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| #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include "cuda_runtime.h"
#include "device_launch_parameters.h"
#include <cuda.h>
#include <curand_kernel.h>
#define C_IMPORTANCE_VISIBILITE_VILLE 0.5 //Importance donnée à la visibilité des villes(alpha)
#define C_IMPORTANCE_QUANTITE_PHEROMONE 0.5 //Importance donnée à la quantité de phéromones déposées(beta)
#define C_VITESSE_EVAPORATION_PHEROMONE 0.75 //Définit la vitesse d’évaporation des phéromones.
#define C_PISTE_PHEROMONE 0.5 //Constante utilisée pour l’initialisation des pistes de phéromones
#define C_QUANTITE_PHEROMONE 100 //Constante utilisée dans le calcul de la quantité de phéromones déposés par les fourmis.
typedef struct ville ville;
struct ville
{
int num_ville;
struct ville *nxt;
};
typedef ville* list_ville;
void initPremiereVilleParcourue();
__global__ void initQuantitePheromones(float *quantite_pheromones_existante);
__global__ void initMatriceVille(float *matrice_ville);
__global__ void initMatriceVisibilite(float *matrice_visibilite, float *matrice_ville);
__device__ static inline list_ville getvilleNonVisite(int num_fourmi,list_ville *list_ville_fourmi);
__device__ static inline float get_quantite_pheromones_deposes_par_une_fourmi( int num_fourmi, int i, int j, float *matrice_ville, list_ville *list_ville_fourmi);
__device__ static inline float get_quantite_pheromones_deposes( int i, int j, float *matrice_ville, list_ville *list_ville_fourmi, float *quantite_pheromones_existante);
__device__ static inline float calcule_probabilite(int num_fourmi, int ville_non_visite, int ville_actuel, float *quantite_pheromones_existante, float * matrice_visibilite,list_ville *list_ville_fourmi);
__device__ static inline float getLongueur_cycle_hamiltonien(int num_fourmi, float *matrice_ville, list_ville *list_ville_fourmi);
__device__ static inline void effacerliste(list_ville list);
__device__ static inline void reinitialiser_ville_fourmis(list_ville *list_ville_fourmi);
float *matrice_ville;
float *matrice_visibilite;
float *quantite_pheromones_existante;
list_ville *list_ville_fourmi;
int *cycle_hamiltonien;
float *matrice_ville_gpu;
float *matrice_visibilite_gpu;
float *quantite_pheromones_existante_gpu;
list_ville *list_ville_fourmi_gpu;
int *cycle_hamiltonien_gpu;
__shared__ int C_NB_CYCLE; //Nombre d’itérations ou plutôt de cycles exécutés par l’algorithme.
__shared__ float ZBest;
__shared__ float ville_coordonne[100][2];
__shared__ int C_NB_VILLE;
__shared__ int C_NOMBRE_FOURMIS; // initialiser le nombre des fourmis a utiliser dans l'algorithme ACO
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction pour initialiser la première ville pour chaque fourmi
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
void initPremiereVilleParcourue()
{
int i;
srand((unsigned int)time(NULL));
// positionnement des fourmis sur les villes
for (i = 0; i<C_NOMBRE_FOURMIS; i++)
{
ville* nouvelleVille = (ville*)malloc(sizeof(ville));
nouvelleVille->num_ville = rand() % C_NB_VILLE;
nouvelleVille->nxt = NULL;
list_ville_fourmi[i] = nouvelleVille;
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction pour initialiser la matrice contenant la quantité de phéromones existante sur chaque arc
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__global__ void initQuantitePheromones(float *quantite_pheromones_existante)
{
int i, j;
i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
j = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
if (j < C_NB_VILLE && i < C_NB_VILLE)
{
quantite_pheromones_existante[i*C_NB_VILLE +j] = (float)C_PISTE_PHEROMONE;
