oneAPI Threading Building Blocks (oneTBB).

Параллельная (TBB) версия (ops_tbb.cpp):

• Валидация — проверка корректности входных данных: совпадение размерностей границ, положительное число точек, lower < upper по каждому измерению, допустимый тип функции, ограничение размерности до 10.
• Препроцессинг — копирование входных параметров во внутренние переменные класса.
• Вычисления — генерация квазислучайных точек с использованием последовательности Кронекера (дробные части квадратных корней простых чисел) и вычисление интеграла методом Монте-Карло. Основной цикл суммирования распараллелен с помощью tbb::parallel_reduce.
• Постпроцессинг — не используется.

Особенности реализации параллельной версии

Последовательность Кронекера переведена в замкнутую (closed-form) формулу для обеспечения независимости итераций:

point[d] = frac(0.5 + (i + 1) * alpha[d])

Распараллеливание выполнено через tbb::parallel_reduce с tbb::blocked_range, что обеспечивает автоматическую балансировку нагрузки и эффективное использование work-stealing планировщика TBB:

double sum = tbb::parallel_reduce(
    tbb::blocked_range<int>(0, num_points_), 0.0,
    [&](const tbb::blocked_range<int> &range, double local_sum) {
      std::vector<double> point(dimensions);
      for (int i = range.begin(); i < range.end(); ++i) {
        // вычисление точки и функции
        local_sum += IntegrandFunction::Evaluate(func_type_, point);
      }
      return local_sum;
    },
    std::plus<>());

Буфер point аллоцируется один раз на каждый блок (range), а не на каждую итерацию, что минимизирует накладные расходы на выделение памяти.

Сложность: O(N·d) по времени, O(d·T) по памяти, где T — число потоков.

Поддерживаются 5 подынтегральных функций с известными аналитическими решениями: Constant (f=1), Linear (f=Σxᵢ), Product (f=Πxᵢ), SumSquares (f=Σxᵢ²), SinProduct (f=Πsin(xᵢ)).

Тестирование

Функциональные тесты (8 случаев): 1D, 2D, 3D интегралы для функций kLinear, kSumSquares, kConstant, kProduct, kSinProduct — результат сравнивается с аналитическим решением.

Тесты производительности: 3D интеграл (10 миллионов точек, kSumSquares).

---

Чек-лист

• Статус CI: Все CI-задачи (сборка, тесты, генерация отчёта) успешно проходят на моей ветке в моем форке
• Директория и именование задачи: Я создал директорию с именем shilin_n_monte_carlo_integration
• Полное описание задачи: Я предоставил полное описание задачи в теле pull request
• clang-format: Мои изменения успешно проходят clang-format локально в моем форке (нет ошибок форматирования)
• clang-tidy: Мои изменения успешно проходят clang-tidy локально в моем форке (нет предупреждений/ошибок)
• Функциональные тесты: Все функциональные тесты успешно проходят локально на моей машине
• Тесты производительности: Все тесты производительности успешно проходят локально на моей машине
• Ветка: Я работаю в ветке shilin_n_monte_carlo_integration_tbb, а не в master
• Правдивое содержание: Я подтверждаю, что все сведения, указанные в этом pull request, являются точными и достоверными

[codecov-commenter]

Codecov Report

❌ Patch coverage is 85.71429% with 5 lines in your changes missing coverage. Please review.
⚠️ Please upload report for BASE (master@ee4b1f0). Learn more about missing BASE report.

Files with missing lines	Patch %	Lines
...ilin_n_monte_carlo_integration/tbb/src/ops_tbb.cpp	85.71%	1 Missing and 4 partials ⚠️

❌ Your patch status has failed because the patch coverage (85.71%) is below the target coverage (95.00%). You can increase the patch coverage or adjust the target coverage.

Additional details and impacted files

@@            Coverage Diff            @@
##             master     #344   +/-   ##
=========================================
  Coverage          ?   79.17%           
=========================================
  Files             ?      268           
  Lines             ?     9360           
  Branches          ?     3976           
=========================================
  Hits              ?     7411           
  Misses            ?     1376           
  Partials          ?      573           

☔ View full report in Codecov by Sentry.
📢 Have feedback on the report? Share it here.

🚀 New features to boost your workflow:

• ❄️ Test Analytics: Detect flaky tests, report on failures, and find test suite problems.