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并行算法及其应用
作者：孙世新[等]编著
出版社：机械工业出版社
出版时间：2005-01-01
ISBN：9787111153764
定价：¥25.00
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内容简介
本书以理论与实际相结合的方式对并行算法及其应用进行了简明扼要的分析和介绍。全书共分三部分，基础理论部分主要介绍并行计算平台、并行算法概论、并行程序开发环境等；基础应用部分包含矩阵运算、快速傅里叶变换、卷积运算、数字滤波、离散余弦变换、哈达玛变换、2D离散小波变换、数字图像处理等方面的并行算法设计、分析与测试；实际应用部分主要介绍并行算法在电磁散射和无线电波中的应用。本书可作为计算机及相关专业的本科生和研究生的教材，也可供从事计算机科学研究与教学的人员参考。并行算法是计算机科学的一个重要分支，本书分别从基础理论、基础应用和实际应用等方面简明扼要地介绍了并行算法。基础理论部分主要介绍并行计算平台、并行算法概论、并行程序开发环境等；基础应用部分包含矩阵运算、快速傅里叶变换、卷积运算、数字滤波、离散余弦变换、哈达玛变换、2D离散小波变换、数字图像处理等方面的并行算法设计、分析与测试；实际应用部分主要介绍并行算法在电磁散射和无线电波中的应用。本书结合了作者参加“九五”期间一项国家重点科研项目的成果，着重介绍数字信号处理中常用算法的并行处理；注重理论和实验相结合，大部分内容都有相应的实验数据和结果作为依据，极具实用价值。本书可作为计算机及相关专业的本科生和研究生的教材，也可供从事计算机科学研究与教学的人员参考。
作者简介
孙世新，1940年生，1966年毕业于四川大学数学系，现任电子科技大学计算机学院教授。博士研究生导师，享受政府特殊津贴专家，全国并行计算专家委员会委员。1984年起，分别在法国格勒诺贝尔第一大学和贡比涅大学、意大利罗马大学以及香港科技大学作访问学者和客座研究员。并先后赴美国、加拿大、法国、比利时、德国、瑞典等国进行学术访问。主要从事计算机科学理论与应用的研究与教学工作。其主要研究方向为网络计算技术、并行/分布式计算及其应用、信息压缩技术、数值计算与组合算法等。主持并参与了九五军事预研项目、国家高性能计算基金、863计划等多项课题研究。自1988年至今，在国内外著名期刊杂志发表论文70余篇，其中30余篇被国际著名的三大检索系统SCI、EI、ISTP以及美国的著名检索杂志M.R.等收录评论，出版教材一部。相关图书64位微处理器及其编程
目录
前言
作者简介
第一篇 基 础 理 论
第1章 并行计算平台 2
1.1 并行计算机分类 2
1.2 并行计算机的处理机互连方式 6
1.2.1 总线结构 7
1.2.2 一维阵列结构 7
1.2.3 网格结构 8
1.2.4 超立方体结构 8
1.2.5 蝶网结构 9
1.3 并行计算模型 10
1.3.1 各种并行计算模型的特点 11
1.3.2 LogP模型和LogGP模型 12
1.3.3 BSP模型 15
1.3.4 BSP模型和LogP模型的比较 16
参考文献 17
第2章 并行算法概述 18
2.1 目标和分类 18
2.1.1 目标 18
2.1.2 分类 19
2.2 设计方法 19
2.3 性能度量 26
2.3.1 阶的表示 26
2.3.2 运行时间 27
2.3.3 并行度 27
2.3.4 成本 28
2.3.5 加速比和效率 28
2.3.6 并行算法的可扩展性分析 29
2.4 并行加速比模型 30
2.4.1 Amdahl加速比模型 30
2.4.2 Gustafson加速比模型 30
参考文献 31
第3章 并行程序开发 32
3.1 并行程序开发环境 32
3.1.1 并行编程语言 32
3.1.2 消息传递环境 33
3.1.3 一些常用并行程序开发环境 35
3.2 并行程序设计 35
3.2.1 概述 35
3.2.2 数据并行方法 36
3.2.3 消息传递方法 36
3.2.4 两种方法的实现途径 37
3.2.5 两种方法的比较 37
3.3 并行编程面临的挑战 39
3.4 PVM并行程序开发环境简介 41
3.4.1 进程控制函数 41
3.4.2 消息缓冲区管理函数 41
3.4.3 数据打包/解包函数 42
3.4.4 数据发送/接收函数 44
3.4.5 PVM控制台 45
参考文献 46
第4章 并行计算系统实例 47