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// permet de faire le calcule de la distance entre les villes
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__global__ void initMatriceVille(float *matrice_ville)
{
int i, j;
// calcule de la distance entre les villes
i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
j = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
if (j < C_NB_VILLE && i < C_NB_VILLE)
{
matrice_ville[i*C_NB_VILLE +j] = sqrt(pow(ville_coordonne[i][0] - ville_coordonne[j][0], 2) + pow(ville_coordonne[i][1] - ville_coordonne[j][1], 2));
printf("distance entre la ville %d et %d est : %f\n", i, j, matrice_ville[i*C_NB_VILLE + j]);
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction pour initialiser la matrice de visibilité (N)ij = 1/(D)ij
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__global__ void initMatriceVisibilite(float *matrice_visibilite,float *matrice_ville)
{
int i, j;
i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
j = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
if (j < C_NB_VILLE && i < C_NB_VILLE)
{
if (matrice_ville[i*C_NB_VILLE +j] != 0)
{
matrice_visibilite[i*C_NB_VILLE +j] = (float)1 / matrice_ville[i*C_NB_VILLE +j];
}
else
{
matrice_visibilite[i*C_NB_VILLE +j] = 0;
}
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction retourne la liste des villes non visité par une fourmi
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline list_ville getvilleNonVisite(int num_fourmi,list_ville *list_ville_fourmi)
{
list_ville ret_list_ville = NULL;
ville* temp;
int i;
int trouve;
i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (i < C_NB_VILLE)
{
temp = list_ville_fourmi[num_fourmi];
trouve = 0;
while (temp != NULL)
{
if (temp->num_ville == i)
{
trouve = 1;
break;
}
temp = temp->nxt;
}
if (trouve == 0)
{
ville* nouvelleVille = (ville*)malloc(sizeof(ville));
nouvelleVille->num_ville = i;
nouvelleVille->nxt = NULL;
if (ret_list_ville == NULL)
{
ret_list_ville = nouvelleVille;
}
else
{
temp = ret_list_ville;
while (temp->nxt != NULL)
{
temp = temp->nxt;
}
temp->nxt = nouvelleVille;
}
}
}
return ret_list_ville;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction retourne la quantité des phéromones deposer par une fourmi sur l'arc i->j
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline float get_quantite_pheromones_deposes_par_une_fourmi(int num_fourmi, int i, int j, float *matrice_ville, list_ville *list_ville_fourmi)
{
float quantite_pheromones_deposes = 0;
int arc_appartient_au_cycle_hamiltonien = 0;
ville* temp = list_ville_fourmi[num_fourmi];
while (temp != NULL)
{
if (temp->num_ville == i)
{
if (temp->nxt != NULL)
{
if (temp->nxt->num_ville == j)
{
arc_appartient_au_cycle_hamiltonien = 1;
break;
}
}
}
if (temp->num_ville == j)
{
if (temp->nxt != NULL)
{
if (temp->nxt->num_ville == i)
{
arc_appartient_au_cycle_hamiltonien = 1;
break;
}
}
}
temp = temp->nxt;
}
if (arc_appartient_au_cycle_hamiltonien == 1)
{
quantite_pheromones_deposes = (((float)C_QUANTITE_PHEROMONE) / getLongueur_cycle_hamiltonien(num_fourmi,matrice_ville,list_ville_fourmi));// delta = parametre fixe/Longueur de trajet d'un fourmi
}
return quantite_pheromones_deposes;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction retourne la quantité des phéromones deposer par l'ensemble des fourmis sur l'arc i->j
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline float get_quantite_pheromones_deposes(int i, int j,float *matrice_ville, list_ville *list_ville_fourmi,float *quantite_pheromones_existante)
{
float quantite_pheromones_deposes = 0, piste_pheromone;
int k;
