A k-way Greedy Graph Partitioning with Initial Fixed Vertices for Parallel Applications

International audienceGraph partitioning is used to solve the problem of distributing computations to a number of processors, in order to improve the performance of time consuming applications in parallel environments. A common approach to solve this problem is based on a multilevel framework, where the graph is firstly coarsened to a smaller instance and then it is partitioned in a number of parts using recursive bisection (RB) based methods. However, in applications where initial fixed vertices are used to model additional constraints of the problem, RB based methods often fail to produce partitions of good quality. In this paper, we propose a new direct k-way greedy graph growing algorithm, called KGGGP, that overcomes this issue and succeeds to produce partition with better quality than RB while respecting the constraint of fixed vertices. In the experimental section, we present results which compare KGGGP against state-of-the-art methods for graphs available from the popular DIMACS'10 collection

Recent Advances in Graph Partitioning

We survey recent trends in practical algorithms for balanced graph partitioning together with applications and future research directions

On the bridge between combinatorial optimization and nonlinear optimization: a family of semidefinite bounds for 0-1 quadratic problems leading to quasi-Newton methods

International audienceThis article presents a family of semidefinite programming bounds, obtained by Lagrangian duality, for 0-1 quadratic optimization problems with linear or quadratic constraints. These bounds have useful computational properties: they have a good ratio of tightness to computing time, they can be optimized by a quasi-Newton method, and their final tightness level is controlled by a real parameter. These properties are illustrated on three standard combinatorial optimization problems: unconstrained 0-1 quadratic optimization, heaviest k-subgraph, and graph bisection

Equilibrage de charges dynamique avec un nombre variable de processeurs basé sur des méthodes de partitionnement de graphe

Load balancing is an important step conditioning the performance of parallel programs. If the workload varies drastically during the simulation, the load must be redistributed regularly among the processors. Dynamic load balancing is a well studied subject but most studies are limited to an initially fixed number of processors. Adjusting the number of processors at runtime allows to preserve the parallel code efficiency or to keep running the simulation when the memory of the current resources is exceeded.In this thesis, we propose some methods based on graph repartitioning in order to rebalance the load while changing the number of processors. We call this problem \M x N repartitioning". These methods are split in two main steps. Firstly, we study the migration phase and we build a \good" migration matrix minimizing several metrics like the migration volume or the number of exchanged messages. Secondly, we use graph partitioning heuristics to compute a new distribution optimizing the migration according to the previous step results. Besides, we propose a direct k-way partitioning algorithm that allows us to improve our biased partitioning. Finally, an experimental study validates our algorithms against state-of-the-art partitioning tools.L'équilibrage de charge est une étape importante conditionnant les performances des applications parallèles. Dans le cas où la charge varie au cours de la simulation, il est important de redistribuer régulièrement la charge entre les différents processeurs. Dans ce contexte, il peut s'avérer pertinent d'adapter le nombre de processeurs au cours d'une simulation afin d'obtenir une meilleure efficacité, ou de continuer l'exécution quand toute la mémoire des ressources courantes est utilisée. Contrairement au cas où le nombre de processeurs ne varie pas, le rééquilibrage dynamique avec un nombre variable de processeurs est un problème peu étudié que nous abordons ici.Cette thèse propose différentes méthodes basées sur le repartitionnement de graphe pour rééquilibrer la charge tout en changeant le nombre de processeurs. Nous appelons ce problème « repartitionnement M x N ». Ces méthodes se décomposent en deux grandes étapes. Dans un premier temps, nous étudions la phase de migration et nous construisons une « bonne » matrice de migration minimisant plusieurs critères objectifs comme le volume total de migration et le nombre total de messages échangés. Puis, dans un second temps, nous utilisons des heuristiques de partitionnement de graphe pour calculer une nouvelle distribution optimisant la migration en s'appuyant sur les résultats de l'étape précédente. En outre, nous proposons un algorithme de partitionnement k-aire direct permettant d'améliorer le partitionnement biaisé. Finalement, nous validons cette thèse par une étude expérimentale en comparant nos méthodes aux partitionneursactuels