Векторное программирование

Структура занятия
векторные вычисления;
цели векторизации;
проблемы векторизации;
векторное программирование;
языки векторного программирования.

Векторные вычисления
Векторные вычисления – это вид параллельных вычислений с параллелизмом на уровне данных (SIMD – Single Instruction Multiple Data)

Цели векторизации
Ускорить работу программы
одна векторная команда распознаётся, декодируется и выполняется быстрее нескольких скалярных, выполняющих то же действие
Уменьшить объем кода
одна векторная команда занимает меньше места в программе и в различных очередях/таблицах/буферах в процессоре

Задача сложения векторных объектов
a = [5, 6, 9, 8, 5, 1, 0]
b = [9, 2, 1, 7, 2, 9, 7]
sum = []
for i in range(len(a)):
sum.append(a[i]+b[i])
print(sum)
a <- c(5, 6, 9, 8, 5, 1, 0)
b <- c(9, 2, 1, 7, 2, 9, 7)
sum <- a+ b
sum
Рисунок 1 – Реализация в Python 3
Рисунок 2 – Реализация в R

Некоторые понятия
Скалярная программа – программа, оперирующая отдельными числами;
Векторная программа – программа, оперирующая векторами;
Векторизация (вид распараллеливания) – преобразование скалярной программы в векторную

Проблемы векторизации
Поиск в программе однотипных операций над различными данными (приведение к однотипным операциям);
Доказательство независимости операций;
Выровненный доступ к данным;
Оценка затрат на сборку-разборку векторов;
Переносимость.

Векторное программирования
Векторное программирование – парадигма программирования основанная на работе с объектами, как со структурами отличающимися по размерности от скаляра в большую сторону.
Основные виды объектов:
векторы; (R)
матрицы; (Matlab)
многомерные структуры.

Язык R
R – язык программирования для научных вычислений и анализа данных с упором на визуализацию и воспроизводимость;
R – свободное кросс-платформенное программное обеспечение с открытым исходным кодом;
R – интерпретируемый язык с интерфейсом командной строки;
R – мультипарадигмальный язык, сочетающий в себе:
функциональное программирование;
процедурное программирование;
объектно-ориентированное программирование;
рефлексивное программирование.

Преимущества языка R
R бесплатен, его код открыт;
огромное количество встроенных статистических тестов, математических алгоритмов, функций анализа данных в исследованиях;
расширяемость: модульная система пакетов (packages);
обширное сообщество разработчиков;
полностью программируемая высокоуровневая графика;
кросс-платформенность, воспроизводимость результатов;
R становится популярным: статьи, книги, конференции, юзер группы.