在C++中使用多线程在2D矩阵中的最大值

在C++中使用多线程来查找2D矩阵中的最大值可以加快程序的运行速度。本文将介绍如何使用C++ 11的线程库来实现在2D矩阵中查找最大值的算法。

算法思路

我们可以把2D矩阵分成若干小块，每个线程负责查找其中一个小块的最大值，最后再将每个小块的最大值合并得到整个矩阵的最大值。

代码实现

我们定义一个 Matrix 类，其中包含了一个2D矩阵和该矩阵的行数和列数。该类实现了一个查找最大值的方法 findMaximum()，该方法使用多线程来加速查找过程。

下面是 Matrix 类的代码实现：

class Matrix {
public:
    Matrix(int rows, int cols) : rows_(rows), cols_(cols) {
        data_ = new int[rows_ * cols_]();
    }
    ~Matrix() {
        delete[] data_;
    }
    int& operator() (int row, int col) {
        return data_[row * cols_ + col];
    }
    int getRows() const {
        return rows_;
    }
    int getCols() const {
        return cols_;
    }
    int findMaximum() const {
        const int num_threads = 4; // 使用4个线程
        std::vector<std::thread> threads;
        std::vector<int> results(num_threads);
        const int block_size = rows_ / num_threads;
        int start_row = 0;
        for (int i = 0; i < num_threads-1; ++i) {
            threads.emplace_back([this, &results, i, start_row, block_size]() {
                int max_val = std::numeric_limits<int>::min();
                for (int row = start_row; row < start_row + block_size; ++row) {
                    for (int col = 0; col < cols_; ++col) {
                        max_val = std::max(max_val, (*this)(row, col));
                    }
                }
                results[i] = max_val;
            });
            start_row += block_size;
        }
        // 主线程查找最后一个块的最大值。
        int max_val = std::numeric_limits<int>::min();
        for (int row = start_row; row < rows_; ++row) {
            for (int col = 0; col < cols_; ++col) {
                max_val = std::max(max_val, (*this)(row, col));
            }
        }
        results[num_threads-1] = max_val;
        // 等待所有线程结束。
        for (auto& t : threads) {
            t.join();
        }
        // 合并所有小块的最大值。
        int final_max_val = std::numeric_limits<int>::min();
        for (const auto& result : results) {
            final_max_val = std::max(final_max_val, result);
        }
        return final_max_val;
    }
private:
    int rows_;
    int cols_;
    int* data_;
};

使用示例

以下代码展示了如何使用 Matrix 类来查找最大值：

int main() {
    Matrix m(1000, 1000);
    // 对矩阵进行初始化。
    for (int row = 0; row < m.getRows(); ++row) {
        for (int col = 0; col < m.getCols(); ++col) {
            m(row, col) = rand() % 1000;
        }
    }
    // 查找矩阵的最大值。
    int max_val = m.findMaximum();
    std::cout << "Maximum value is " << max_val << "." << std::endl;
    return 0;
}

总结

本文介绍了如何使用C++ 11的线程库来加速查找2D矩阵中最大值的算法。实现思路是将矩阵分成小块，在多个线程中同时查找每个小块的最大值，最后将每个小块的最大值合并得到整个矩阵的最大值。