Ausprobieren aller Möglichkeiten ist für große Netzwerke nicht oder nur unter
erheblichem Ressourcenaufwand möglich.
-Das Programm {\sc SN-Evolution-Cut} implementiert einen evolutionären
+Das Programm \textsc{SN-Evolution-Cut} implementiert einen evolutionären
Algorithmus, der zu einem gegebenen Sortiernetzwerk und einer gewünschten
Leitungszahl ein Schnittmuster sucht, dass ein Sortiernetzwerk mit einer
möglichst geringen Anzahl von Komparatoren und Schichten ergibt. Zur Bewertung
Algorithmus wurden zu einer Reihe von „interessanten“ Netzwerken möglichst
gute Schnittmuster gesucht.
-In ihrer Arbeit “Improving Bitonic Sorting by Wire Elimination” zeigen Moritz
-Mühlenthaler und Rolf Wanka, wie man einen bitonen Mischer, der nach Batchers
-Methode konstruiert wurde, durch systematisches Entfernen von Leitungen in
-einen ebenfalls bitonen Mischer mit der Hälfte der Leitungen transformiert.
-Diese alternativen Mischer sparen im Vergleich zu den Mischern, die nach
-Batchers Methode konstruiert werden, Komparatoren ein.
+Der \textsc{SN-Evolution-Cut}-Algorithmus verwendet die
+\emph{Schnitt-Sequenzen} als Individuen. Eine \emph{Schnitt-Sequenz} ist eine
+Liste mit $c$~Schnitten, die jeweils durch die Start-Leitung und die Richtung
+\textit{Min} beziehungsweise \textit{Max} gegeben ist. Der Algorithmus wendet
+jeden Schnitt einzeln an, so dass eine Leitungsnummer mehrfach in einer
+Schnittsequenz vorkommen kann. Die höchste zulässige Leitungsnummer ist
+abhängig von der Position des Schnitts in der Sequenz. Der Schnitt an
+Position~$i$ darf höchstens die Leitungsnummer~${n-i-1}$
+enthalten.\footnote{Die niedrigste Leitungsnummer ist $0$, die höchste
+Leitungsnummer eines $n$-Sortiernetzwerks ist $n-1$.}
-Beispeilsweise geben Mühlenthaler und Wanka ein Sortiernetzwerk mit
-16~Eingängen an, das mithilfe der alternativen Mischer konstruiert wurde.
-Dieses Sortiernetzwerk benötigt 68~Komparatoren, 12~weniger als das
-bitone Mergesort-Netzwerk nach Batchers Methode.
+Um zwei Individuen zu rekombinieren werden die ersten $r$~Schnitte der einen
+Schnitt-Sequenz verwendet und die letzten ${c-r}$~Schnitte der zweiten
+Sequenz. $r$ ist eine Zufallsvariable mit $0 \leqq r \leqq c$.
+
+Die Mutation setzt entweder die Leitungs-Nummer eines Schnitts~$i$ zufällig
+auf einen neuen Wert $l$ mit $0 \leqq l \le n-i$ oder invertiert die
+Schnitt-Richtung.
+
+In ihrer Arbeit \textit{“Improving Bitonic Sorting by Wire Elimination”}
+zeigen \textit{Moritz Mühlenthaler} und \textit{Rolf Wanka}, wie man einen
+bitonen Mischer, der nach Batchers Methode konstruiert wurde, durch
+systematisches Entfernen von Leitungen in einen ebenfalls bitonen Mischer mit
+der Hälfte der Leitungen transformiert. Diese alternativen Mischer sparen im
+Vergleich zu den Mischern, die nach Batchers Methode konstruiert werden,
+Komparatoren ein.
+
+Beispeilsweise geben \textit{Mühlenthaler} und \textit{Wanka} ein
+Sortiernetzwerk mit 16~Eingängen an, das mithilfe der alternativen Mischer
+konstruiert wurde. Dieses Sortiernetzwerk benötigt 68~Komparatoren, 12~weniger
+als das bitone Mergesort-Netzwerk nach Batchers Methode. Gegenüber Batchers
+Methode sparen so konstruierte Sortiernetzwerke ${\frac{1}{4}n(\log n - 1)}$
+Komparatoren ein.
+
+\begin{figure}
+ \begin{center}
+ \input{images/16-ec-1277186619.tex}
+ \end{center}
+ \caption{{\tt images/16-ec-1277186619.tex}: Sortiernetzwerk mit 16~Leitungen
+ und 68~Komparatoren in 10~Schichten. Das Netzwerk wurde von dem
+ Algorithmus \textsc{SN-Evolution-Cut} aus dem bitonen Mergesort-Netzwerk
+ $\operatorname{BS}(32)$ durch 16~Schnitte erzeugt.}
+ \label{fig:16-ec-1277186619}
+\end{figure}
Startet man {\sc SN-Evolution-Cut} mit dem bitonen Mergesort-Netzwerk
$\operatorname{BS}(32)$ und der Vorgabe 16~Leitungen zu entfernen, liefert der
\section{Optimierung der Schnitte}
-Der \emph{evolution-cut}-Algorithmus nimmt ein gegebenes Sortiernetzwerk mit
-$n$~Leitungen und sucht die beste Sequenz von $c$~Min- und Max-Schnitten um
-ein ${(n-c)}$-Sortiernetzwerk zu erhalten.
