并行算法设计课件-PRAM.pdf

MPI并行实现WARSHALL算法

在算法和数据结构设计中，哈希函数扮演着至关重要的角色。它们能够将任意大小的输入映射到固定大小的输出，从而实现快速的数据查找和存储。本课件详细探讨了通用哈希和完美哈希的概念。通用哈希是指一族具备一定随机性和独立性特征的哈希函数，能够有效减少哈希碰撞的发生；而完美哈希则更进一步，通过特定算法确保每个键值对都能唯一映射，从而提高哈希表的效率和性能。强k-普遍性概念进一步强化了哈希函数的选择，确保即使在复杂数据结构中，映射的准确性和效率仍能得到保证。

今天的软件并行程序开发工具与硬件潜力之间存在着一个巨大的软件鸿沟。这些工具需要程序员手动干预以实现代码的并行化。编写并行计算程序需要对目标算法或应用程序进行深入研究，比传统的顺序编程更为复杂。程序员必须了解算法或应用程序的通信和数据依赖关系。本书提供了探索为特定应用程序编写并行计算程序的技术。

《算法设计与分析》课程设计报告详细探讨了银行家算法及其在解决死锁问题中的应用。本报告深入阐述了问题背景、算法核心思想、编程实现及测试结果，通过具体案例深刻理解算法设计与分析的关键概念。在计算机操作系统中，资源分配类似于银行贷款，是一个关键问题。多个进程需获取和释放各种资源（如内存、磁盘空间、I/O设备等）。资源分配不当可能导致无法继续执行的死锁状态。银行家算法的引入预防此类情况，确保系统安全地分配资源。

《算法设计与分析》是计算机科学核心课程，专注于有效问题解决，通过算法设计、实现和分析优化计算过程。第三版课件PPT涵盖最新研究和教学经验，深化学生和专业人士对算法的理解和应用。包括算法基础、排序与查找、图算法、动态规划、分治策略、贪心算法、回溯与分支限界、数据结构、递归与递归树、概率算法与随机化、近似算法及计算复杂性理论。

基于CUDA的并行粒子群优化算法 该项目运用CUDA编程模型，将粒子群优化算法的核心计算环节迁移至GPU平台，实现了显著的性能提升。CPU主要负责逻辑控制，而GPU则承担了并行计算的重任，实现了比传统串行方法快10倍以上的加速效果，并且保持了高精度。 优势 加速计算: 利用GPU的并行计算能力，大幅提升算法执行效率。 高精度: 算法在加速的同时，依然保持了结果的精确性。 CPU/GPU协同: CPU负责逻辑控制，GPU专注于并行计算，实现高效分工。 应用领域 该算法可应用于各类优化问题，例如： 函数优化 工程设计 机器学习模型参数调优 路径规划

Matlab Hill代码存储库包含Matlab和Python类库，展示多种进化算法示例，包括多目标优化算法，作为NSGA-II学习的比较基准。该库支持并行适应性评估，适用于多核或集群计算机。

信息时代的到来伴随着海量数据的爆发式增长，高效的数据处理和分析能力成为科技公司竞争的关键。面对庞大的数据资源，企业需要寻求有效的解决方案以应对挑战。 分布式计算框架为海量数据处理提供了有力支持。Hadoop的MapReduce框架适用于离线数据挖掘分析，而Storm框架则专注于实时在线流式数据处理。此外，SpringBatch作为面向批处理的框架，可广泛应用于企业级数据处理场景。

实验环境与测试函数 本次实验采用7台Dell服务器搭建Spark集群，包含1个主节点和6个工作节点，采用standalone模式进行任务调度。服务器配置为8G内存、四核处理器。软件环境包括spark-1.2.0-bin-hadoop1、Hadoop-1.2.1、JDK1.7.0_71(Linux版)以及ubuntu12.04Server操作系统。 实验选用Deb等人提出的双目标函数ZDT1作为测试用例，该函数包含两个复杂的目标函数和约束条件，符合大规模复杂优化问题的要求。 实验结果与性能分析 mapPartitions和map算子性能对比 实验初始化8个不同规模的种群，在相同条件下分别使用mapPartitions和map算子实现SPGA算法，对ZDT1函数进行优化求解，并对比分析运行时间。 结果表明，使用mapPartitions算子实现的算法在所有种群规模下都明显优于map算子。随着种群规模的增大，两种算子的运行时间均有所增加，但mapPartitions算子与map算子之间的差距也越来越大。 分析原因，个体数量增加的同时，partition数量保持不变，因此mapPartitions算子无需增加初始化资源的时间，仅因种群规模扩大而增加了计算时间，因此算法效率更高。最终选择使用mapPartitions算子实现SPGA算法的变异和适应度操作。 算法运行时间对比 本次实验对比了串行遗传算法、基于MapReduce的并行遗传算法（MRPGA）和基于Spark的并行遗传算法在不同种群规模下求解ZDT1多目标优化问题的运行时间。 实验结果表明，当种群规模较小，个体数量小于0.2*10^5时，串行遗传算法执行时间最短，其次是SPGA算法。