4.1 PC机群集 47
4.2 曙光1000A 47
4.3 曙光2000 48
4.4 工作站群集系统 51
4.5 曙光3000 51
4.6 曙光4000 52
参考文献 52
第二篇 基 础 应 用
第5章 矩阵运算的并行算法 54
5.1 矩阵乘法并行算法 54
5.1.1 并行算法设计 55
5.1.2 实验结果 60
5.2 QR分解并行算法 61
5.2.1 Givens约化的并行处理 62
5.2.2 群集系统中Givens约化的并行算法设计 64
5.2.3 算法分析 65
5.2.4 实验结果 66
5.3 矩阵求逆并行算法 68
5.3.1 并行算法设计 69
5.3.2 算法分析 69
5.3.3 实验结果 70
参考文献 70
第6章 快速傅里叶变换的并行算法 71
6.1 问题描述 71
6.2 FFT并行求解过程分析 73
6.3 并行算法描述 74
6.3.1 主进程的算法描述 74
6.3.2 子进程的算法描述 75
6.4 算法分析 76
6.4.1 串行算法分析 76
6.4.2 并行算法分析 76
6.5 算法的测试 77
参考文献 80
第7章 卷积的并行算法 81
7.1 卷积运算概论 81
7.2 基于SIMD模型的卷积并行算法 82
7.2.1 一些假设 82
7.2.2 基本数据变换操作 84
7.2.3 一维卷积设计与分析 85
7.2.4 二维卷积设计与分析 86
7.2.5 小结 87
7.3 网络并行环境下的卷积并行算法 87
7.3.1 并行算法设计 88
7.3.2 并行算法分析 91
7.3.3 算法测试与分析 95
7.3.4 结论与算法程序的改进 98
参考文献 99
第8章 数字滤波的并行算法 100
8.1 基于逻辑环的IIR并行算法设计 100
8.1.1 IIR并行处理分析 100
8.1.2 并行算法设计 103
8.1.3 加速比和效率分析 105
8.1.4 测试结果及分析 107
8.2 基于LogP模型的FIR并行算法设计与实现 108
8.2.1 FIR分块并行算法 109
8.2.2 分块长度讨论 111
8.2.3 提前发送数据块的并行算法设计与分析 112
8.2.4 实验结果与结论 114
参考文献 116
第9章 离散余弦变换的并行算法 118
9.1 问题描述 118
9.2 并行求解分析 118
9.3 并行算法设计 120
9.4 算法分析 120
9.5 并行程序优化 122
9.6 测试结果及分析 123
9.7 动态负载平衡探讨 124
9.7.1 动态负载平衡简介 124
9.7.2 基于任务池的DCT并行计算实现 125
9.7.3 任务池实现的优化 126
参考文献 126
第10章 哈达玛变换的并行算法 127
10.1 问题求解分析 127
10.2 并行算法设计 129
10.3 计算与通信重叠的探讨 131
10.4 测试结果及分析 133
参考文献 135
第11章 2D离散小波变换的并行算法 136
11.1 小波变换的数学模型 136
11.1.1 连续小波变换 136
11.1.2 一维离散小波变换 137
11.1.3 二维离散小波变换 139
11.1.4 精确重构条件和小波基 140
11.2 网格多处理机上的2D离散小波变换 141
11.2.1 并行算法设计 142
11.2.2 并行算法中通信量的减少 143
11.2.3 算法分析 144
11.3 实验结果 146
参考文献 147
第12章 数字图像处理的并行算法 148
12.1 图像二值化 148
12.1.1 图像二值化算法 148
12.1.2 并行算法设计 149
12.1.3 算法分析 150
12.1.4 算法测试与结论 153
12.2 图像中值滤波 154
12.2.1 图像中值滤波算法 154
12.2.2 并行算法设计 154
12.2.3 算法分析 156
12.2.4 算法测试与结论 158
12.3 图像锐化 159
12.3.1 图像锐化算法 159
12.3.2 并行算法设计 160
12.3.3 算法分析 160
12.3.4 算法测试与结论 162
12.4 图像平滑 163
12.4.1 图像平滑算法 163
12.4.2 并行算法设计 164
12.4.3 算法分析 164
12.4.4 算法测试与结论 166
12.5 图像边缘检测 167
12.5.1 图像边缘检测算法 167
12.5.2 并行算法设计 168
12.5.3 算法分析 168