quantite_pheromones_deposes = (float)((1 - C_VITESSE_EVAPORATION_PHEROMONE) * quantite_pheromones_existante[i*C_NB_VILLE +j]);//mise a jour de pheromone sur l'arc
k = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (k < C_NOMBRE_FOURMIS)
{
quantite_pheromones_deposes += get_quantite_pheromones_deposes_par_une_fourmi(k, i, j,matrice_ville,list_ville_fourmi);
}
return quantite_pheromones_deposes;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction retourne la probabilité qui une fourmi passe par l'arc i->j
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline float calcule_probabilite(int num_fourmi, int ville_non_visite, int ville_actuel,float *quantite_pheromones_existante,float * matrice_visibilite,list_ville *list_ville_fourmi)
{
float p, q = 0;
ville* temp;
p = pow(quantite_pheromones_existante[ville_actuel*C_NB_VILLE + ville_non_visite], (float)C_IMPORTANCE_VISIBILITE_VILLE)*pow(matrice_visibilite[ville_actuel*C_NB_VILLE+ ville_non_visite], (float)C_IMPORTANCE_QUANTITE_PHEROMONE);
list_ville list_ville_non_visite = getvilleNonVisite(num_fourmi,list_ville_fourmi);
temp = list_ville_non_visite;
while (temp != NULL)
{
q += pow(quantite_pheromones_existante[ville_actuel*C_NB_VILLE + temp->num_ville], (float)C_IMPORTANCE_VISIBILITE_VILLE)*pow(matrice_visibilite[ville_actuel*C_NB_VILLE + temp->num_ville], (float)C_IMPORTANCE_QUANTITE_PHEROMONE);
temp = temp->nxt;
}
effacerliste(list_ville_non_visite);
if (q != 0)
{
return (p / q);
}
else
{
return 0;
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction permet de calculer le distance parcouris par une fourmi
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
float getLongueur_cycle_hamiltonien(int num_fourmi,float *matrice_ville,list_ville *list_ville_fourmi)
{
int i, j;
float longueur_cycle_hamiltonien = 0;
ville* temp = list_ville_fourmi[num_fourmi];
while (temp->nxt != NULL)
{
i = temp->num_ville;
j = temp->nxt->num_ville;
longueur_cycle_hamiltonien += matrice_ville[i*C_NB_VILLE + j];
temp = temp->nxt;
}
return longueur_cycle_hamiltonien;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction pour libérer la mémoire de la liste des villes
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline void effacerliste(list_ville list)
{
ville* temp = list;
ville* tempnxt;
while (temp != NULL)
{
tempnxt = temp->nxt;
free(temp); // liberation de la mémoire
temp = tempnxt;
}
list = NULL;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// Fonction permet de reinitialiser le tableau de liste qui stock les villes parcouris par les fourmis
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__device__ static inline void reinitialiser_ville_fourmis(list_ville *list_ville_fourmi)
{
int j;
ville* temp;
ville* tempnxt;
j = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (j < C_NOMBRE_FOURMIS)
{
temp = list_ville_fourmi[j]->nxt;
while (temp != NULL)
{
tempnxt = temp->nxt;
free(temp); // liberation de la mémoire
temp = tempnxt;
}
list_ville_fourmi = NULL;
list_ville_fourmi[j]->nxt = NULL;
}
}
__device__ static inline void Calcule_meilleurChemin(list_ville *list_ville_fourmi,float *matrice_ville,int *cycle_hamiltonien)
{
int i, j;
float lg = 0;
ville* temp = NULL;
ZBest = 0;
i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (i < C_NOMBRE_FOURMIS)
{
int k, m;
float longueur_cycle_hamiltonien = 0;
ville* temp = list_ville_fourmi[i];
while (temp->nxt != NULL)
{
k = temp->num_ville;
m = temp->nxt->num_ville;
longueur_cycle_hamiltonien += matrice_ville[k*C_NB_VILLE + m];
temp = temp->nxt;
}
lg = longueur_cycle_hamiltonien;
if (ZBest > lg || ZBest == 0)
{
ZBest = lg;
temp = list_ville_fourmi[i];
