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1.1 对计算速度的需求2

目录出版者的话专家指导委员会第2版译者序译者简介前言作者简介第一部分 基本技术第1章 并行计算机2

1.2 提高计算速度的潜力4

1.2.1 加速系数4

1.2.2 什么是最大的加速比5

1.2.3 消息传递计算9

1.3 并行计算机的类型9

1.3.1 共享存储器多处理机系统10

1.3.2 消息传递多计算机11

1.3.3 分布式共享存储器17

1.3.4 MIMD和SIMD的分类17

1.4 机群计算18

1.4.1 以互联计算机作为计算平台18

1.4.2 机群的配置23

1.4.3 打造“Beowulf风格”的专用机群26

推荐读物27

1.5 小结27

参考文献28

习题30

第2章 消息传递计算31

2.1 消息传递程序设计基础31

2.1.1 编程的选择31

2.1.2 进程的创建31

2.1.3 消息传递例程33

2.2 使用计算机机群37

2.2.1 软件工具37

2.2.2 MPI37

2.2.3 伪代码构造44

2.3 并行程序的评估45

2.3.1 并行执行时间方程式45

2.3.2 时间复杂性48

2.3.4 广播／集中的通信时间50

2.3.3 对渐近分析的评注50

2.4 用经验方法进行并行程序的调试和评估51

2.4.1 低层调试52

2.4.2 可视化工具52

2.4.3 调试策略53

2.4.4 评估程序53

2.4.5 对优化并行代码的评注55

2.5 小结55

推荐读物55

参考文献56

习题57

第3章 易并行计算59

3.1 想的并行计算59

3.2 易并行计算举例60

3.2.1 图像的几何转换60

3.2.2 曼德勃罗特集64

3.2.3 蒙特卡罗法69

3.3 小结73

推荐读物73

参考文献73

习题74

第4章 划分和分治策略79

4.1 划分79

4.1.1 划分策略79

4.1.2 分治82

4.1.3 M路分治86

4.2 分治技术举例87

4.2.1 使用桶排序法排序87

4.2.2 数值积分91

4.2.3 N体问题93

4.3 小结96

推荐读物97

参考文献97

习题98

第5章 流水线计算104

5.1 流水线技术104

5.2 流水线应用的计算平台107

5.3 流水线程序举例107

5.3.1 数字相加108

5.3.2 数的排序110

5.3.3 生成质数112

5.3.4 线性方程组求解——特殊个例114

5.4 小结117

推荐读物117

参考文献117

习题117

第6章 同步计算122

6.1 同步122

6.1.1 障栅122

6.1.2 计数器实现123

6.1.3 树实现124

6.1.4 蝶形障栅125

6.1.5 局部同步126

6.1.6 死锁126

6.2 同步计算127

6.2.1 数据并行计算127

6.2.2 同步迭代129

6.3 同步迭代程序举例130

6.3.1 用迭代法解线性方程组130

6.3.2 热分布问题135

6.3.3 细胞自动机142

6.4 部分同步方法143

6.5 小结144

推荐读物144

参考文献144

习题145

7.1 负载平衡151

第7章 负载平衡与终止检测151

7.2 动态负载平衡152

7.2.1 集中式动态负载平衡152

1.2.2 分散式动态负载平衡153

7.2.3 使用线形结构的负载平衡155

7.3 分布式终止检测算法157

7.3.1 终止条件157

7.3.2 使用确认消息实现终止158

7.3.3 环形终止算法158

7.3.4 固定能量分布式终止算法160

7.4 程序举例160

7.4.1 最短路径问题160

7.4.2 图的表示161

7.4.3 图的搜索162

7.5 小结166

推荐读物166

参考文献167

习题168

第8章 共享存储器程序设计172

8.1 共享存储器多处理机172

8.2 说明并行性的构造173

8.2.1 创建并发进程173

8.2.2 线程175

8.3 共享数据178

8.3.1 创建共享数据179

8.3.2 访问共享数据179

8.4 并行程序设计语言和构造185

8.4.1 并行语言185

8.4.2 并行语言构造186

8.4.3 相关性分析187

8.5 OpenMP189

8.6.1 共享数据的访问193

8.6 性能问题193

8.6.2 共享存储器的同步195

8.6.3 顺序一致性196

8.7 程序举例199

