ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ШВИДКОДІЇ СУЧАСНИХ МОВ ПРОГРАМУВАННЯ

Анотація

Дослідження присвячене порівняльному аналізу обчислювальної швидкодії сучасних мов програмування при реалізації чисельних методів розв’язання крайових задач математичної фізики. Центральним об’єктом дослідження виступає метод прогонки – ефективний чисельний алгоритм розв’язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь з тридіагональною матрицею. Методологія дослідження базується на уніфікованій реалізації методу прогонки для кожної досліджуваної мови з ідентичною алгоритмічною логікою. Експериментальні випробування проведено на системах розмірністю від 10⁵ до 1,5 × 10⁷ елементів для мов програмування C, C++, C#, Java, JavaScript, Go, Python, які репрезентують різні парадигми та підходи до виконання обчислень. Отримані результати демонструють суттєві відмінності у продуктивності різних мов програмування. Встановлено, що компільовані мови низького рівня демонструють найвищу швидкодію, особливо при великих розмірностях задач. Натомість інтерпретовані мови мають значно нижчу продуктивність, що відстежується при збільшенні обсягу обчислень. Експериментально підтверджено вплив оптимізаційних режимів компіляції на продуктивність, демонструючи різницю до 70% залежно від мови та рівня оптимізації. Наукова новизна роботи полягає в комплексному дослідженні продуктивності різних мов програмування в контексті чисельного моделювання шляхом порівняння їхніх характеристик при розв’язанні математичних задач. Подальші дослідження включають поглиблене вивчення впливу архітектури процесора, механізмів оптимізації компіляторів та особливостей реалізації середовищ виконання на продуктивність обчислювальних алгоритмів, а також розширення спектру досліджуваних чисельних методів та мов програмування.