Индивидуальная работа / Болтушкин Л.С., 712-2, отчет по индивидуальной

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-

вычислительных систем (КИБЭВС)

АЛГОРИТМ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ МАССИВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТЕЙ ПЕТРИ

Отчет по практической работе №1 по дисциплине «Моделирование автоматизированных информационных

систем»

Выполнил: Студент гр. 712-2

_______ Болтушкин Л.С.

_______2026

Руководитель Преподаватель кафедры КИБЭВС

_______ Прозорова Е.А.

_______2026

Томск 2026

Введение

Целью данной практической работы является приобретение навыков исследования научной статьи, ее анализа и извлечения из нее информации,

необходимой для построения сети, моделирующей поиск пути в лабиринте.

2

1 ХОД РАБОТЫ

1.1 Аннотация

Для анализа была выбрана статья «Алгоритм параллельного объединения массивов с использованием сетей Петри».

Объект исследования: процесс параллельного и асинхронного объединения массивов данных.

Предмет исследования: моделирование данного процесса с использованием аппарата сетей Петри и адаптированной структуры бинарного дерева поиска.

Цель работы: разработка и демонстрация алгоритма параллельного объединения массивов с одновременной сортировкой и удалением дубликатов с использованием сетей Петри.

Актуальность исследования обусловлена широкой распространенностью задачи объединения массивов в компьютерных науках и растущими требованиями к эффективной обработке данных в параллельных и асинхронных системах.

Научная новизна работы проявляется в адаптации классической структуры данных «бинарное дерево поиска» для выполнения параллельных операций вставки и в реализации этого механизма с помощью сетей Петри.

Значимость результатов заключается в создании масштабируемой модели, позволяющей одновременно выполнять операции над любым количеством массивов любой длины, что демонстрирует фундаментальные свойства сетей Петри при решении практических задач параллельной обработки данных.

Практическая ценность исследования реализована в том, что разработанная и верифицированная в среде CPN Tools модель служит наглядным примером перехода от алгоритмической задачи к формальной исполняемой спецификации.

3

1.2 Реализация модели в «CPN TOOLS»

Сеть Петри для алгоритма параллельной вставки элементов в бинарное дерево поиска представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Сеть Петри для алгоритма параллельной вставки элементов в бинарное дерево поиска

Первым шагом выполняется инициализация системы. Система начинает работу с начальной конфигурации, при которой исходные массивы данных (a0a3, b0-b2), представленные в виде фишек в соответствующих позициях, готовы к обработке. Через переходы инициализации (t0-t6) фишки из обоих массивов последовательно поступают в общую позицию add, которая служит точкой входа для добавления элементов в бинарное дерево поиска (БДП).

На рисунке 1.2 можно увидеть успешное выполнение программы,

благодаря зеленому индикатору состояния, который обозначает то, что действие было успешно завершено.

4

Следующим шагом осуществляется параллельная вставка элементов в БДП. Когда фишка попадает в позицию add, активируется логика,

реализованная на втором фрагменте сети. Элемент последовательно сравнивается с существующими узлами дерева (позиция arr). В зависимости от результата сравнения срабатывает один из переходов:

Если значения совпадают (i = i2), активируется переход del, который удаляет дубликат.

Если новое значение больше текущего узла (i > i2), активируется переход t0, и фишка перемещается в позицию right#, соответствующую правому потомку.

Если новое значение меньше (i < i2), активируется переход t1, и фишка перемещается в позицию left#, соответствующую левому потомку.

Следует отметить, что в текущей реализации модели присутствуют ограничения, требующие дополнительной проработки для обеспечения полной функциональности. В частности, для корректной работы логики ветвления в бинарном дереве поиска необходима детальная спецификация условий переходов между узлами дерева.

Критическим элементом, требующим доработки, является формализация условий распределения элементов из корневого узла add0 в дочерние узлы (add1, add2 и последующие). Без четких правил сравнения (x > node_value, x < node_value) и механизма отслеживания значений родительских узлов невозможно гарантировать корректное построение дерева и, как следствие,

правильность сортировки итогового массива.

Для завершения реализации требуется:

1.Определить точные условия переходов между всеми узлами бинарного дерева.

2.Реализовать механизм сравнения вставляемых элементов с значениями существующих узлов.

3.Задать начальные значения для тестовых узлов дерева.

6

4.Реализовать логику обработки граничных случаев (дубликаты,

пустые узлы).

Данные доработки позволят обеспечить полную работоспособность модели и корректное выполнение алгоритма параллельного объединения массивов с сортировкой и удалением дубликатов.

7

1.3 РЕЦЕНЗИЯ НА СТАТЬЮ

Статья А.А. Воеводы и Д.О. Романникова «Алгоритм параллельного объединения массивов с использованием сетей Петри» является понятной для читателей, знакомых с основами сетей Петри и бинарных деревьев поиска.

Основная идея – использование сетей Петри для моделирования параллельного и асинхронного объединения массивов с одновременной сортировкой и удалением дубликатов – изложена ясно и последовательно. Текст статьи практически лишён «воды», все разделы носят содержательный характер.

Методический аппарат представлен частично: цель и актуальность задачи обозначены явно, однако научная новизна не сформулирована в явной форме, а

скорее следует из предложенного подхода.

Выводы авторов соответствуют заявленной цели – демонстрации возможности параллельного выполнения операций над массивами с использованием сетей Петри. Корректность работы модели подтверждена моделированием в среде CPN Tools.

Качество описания основной части недостаточно для полного воспроизведения исследования. Например, отсутствуют точные спецификации цветовых множеств и детальное описание логики переходов, что затрудняет воссоздание модели. Также авторы признают, что представленная модель демонстрируется на трёх элементах, но может быть расширена, однако масштабируемость и производительность алгоритма для больших объёмов данных не исследованы.

В целом, статья представляет ценность как практический пример применения сетей Петри для моделирования параллельных алгоритмов.

Основная цель – демонстрация параллелизма и асинхронности при объединении массивов – достигнута.

8

Заключение

В ходе выполнения данной практической работы было показано применение сетей Петри для решения задачи асинхронного параллельного объединения массивов с сортировкой с использованием сетей Петри.

Представленный алгоритм основывается на применении бинарного дерева поиска, которое было адаптировано параллельному использованию.

Представленная структура позволяет легко расширяться на объединения массивов любой длины.

9