8.7.1 使用UNIX进程的举例199

8.7.2 使用Pthread的举例201

8.7.3 使用Java的举例203

8.8 小结204

推荐读物205

参考文献205

习题206

第9章 分布式共享存储器系统及其程序设计211

9.1 分布式共享存储器211

9.2 分布式共享存储器的实现212

9.2.1 软件DSM系统212

9.2.2 DSM系统的硬件实现213

9.2.3 对共享数据的管理214

9.2.4 基于页面系统的多阅读器／单写入器策略214

9.3 在DSM系统中实现一致性存储器214

9.4 分布式共享存储器的程序设计原语216

9.4.1 进程的创建216

9.4.2 共享数据的创建216

9.4.3 共享数据的访问217

9.4.4 同步访问217

9.4.5 改进性能的要点217

9.5 分布式共享存储器的程序设计219

9.6 实现一个简易的DSM系统219

9.6.1 使用类和方法作为用户接口220

9.6.2 基本的共享变量实现220

9.6.3 数据组的重叠222

参考文献224

推荐读物224

9.7 小结224

习题225

第二部分 算法和应用第10章 排序算法230

10.1 概述230

10.1.1 排序230

10.1.2 可能的加速比230

10.2 比较和交换排序算法231

10.2.1 比较和交换231

10.2.2 冒泡排序与奇偶互换排序233

10.2.3 归并排序236

10.2.4 快速排序237

10.2.5 奇偶归并排序239

10.2.6 双调谐归并排序240

10.3 在专用网络上排序243

10.3.1 二维排序243

10.3.2 在超立方体上进行快速排序244

10.4 其他排序算法247

10.4.1 秩排序248

10.4.2 计数排序249

10.4.3 基数排序250

10.4.4 采样排序252

10.4.5 在机群上实现排序算法253

10.5 小结253

推荐读物254

参考文献254

习题255

第11章 数值算法258

11.1 矩阵回顾258

11.1.1 矩阵相加258

11.1.2 矩阵相乘258

11.2 矩阵乘法的实现259

11.2.1 算法259

11.1.4 矩阵与线性方程组的关系259

11.1.3 矩阵-向量相乘259

11.2.2 直接实现260

11.2.3 递归实现262

11.2.4 网格实现263

11.2.5 其他矩阵相乘方法266

11.3 求解线性方程组266

11.3.1 线性方程组266

11.3.2 高斯消去法266

11.3.3 并行实现267

11.4 迭代方法269

11.4.1 雅可比迭代269

11.4.2 快速收敛方法272

11.5 小结274

参考文献275

推荐读物275

习题276

第12章 图像处理279

12.1 低层图像处理279

12.2 点处理280

12.3 直方图281

12.4 平滑、锐化和噪声消减281

12.4.1 平均值281

12.4.2 中值283

12.4.3 加权掩码284

12.5 边缘检测285

12.5.1 梯度和幅度285

12.5.2 边缘检测掩码286

12.6 霍夫变换288

12.7 频域的变换290

12.7.1 傅里叶级数291

12.7.2 傅里叶变换291

12.7.3 图像处理中的傅里叶变换292

12.7.4 离散傅里叶变换算法的并行化294

12.7.5 快速傅里叶变换296

12.8 小结300

推荐读物300

参考文献300

习题302

第13章 搜索和优化305

13.1 应用和技术305

13.2 分支限界搜索306

13.2.1 顺序分支限界306

13.2.2 并行分支限界307

13.3 遗传算法308

13.3.1 进化算法和遗传算法308

13.3.2 顺序遗传算法310

13.3.3 初始种群310

13.3.5 后代的生成312

13.3.4 选择过程312

13.3.6 变异314

13.3.7 终止条件314

13.3.8 并行遗传算法314

13.4 连续求精317

13.5 爬山法（hill climbing）318

13.5.1 银行业务应用问题319

13.5.2 爬山法在金融业务中的应用320

推荐读物321

13.5.3 并行化321

13.6 小结321

参考文献322

习题323

附录A 基本的MPI例程329

附录B 基本的Pthread例程335

附录C OpenMP命令、库函数以及环境变量339

索引347