可扩展并行算法的设计与分析

可扩展并行算法的设计与分析
作 者: 李晓梅
出版社: 国防工业出版社
丛编项: 并行与分布计算技术丛书
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标 签: 并行计算
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内容简介

本书是一本综合论述可扩展并行算法设计与分析的专著。它系统深入地论述了并行计算机的发展与分类、并行计算模型、并行算法性能度量和可扩展分析、线性代数方程组并行计算、特征值与特征向量并行计算、区域分解与多重网格并行计算、离散变换与离散卷积变换并行计算、小波及其并行算法,并提供了基于消息传递的几个常用并行程序实例。本书反映了当前国内外并行算法及其可扩展性的最新研究成果,总结了作者在分布式存储并行机上的最新研究成果,并充分注意了系统性、科学性、实用性和理论严谨性,可作为从事并行处理科研和工程技术人员的参考书。也可作为高等学校计算数学、计算机及其相关专业的教科书。

图书目录

第1章 并行计算机

1. 1 并行计算机的分类

1. 1. 1 SISD型计算机

1. 1. 2 SIMD型并行机

1. 1. 3 共享存储MIMD并行多处理机

1. 1. 4 分布存储MIMD并行多处理机

1. 1. 5 分布共享存储MIMD并行机

1. 2 并行计算机的发展

1. 2. 1 应用需求的推动作用

1. 2. 2 70年代

1. 2. 3 80年代早期

1. 2. 4 80年代中期

1. 2. 5 80年代后期

1. 2. 6 90年代早期

1. 2. 7 90年代中期至今

1. 3 并行程序设计

1. 3. 1 向量程序设计

1. 3. 2 共享存储并行程序设计

1. 3. 3 数据并行程序设计

1. 3. 4 消息传递并行程序设计

1. 4 并行算法的分类

1. 5 并行算法的发展

第2章 并行计算模型

2. 1 计算模型位置与准则

2. 2 PRAM模型

2. 2. 1 SIMD-PRAM模型

2. 2. 2 MIMD-PRAM模型

2. 2. 3 PRAM模型的特点

2. 3 H-PRAM模型

2. 4 LogP模型

2. 5 C3模型

2. 6 BDM模型

2. 7 5种模型比较

第3章 并行算法性能度量

3. 1 若干概念与性能参数

3. 1. 1 并行算法的运行时间

3. 1. 2 问题的规模与分类

3. 1. 3 并行机规模,

3. 1. 4 并行度与粒度

3. 1. 5 加速比与效率

3. 2 并行算法运行时间模型

3. 2. 1 共享存储环境下的运行时间模型

3. 2. 2 分布式存储环境下的运行时间模型

3. 3 并行算法性能评价准则

3. 3. 1 共享存储环境下的性能评价准则

3. 3. 2 分布式存储环境下的性能评价准则

第4章 并行算法可扩展性分析

4. 1 可扩展性定义. 指标和基本特征

4. 1. 1 可扩展性定义

4. 1. 2 并行系统可扩展性指标及其基本特征

4. 1. 3 并行算法及其实现的可扩展性

4. 1. 4 并行算法--体系结构组合可扩展性

4. 2 常用的可扩展性度量方法

4. 2. 1 并行算法可扩展性的等效率度量方法

4. 2. 2 并行算法--机器组合的等速度度量方法

4. 2. 3 并行算法--体系结构的等计算时间/通信开销比率度量方法

4. 3 实用例子可扩展性分析

4. 3. 1 矩阵乘并行算法可扩展性分析

4. 3. 2 Navier-Stokes偏微分方程组并行算法与YH-3组合的可扩展性分析

第5章 线性代数方程组的并行计算

5. 1 三对角线性方程组的直接解法

5. 1. 1 Michielse&Vorst算法

5. 1. 2 双向并行分裂算法(DPP算法)

5. 1. 3 对角占优三对角线性方程组的并行算法(PPD算法)

5. 1. 4 周期三对角线性方程组的直接解法

5. 2 求解稀疏线性方程组的Krylov子空间迭代法

5. 2. 1 Krylov子空间迭代法

5. 2. 2 预条件技术

5. 2. 3 Krylov子空间迭代法的并行计算

5. 3 ScaLAPACK简介及一般线性方程组求解

5. 3. 1 线性代数软件的发展

5. 3. 2 ScaLAPACK的数据布局与分布

5. 3. 3 LU分解的并行计算与实现

第6章 特征值与特征值向量的并行计算

6. 1 对称三对角特征值矩阵特征值问题的并行计算

6. 1. 1 分而治之算法

6. 1. 2 同伦连续算法

6. 2 对称带状矩阵特征值问题的并行计算

6. 2. 1 二分法及其改进

6. 2. 2 基于二分迭代的分而治之算法

6. 3 非对称矩阵特征值问题的并行计算

6. 3. 1 分而治之算法

6. 3. 2 谱分解算法

6, 4 算法可扩展性分析

第7章 多重网格与区域分解算法的并行计算

7. 1 多重网格算法的并行计算

7. 1. 1 算法原理

7. 1. 2 简单应用规则

7. 1. 3 内在并行度

7. 1. 4 网格划分与通信结构

7. 1. 5 可扩展分析

7. 1. 6 算法并行的内在瓶颈

7. 1. 7 算法改进

7. 2 两层加性Schwarz区域分解算法的并行计算

7. 2. 1 算法原理

7. 2. 2 并行实现与数值实验

7. 2. 3 可扩展分析

第8章 离散变换与离散卷积的并行算法

8. 1 一维DFT的并行算法

8. 1. 1 并行快速傅里叶变换

8.

1.

2 一维DFT的分裂并行算法

8.

1.

3 实序列DFT的计算

8.

2 二维及多维DFT的并行算法

8.

2.

1 并行行列算法

8.

2.

2 并行矩阵转置

8.

2.

3 通信和计算的重叠

8.

2.

4 多维实序列DFT的计算

8. 3 并行多项式变换算法

8.

3.

1 并行多项式变换

8.

3.

2 DFT的并行多项式变换算法

8.

4 离散余弦变换的并行算法

8.

4.

1 用DFT计算DCT

8.

4.

2 二维离散余弦变换的并行算法

8.

5 离散W变换的并行算法

8.

5.

1 用DFT计算DWT

8.

5.

2 多维DWT的并行多项式变换算法

8.

6 离散卷积的计算

第9章 小波分析的并行算法

9.

1 小波变换导论

9.

1.

1 连续小波变换

9.

1.

2 小波级数

9.

1.

3 多尺度分析和离散小波变换

9.

1.

4 高维多尺度分析和mallat算法

9.

1.

5 小波包变换

9.

2 小波函数值的计算

9.

2.

1 迭代方法

9.

2.

2 逐点方法

9.

2.

3 高维小波函数的计算

9.

3 小波变换的并行计算

9.

3.

1 周期离散小波变换

9.

3.

2 离散小波变换的并行算法

9.

3.

3 离散小波变换计算的傅里叶变换方法

9.

3.

4 小波级数和连续小波变换的计算

9.

4 小波包最优基选取的并行算法

9.

4.

1 小波包和最优基

9.

4.

2 并行小波包分解和最优基选取

9.

5 离散小波变换算法的可扩展性分析

第10章 分布式存储环境下并行程序实例

10.

1 消息传递环境

10.

1.

1 可移植的异构编程环境PVM

10.

1.

2 消息传递标准平台MPI

10.

2 PVM应用程序实例

10.

2.

1 矩阵乘积PVM程序

10.

2.

2 对称矩阵特征值问题并行求解PVM程序

参考文献