12.5.4 算法测试与结论 170
12.6 结论与改进 171
参考文献 172
第三篇 实 际 应 用
第13章 并行算法在电磁散射中的应用 174
13.1 复杂目标电磁散射问题 174
13.1.1 串行快速多极子算法 176
13.1.2 串行多层快速多极子算法 176
13.2 并行快速多极子算法设计与分析 177
13.3 并行多层快速多极子算法设计与分析 178
13.4 测试结果及结论 181
13.4.1 并行快速多极子算法测试结果 181
13.4.2 并行多层快速多极子算法验证测试 181
13.4.3 结论 182
参考文献 183
第14章 并行算法在无线电波参数联合估计中的应用 184
14.1 参数联合估计算法的数学模型与求解 184
14.1.1 数学模型 184
14.1.2 模型求解 185
14.2 参数联合估计的串行算法 186
14.3 参数联合估计的并行算法设计 188
14.3.1 复数矩阵乘法的并行算法设计 189
14.3.2 复数矩阵求逆的并行算法设计 189
14.3.3 复共轭对称矩阵的特征值与特征向量求解的并行算法设计 190
14.3.4 并行算法设计 194
14.4 试验结果及结论 195
参考文献 196
作者简介
第一篇 基 础 理 论
第1章 并行计算平台 2
1.1 并行计算机分类 2
1.2 并行计算机的处理机互连方式 6
1.2.1 总线结构 7
1.2.2 一维阵列结构 7
1.2.3 网格结构 8
1.2.4 超立方体结构 8
1.2.5 蝶网结构 9
1.3 并行计算模型 10
1.3.1 各种并行计算模型的特点 11
1.3.2 LogP模型和LogGP模型 12
1.3.3 BSP模型 15
1.3.4 BSP模型和LogP模型的比较 16
参考文献 17
第2章 并行算法概述 18
2.1 目标和分类 18
2.1.1 目标 18
2.1.2 分类 19
2.2 设计方法 19
2.3 性能度量 26
2.3.1 阶的表示 26
2.3.2 运行时间 27
2.3.3 并行度 27
2.3.4 成本 28
2.3.5 加速比和效率 28
2.3.6 并行算法的可扩展性分析 29
2.4 并行加速比模型 30
2.4.1 Amdahl加速比模型 30
2.4.2 Gustafson加速比模型 30
参考文献 31
第3章 并行程序开发 32
3.1 并行程序开发环境 32
3.1.1 并行编程语言 32
3.1.2 消息传递环境 33
3.1.3 一些常用并行程序开发环境 35
3.2 并行程序设计 35
3.2.1 概述 35
3.2.2 数据并行方法 36
3.2.3 消息传递方法 36
3.2.4 两种方法的实现途径 37
3.2.5 两种方法的比较 37
3.3 并行编程面临的挑战 39
3.4 PVM并行程序开发环境简介 41
3.4.1 进程控制函数 41
3.4.2 消息缓冲区管理函数 41
3.4.3 数据打包/解包函数 42
3.4.4 数据发送/接收函数 44
3.4.5 PVM控制台 45
参考文献 46
第4章 并行计算系统实例 47
4.1 PC机群集 47
4.2 曙光1000A 47
4.3 曙光2000 48
4.4 工作站群集系统 51
4.5 曙光3000 51
4.6 曙光4000 52
参考文献 52
第二篇 基 础 应 用
第5章 矩阵运算的并行算法 54
5.1 矩阵乘法并行算法 54
5.1.1 并行算法设计 55
5.1.2 实验结果 60
5.2 QR分解并行算法 61
5.2.1 Givens约化的并行处理 62
5.2.2 群集系统中Givens约化的并行算法设计 64
5.2.3 算法分析 65
5.2.4 实验结果 66
5.3 矩阵求逆并行算法 68
5.3.1 并行算法设计 69
5.3.2 算法分析 69
5.3.3 实验结果 70
参考文献 70
第6章 快速傅里叶变换的并行算法 71
6.1 问题描述 71
6.2 FFT并行求解过程分析 73
6.3 并行算法描述 74
6.3.1 主进程的算法描述 74
6.3.2 子进程的算法描述 75
6.4 算法分析 76
6.4.1 串行算法分析 76
6.4.2 并行算法分析 76
6.5 算法的测试 77
参考文献 80
第7章 卷积的并行算法 81
7.1 卷积运算概论 81
7.2 基于SIMD模型的卷积并行算法 82
7.2.1 一些假设 82
7.2.2 基本数据变换操作 84
7.2.3 一维卷积设计与分析 85