j = 0;
while (temp != NULL)
{
cycle_hamiltonien[j] = temp->num_ville;
temp = temp->nxt;
j++;
}
}
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// implementation de l'algorithme ACO
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__global__ void system_fourmi(list_ville *list_ville_fourmi, float *matrice_ville, int *cycle_hamiltonien,float *quantite_pheromones_existante,float *matrice_visibilite)
{
int i, j, k, l, h,m,n;
ville* temp, *temp1;
int num_ville_suivante, num_ville_actuelle;
float max_probabilite, probabilite, lg;
list_ville list_ville_non_visite = NULL;
for (i = 0; i < C_NB_CYCLE; i++)
{
k = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
j = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (k < C_NB_VILLE && j < C_NOMBRE_FOURMIS)
{
temp = list_ville_fourmi[j];
while (temp != NULL)
{
if (temp->nxt == NULL)
{
break;
}
temp = temp->nxt;
}
if (temp != NULL)
{
num_ville_actuelle = temp->num_ville;
list_ville_non_visite = getvilleNonVisite(j, list_ville_fourmi);
max_probabilite = -1;
num_ville_suivante = -1;
temp1 = list_ville_non_visite;
while (temp1 != NULL)
{
probabilite = calcule_probabilite(j, num_ville_actuelle, temp1->num_ville,quantite_pheromones_existante,matrice_visibilite,list_ville_fourmi);
if (max_probabilite <= probabilite)
{
max_probabilite = probabilite;
num_ville_suivante = temp1->num_ville;
}
temp1 = temp1->nxt;
}
effacerliste(list_ville_non_visite);
temp = temp->nxt;
}
temp = list_ville_fourmi[j];
if (num_ville_suivante == -1)
{
num_ville_suivante = temp->num_ville;
}
while (temp->nxt != NULL)
{
temp = temp->nxt;
}
ville* nouvelleVille = (ville*)malloc(sizeof(ville));
nouvelleVille->num_ville = num_ville_suivante;
nouvelleVille->nxt = NULL;
temp->nxt = nouvelleVille;
}
l = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
h = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (l < C_NB_VILLE && h < C_NB_VILLE)
{
if (l != h)
{
quantite_pheromones_existante[l*C_NB_VILLE + h] = get_quantite_pheromones_deposes(l, h, matrice_ville,list_ville_fourmi,quantite_pheromones_existante);
}
}
Calcule_meilleurChemin(list_ville_fourmi,matrice_ville,cycle_hamiltonien);
reinitialiser_ville_fourmis(list_ville_fourmi);
}
}
void Afficher_Resultat()
{
int i;
printf("La meilleure solution trouve est la suivante :\n");
printf("\t le plus cour chemin pour parcourir les %d villes est :\n", C_NB_VILLE);
printf("\n\t[");
printf("%d", cycle_hamiltonien[0] + 1);
for (i = 1; i<C_NB_VILLE; i++)
{
printf("=>%d", cycle_hamiltonien[i] + 1);
}
printf("=>%d", cycle_hamiltonien[0] + 1);
printf("]\n\n");
printf("\t Distance optimale :\n");
printf("\n\t[%f]\n", ZBest);
}
int main()
{
int i, j;
C_NB_CYCLE = 50;
printf("Nombre de villes : ");
scanf("%d", &C_NB_VILLE);
C_NOMBRE_FOURMIS = 2 * C_NB_VILLE;
//allocation memoire des matrice sur le cpu
matrice_ville = (float *)malloc(C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(float));
list_ville_fourmi = (list_ville *)malloc(C_NOMBRE_FOURMIS * sizeof(list_ville));
matrice_visibilite = (float *)malloc(C_NB_VILLE *C_NB_VILLE * sizeof(float));
quantite_pheromones_existante = (float *)malloc(C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(float ));
//remplissage de la matrice des villes
for (i = 0; i<C_NB_VILLE; i++)
{
matrice_ville[i*C_NB_VILLE +i] = 0;
}
if (cycle_hamiltonien == NULL)
{
cycle_hamiltonien = (int *)malloc(C_NB_VILLE * sizeof(int));
}
float x = 0;
float y = 0;
FILE * fichier_ville;
fichier_ville = fopen("tspDjibouti.txt", "r");
if (fichier_ville != NULL)
{
while (!feof(fichier_ville))
{
for (i = 0; i < C_NB_VILLE; i++) {
fscanf(fichier_ville, "%f", &x);
