Résoudre le problème TSP en utilisant CUDA à base de langage C

Salut tout le monde;
J'ai essayé de développer un programme parallèle qui résout le problème TSP (problème de voyageur de commerce) en utilisant l'algorithme ACO (algorithme de colonie des Fourmies) en utilisant CUDA, la nouvelle technologie développée par NVIDIA, qui consiste à programmer la carte graphique sous le langage C. Le programme est bien compilé et exécuté mais il n'affiche pas les résultats désirés car il ne prend pas en considération les fonction globales et les variables GPU déclarées. Je n'ai pas compris pourquoi. Je demande votre aide SVP pour trouver le problème et merci d'avance.

Voila une copie de mon programme :

Code:

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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; }

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et voila une copie de l’exécution de programme :

Pièce jointe 268570