7.2.4 二维卷积设计与分析 86
7.2.5 小结 87
7.3 网络并行环境下的卷积并行算法 87
7.3.1 并行算法设计 88
7.3.2 并行算法分析 91
7.3.3 算法测试与分析 95
7.3.4 结论与算法程序的改进 98
参考文献 99
第8章 数字滤波的并行算法 100
8.1 基于逻辑环的IIR并行算法设计 100
8.1.1 IIR并行处理分析 100
8.1.2 并行算法设计 103
8.1.3 加速比和效率分析 105
8.1.4 测试结果及分析 107
8.2 基于LogP模型的FIR并行算法设计与实现 108
8.2.1 FIR分块并行算法 109
8.2.2 分块长度讨论 111
8.2.3 提前发送数据块的并行算法设计与分析 112
8.2.4 实验结果与结论 114
参考文献 116
第9章 离散余弦变换的并行算法 118
9.1 问题描述 118
9.2 并行求解分析 118
9.3 并行算法设计 120
9.4 算法分析 120
9.5 并行程序优化 122
9.6 测试结果及分析 123
9.7 动态负载平衡探讨 124
9.7.1 动态负载平衡简介 124
9.7.2 基于任务池的DCT并行计算实现 125
9.7.3 任务池实现的优化 126
参考文献 126
第10章 哈达玛变换的并行算法 127
10.1 问题求解分析 127
10.2 并行算法设计 129
10.3 计算与通信重叠的探讨 131
10.4 测试结果及分析 133
参考文献 135
第11章 2D离散小波变换的并行算法 136
11.1 小波变换的数学模型 136
11.1.1 连续小波变换 136
11.1.2 一维离散小波变换 137
11.1.3 二维离散小波变换 139
11.1.4 精确重构条件和小波基 140
11.2 网格多处理机上的2D离散小波变换 141
11.2.1 并行算法设计 142
11.2.2 并行算法中通信量的减少 143
11.2.3 算法分析 144
11.3 实验结果 146
参考文献 147
第12章 数字图像处理的并行算法 148
12.1 图像二值化 148
12.1.1 图像二值化算法 148
12.1.2 并行算法设计 149
12.1.3 算法分析 150
12.1.4 算法测试与结论 153
12.2 图像中值滤波 154
12.2.1 图像中值滤波算法 154
12.2.2 并行算法设计 154
12.2.3 算法分析 156
12.2.4 算法测试与结论 158
12.3 图像锐化 159
12.3.1 图像锐化算法 159
12.3.2 并行算法设计 160
12.3.3 算法分析 160
12.3.4 算法测试与结论 162
12.4 图像平滑 163
12.4.1 图像平滑算法 163
12.4.2 并行算法设计 164
12.4.3 算法分析 164
12.4.4 算法测试与结论 166
12.5 图像边缘检测 167
12.5.1 图像边缘检测算法 167
12.5.2 并行算法设计 168
12.5.3 算法分析 168
12.5.4 算法测试与结论 170
12.6 结论与改进 171
参考文献 172
第三篇 实 际 应 用
第13章 并行算法在电磁散射中的应用 174
13.1 复杂目标电磁散射问题 174
13.1.1 串行快速多极子算法 176
13.1.2 串行多层快速多极子算法 176
13.2 并行快速多极子算法设计与分析 177
13.3 并行多层快速多极子算法设计与分析 178
13.4 测试结果及结论 181
13.4.1 并行快速多极子算法测试结果 181
13.4.2 并行多层快速多极子算法验证测试 181
13.4.3 结论 182
参考文献 183
第14章 并行算法在无线电波参数联合估计中的应用 184
14.1 参数联合估计算法的数学模型与求解 184
14.1.1 数学模型 184
14.1.2 模型求解 185
14.2 参数联合估计的串行算法 186
14.3 参数联合估计的并行算法设计 188
14.3.1 复数矩阵乘法的并行算法设计 189
14.3.2 复数矩阵求逆的并行算法设计 189
14.3.3 复共轭对称矩阵的特征值与特征向量求解的并行算法设计 190
14.3.4 并行算法设计 194
14.4 试验结果及结论 195
参考文献 196
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