生命游戏（Game of life）（OpenMP实现）

问题描述

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OpenMP代码实现

#include <omp.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include<time.h>
#include <windows.h>        //window环境下调用Sleep()函数包含此头文件

#define M 10  // 行数
#define N 10  // 列数
#define STEP 10  // 迭代次数
#define NUM_TH 4  // 线程数

int count_alive_neighbors(int* grid, int row, int col)
{
    int count = 0;

    // 检查相邻细胞的生死状态
    for (int i = row - 1; i <= row + 1; i++) {
        for (int j = col - 1; j <= col + 1; j++) {
            if (i >= 0 && i < M && j >= 0 && j < N && !(i == row && j == col)) {
                count += grid[i * N + j];
            }
        }
    }

    return count;
}

void update_grid(int* old_grid, int* new_grid)
{
#pragma omp parallel for collapse(2)
    for (int i = 0; i < M; i++) {
        for (int j = 0; j < N; j++) {
            int alive_neighbors = count_alive_neighbors(old_grid, i, j);

            if (old_grid[i * N + j]) {
                // 活细胞的规则
                if (alive_neighbors < 2 || alive_neighbors > 3) {
                    new_grid[i * N + j] = 0;  // 死亡：孤独or拥挤
                }
                else {
                    new_grid[i * N + j] = 1;  // 存活
                }
            }
            else {
                // 死细胞的规则
                if (alive_neighbors == 3) {
                    new_grid[i * N + j] = 1;  // 繁殖为活细胞
                }
                else {
                    new_grid[i * N + j] = 0;  // 保持死亡
                }
            }
        }
    }
}

void print_grid(int* grid)
{
    // 打印细胞状态矩阵
    for (int i = 0; i < M; i++) {
        for (int j = 0; j < N; j++) {
            printf("%d ", grid[i * N + j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n");
}

int main()
{
    clock_t start = 0;
    clock_t end   = 0;

    int* grid     = (int*)malloc(M * N * sizeof(int));
    int* new_grid = (int*)malloc(M * N * sizeof(int));

    // 随机函数种子
    //srand(time(NULL));
    srand(9527);
    // 初始化细胞状态，随机填充0和1
    for (int i = 0; i < M * N; i++) {
        grid[i] = rand() % 2;
    }
    int max_steps = STEP;  // 最大迭代次数
    omp_set_num_threads(NUM_TH);  // 设置线程数量

    // 打印初始矩阵
    // printf("初始状态：\n");
    // print_grid(grid);

    start = clock();
    for (int step = 0; step < max_steps; step++) {
        update_grid(grid, new_grid);

        // 打印每回合的矩阵
        // printf("第 %d 回合：\n", step + 1);
         //print_grid(new_grid);

         // 将新的数组代替旧数组
        int* temp = grid;
        grid = new_grid;
        new_grid = temp;
    }
    end = clock();

    // 打印最终输出信息
    // print_grid(new_grid);
    printf("矩阵大小为：%d * %d\n迭代次数为：%d\n线程数为：%d\n", M, N, STEP, NUM_TH);
    printf("总的CPU时间 = %f\n", (end - start) / (double)CLOCKS_PER_SEC);

    free(grid);
    free(new_grid);

    return 0;
}