Расчет определённого интеграла. Фролова Ксения. 6 курс

Постановка задачи

Необходимо вычислить определенный интеграл [math]\int^1_0x^2dx[/math] с использованием средств параллельного программирования на основе MPI.

Реализация

Для расчета указанного интеграла используется метод трапеций - метод численного интегрирования функции одной переменной, заключающийся в замене на каждом элементарном отрезке подинтегральной функции на многочлен первой степени, то есть линейную функцию. Площадь под графиком функции аппроксимируется прямоугольными трапециями. Отрезок [a..b] (в данной задаче [0..1]) разбивается на заданное количество интервалов (в данной задаче n=100000000), и на каждом из элементарных отрезков применяется формула трапеций. Cуммирование даст составную формулу трапеций:

[math]\int^b_a f(x)\,dx \approx \sum_{i=0}^{n-1} \frac{ f(x_i) + f(x_{i+1}) }{2} (x_{i+1} - x_{i}) [/math]

Заданное количество интервалов распределяется между определенным количеством процессов. На каждом полученном таким способом интервале процесс интегрирования осуществляется отдельным процессом, при этом в связи с использованием явной схемы соседние процессы должны обмениваться крайними значениями, полученными на предыдущем шаге, для выполнения следующего шага. Так, каждый процесс рассчитывает определенное количество интервалов по методу трапеций и обменивается информацией с соседними процессами. Суммируя результаты, полученные каждым отдельным процессом, мы получаем конечный результат. Программа, выполняющая расчет интеграла:

Результаты

Вычислен определенный интеграл [math]\int^1_0x^2dx[/math].
Показано, что при увеличении количества процессов уменьшается время расчета.