-
-Bei diesem Algorithmus werden die \emph{Schnitt-Sequenzen} als Individuen
-verwendet. Eine \emph{Schnitt-Sequenz} ist eine Liste mit $c$~Schnitten, die
-jeweils durch die Start-Leitung und die Richtung \textit{Min} beziehungsweise
-\textit{Max} gegeben ist. Der Algorithmus wendet jeden Schnitt einzeln an, so
-dass eine Leitungsnummer mehrfach in einer Schnittsequenz vorkommen kann. Die
-höchste zulässige Leitungsnummer ist abhängig von der Position des Schnitts in
-der Sequenz. Der Schnitt an Position~$i$ darf höchstens die
-Leitungsnummer~${n-i-1}$ enthalten.\footnote{Die niedrigste Leitungsnummer ist
-$0$, die höchste Leitungsnummer eines $n$-Sortiernetzwerks ist $n-1$.}
-
-Um zwei Individuen zu rekombinieren werden die ersten $r$~Schnitte der einen
-Schnitt-Sequenz verwendet und die letzten ${c-r}$~Schnitte der zweiten
-Sequenz. $r$ ist eine Zufallsvariable mit $0 \leqq r \leqq c$.
-
-Die Mutation setzt entweder die Leitungs-Nummer eines Schnitts~$i$ zufällig
-auf einen neuen Wert $l$ mit $0 \leqq l \le n-i$ oder invertiert die
-Schnitt-Richtung.
-
-\begin{figure}
-\begin{center}
-\input{images/16-ec-1277186619.tex}
-\end{center}
-\caption{{\tt images/16-ec-1277186619.tex}: Sortiernetzwerk mit 16~Leitungen
- und 68~Komparatoren in 10~Schichten. Das Netzwerk wurde von dem Algorithmus
- \emph{evolution-cut} aus dem Bitonic-Mergesort-Netzwerk $M(32)$ durch
- 16~Schnitte erzeugt.}
-\label{fig:16-ec-1277186619}
-\end{figure}
-
-Wendet man den \emph{evolution-cut}-Algorithmus auf das
-Bitonic-Mergesort-Netzwerk $M(n)$ an und setzt die Anzahl der Schnitte~$c$ auf
-$\frac{n}{2}$, so erhält man Sortiernetzwerke, die weniger Komparatoren
-benötigen als $M(\frac{n}{2})$.
-
-Das Sortiernetzwerk in Abbildung~\ref{fig:16-ec-1277186619} ist entstanden,
-indem der Algorithmus \emph{evolution-cut} auf das $M(32)$-Sortiernetzwerk
-angewendet wurde. Der Algorithmus fand eine Schnitt-Sequenz aus 16~Schnitten,
-die ein Sortiernetzwerk mit 16~Leitungen und 68~Komparatoren in 10~Schichten
-erzeugt. Das $M(16)$-Sortiernetzwerk besteht aus 80~Komparatoren in
-10~Schichten.
-
-Dieses Ergebnis deckt sich mit dem Sortiernetzwerk, dass
-\emph{Moritz Mühlenthaler} und \emph{Rolf Wanka} in ihrer Veröffentlichung
-„Improving Bitonic Sorting by Wire Elimination“ vorstellen. Sie verwenden
-Schnitte, um Komparatoren beim bitonen $(n,n)$-Mischer enizusparen. Ein
-sukzessive aus optimieren Mischern aufgebautes Sortiernetzwerk spart
---~verglichen mit dem Bitonic-Mergesort-Netzwerk~-- $\frac{1}{4}n(\log n - 1)$
-Komparatoren ein. Bei einem Sortiernetzwerk mit 16~Leitungen also
-12~Komparatoren -- 68 statt 80.
+\todo{In den Abschnitt "`Leitungen entfernen"' einbauen.}
\begin{figure}
\begin{center}
\end{center}
\caption{{\tt images/32-ec-1277190372.tex}: Sortiernetzwerk mit 32~Leitungen
und 206~Komparatoren in 15~Schichten. Das Netzwerk wurde von dem Algorithmus
- \emph{evolution-cut} aus dem Bitonic-Mergesort-Netzwerk $M(64)$ durch
+ \textsc{SN-Evolution-Cut} aus dem Bitonic-Mergesort-Netzwerk $BS(64)$ durch
32~Schnitte erzeugt.}
\label{fig:32-ec-1277190372}
\end{figure}
Abbildung~\ref{fig:32-ec-1277190372} zeigt ein 32-Sortiernetzwerk, dass vom
-\emph{evolution-cut}-Algorithmus aus dem $M(64)$-Netzwerk erzeugt wurde. Es
-besteht aus 206~Komparatoren in 15~Schichten -- 34~Komparatoren weniger als
-$M(32)$ und zwei Komparatoren weniger als das Netzwerk, das nach Mühlenthaler
+\textsc{SN-Evolution-Cut}-Algorithmus aus dem $BS(64)$-Netzwerk erzeugt wurde.
+Es besteht aus 206~Komparatoren in 15~Schichten -- 34~Komparatoren weniger als
+$BS(32)$ und zwei Komparatoren weniger als das Netzwerk, das nach Mühlenthaler
und Wankas Methode konstruiert wird. Die Anzahl der Schichten ist bei allen
Netzwerken gleich.
-\textbf{TODO:} $M(128) \rightarrow n=64$: 584~Komparatoren in 21~Schichten
+\textbf{TODO:} $BS(128) \rightarrow n=64$: 584~Komparatoren in 21~Schichten
möglich (nach ca. 600k Iterationen). Moritz und Rolf: $672-80=592$
-Komparatoren; $M(64)$: 672~Komparatoren.
+Komparatoren; $BS(64)$: 672~Komparatoren.
Schnitt-Sequenz:
MIN( 92)
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