@@ -11,7 +11,7 @@ pdf: true
1111在系统编程领域,Zig语言凭借其独特的显式内存管理、零成本抽象和强调确定性的设计理念,正在成为构建高性能应用的利器。本文聚焦于拓扑排序算法在Zig语言中的实现,并深入探讨其在并行任务调度中的创新应用。通过将传统的图论算法与现代并发模型相结合,我们能够构建出既保证执行顺序正确性,又充分挖掘硬件并行潜力的任务调度系统。
1212
1313## 拓扑排序基础
14- 拓扑排序是对有向无环图(DAG)进行线性排序的算法,其数学表达为:对于图中任意有向边(u, v),节点u在排序结果中都出现在v之前。形式化定义为给定图G =(V, E),求节点排列$L = [ v_1, v_2, ..., v_n] $,使得对于每条边$(v_i, v_j) \in E$,都有$i < j$。
14+ 拓扑排序是对有向无环图(DAG)进行线性排序的算法,其数学表达为:对于图中任意有向边 $ (u, v)$,节点 $u$ 在排序结果中都出现在 $v$ 之前。形式化定义为给定图 $G =(V, E)$ ,求节点排列 $L = [ v_1, v_2, ..., v_n] $,使得对于每条边 $(v_i, v_j) \in E$,都有 $i < j$。
1515
1616Kahn算法是该问题的经典解法,其伪代码可表示为:
17171 . 初始化入度表并构建邻接表
@@ -70,7 +70,7 @@ fn topologicalSort(g: *Graph) !std.ArrayList(usize) {
7070 while (queue.items.len > 0) {
7171 const u = queue.orderedRemove(0);
7272 try result.append(u);
73-
73+
7474 for (g.nodes.items[u].edges.items) |v| {
7575 in_degree[v] -= 1;
7676 if (in_degree[v] == 0) {
@@ -98,7 +98,7 @@ fn parallelExecute(g: *Graph, result: []const usize) void {
9898
9999 const batch_size = 4;
100100 var pool: [batch_size]std.Thread = undefined;
101-
101+
102102 var current: usize = 0;
103103 for (&pool) |*t| {
104104 t.* = std.Thread.spawn(.{}, struct {
@@ -119,7 +119,7 @@ fn parallelExecute(g: *Graph, result: []const usize) void {
119119 }
120120}
121121```
122- 该实现创建固定数量的工作线程(batch_size),每个线程以跨步方式处理任务。信号量机制保证主线程能够准确等待所有任务完成。这种批量处理方式减少了线程创建开销,同时通过任务分片避免了资源竞争。
122+ 该实现创建固定数量的工作线程(` batch_size ` ),每个线程以跨步方式处理任务。信号量机制保证主线程能够准确等待所有任务完成。这种批量处理方式减少了线程创建开销,同时通过任务分片避免了资源竞争。
123123
124124### 性能优化实践
125125在16核服务器上对包含10,000个任务的依赖图进行测试,测得并行版本相比串行执行有显著提升:
@@ -129,8 +129,8 @@ fn parallelExecute(g: *Graph, result: []const usize) void {
129129
130130## 进阶话题
131131在动态图场景下,传统的静态拓扑排序算法需要改进。我们提出增量维护算法:当新增边(u, v)时,只需沿着v的后续节点传播更新。数学上,这可以形式化为:
132- $$ \Delta L = \text{TopoSort}(\{v\} \cup \text{Descendants}(v)) $$
133- 其中Descendants (v)表示v的所有可达节点 。Zig的编译时反射机制可以优化该过程,通过` @TypeOf ` 和` @hasField ` 等编译时函数实现依赖关系的静态验证。
132+ $$ \Delta L = \text{TopoSort}(\{v\} \cup \text{Descendants}(v)) $$
133+ 其中 $\text{Descendants} (v)$ 表示 $v$ 的所有可达节点 。Zig的编译时反射机制可以优化该过程,通过` @TypeOf ` 和` @hasField ` 等编译时函数实现依赖关系的静态验证。
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135135## 总结
136136本文展示了Zig语言在实现经典算法和构建并发系统方面的独特优势。通过将显式内存控制与现代化并发原语相结合,开发者能够创建出既保证正确性又具备高性能的任务调度系统。未来随着Zig标准库的进一步完善,其在分布式系统和异构计算领域的应用值得期待。
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