fscanf(fichier_ville, "%f", &y);
ville_coordonne[i][0] = x;
ville_coordonne[i][1] = y;
printf("les coordonnees de ville %d est : x= %f , y= %f\n", i, ville_coordonne[i][0], ville_coordonne[i][1]);
}
}
printf("\n");
fclose(fichier_ville);
}
else
{
printf("Fichier fichier_ville.txt absent!");
exit(1);
}
fichier_ville = NULL;
int width = C_NB_VILLE, height = C_NB_VILLE;
cudaMalloc((void**)&matrice_ville_gpu, C_NB_VILLE*C_NB_VILLE * sizeof(float));
cudaMalloc((void**)&matrice_visibilite_gpu, C_NB_VILLE*C_NB_VILLE * sizeof(float));
cudaMalloc((void**)&quantite_pheromones_existante_gpu, C_NB_VILLE*C_NB_VILLE * sizeof(float));
cudaMalloc((void**)&list_ville_fourmi_gpu, C_NOMBRE_FOURMIS*C_NOMBRE_FOURMIS * sizeof(list_ville));
cudaMalloc((void**)&cycle_hamiltonien_gpu,C_NB_VILLE * sizeof(int));
//size_t pitch;
//cudaMallocPitch(&matrice_ville_gpu, &pitch, width * sizeof(float), height);
//cudaMallocPitch(&quantite_pheromones_existante_gpu, &pitch, width * sizeof(float), height);
//cudaMallocPitch(&matrice_visibilite_gpu, &pitch, width * sizeof(float), height);
//cudaMallocPitch(&list_ville_fourmi_gpu, &pitch, C_NOMBRE_FOURMIS * sizeof(list_ville), C_NOMBRE_FOURMIS);
initPremiereVilleParcourue();
cudaEvent_t start, stop;
float elapsedTime;
cudaEventCreate(&start);
cudaEventCreate(&stop);
cudaEventRecord(start, 0);
int threadsPerBlock = 256;
int blocksPerGrid = (C_NB_VILLE + threadsPerBlock - 1) / threadsPerBlock;
cudaMemcpy(matrice_ville_gpu, matrice_ville, C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(float), cudaMemcpyHostToDevice);
cudaMemcpy(matrice_visibilite_gpu, matrice_visibilite, C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(float), cudaMemcpyHostToDevice);
cudaMemcpy(quantite_pheromones_existante_gpu, quantite_pheromones_existante, C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(float), cudaMemcpyHostToDevice);
cudaMemcpy(list_ville_fourmi_gpu, list_ville_fourmi, C_NOMBRE_FOURMIS * C_NOMBRE_FOURMIS * sizeof(list_ville), cudaMemcpyHostToDevice);
cudaMemcpy(cycle_hamiltonien_gpu, cycle_hamiltonien, C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(int), cudaMemcpyHostToDevice);
cudaDeviceSynchronize();
initMatriceVille <<< blocksPerGrid, threadsPerBlock >>>(matrice_ville_gpu);
cudaDeviceSynchronize();
initMatriceVisibilite <<< blocksPerGrid, threadsPerBlock >>>(matrice_visibilite_gpu,matrice_ville_gpu);
cudaDeviceSynchronize();
initQuantitePheromones <<< blocksPerGrid, threadsPerBlock >>>(quantite_pheromones_existante_gpu);
cudaDeviceSynchronize();
system_fourmi <<< blocksPerGrid, threadsPerBlock >>>(list_ville_fourmi_gpu,matrice_ville_gpu,cycle_hamiltonien_gpu,quantite_pheromones_existante_gpu,matrice_visibilite_gpu);
cudaDeviceSynchronize();
cudaMemcpy(cycle_hamiltonien, cycle_hamiltonien_gpu, C_NB_VILLE * C_NB_VILLE * sizeof(int), cudaMemcpyDeviceToHost);
cudaDeviceSynchronize();
Afficher_Resultat();
cudaEventRecord(stop, 0);
cudaEventSynchronize(stop);
cudaEventElapsedTime(&elapsedTime, start, stop);
printf("============Informations d'execution===========\n");
printf("temps d'execution en GPU : %3.20f ms\n", elapsedTime);
printf("====================================================\n\n");
free(matrice_ville);
free(matrice_visibilite);
free(quantite_pheromones_existante);
free(list_ville_fourmi);
free(cycle_hamiltonien);
cudaFree(matrice_ville_gpu);
cudaFree(matrice_visibilite_gpu);
cudaFree(list_ville_fourmi_gpu);
cudaFree(cycle_hamiltonien_gpu);
cudaFree(quantite_pheromones_existante_gpu);
return 0;
} |
Résoudre le problème TSP en utilisant CUDA à base de langage C
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