串并行算法解析:硬件、软件与效率

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"《Algorithms Parallel and Sequential》是由Umut A. Acar和Guy E. Blelloch编写的关于串行与并行算法的教材,涵盖了并行硬件、软件、工作量、跨度、并行时间等多个核心概念,并通过基因测序问题深入探讨了算法设计与实现。" 在计算机科学领域,理解和掌握串行与并行算法是至关重要的。本书首先介绍了并行计算的基础知识,包括两个主要方面:并行硬件和并行软件。并行硬件涉及多处理器系统、分布式内存架构以及GPU等加速设备,这些设备能够同时处理多个计算任务,提高整体性能。并行软件则关注如何利用这些硬件资源,通过编程模型(如OpenMP、MPI等)实现并行化。 接着,书中深入讨论了衡量并行算法效率的两个关键指标:工作量(Work)和跨度(Span)。工作量是指执行算法所需的基本操作数量,而跨度则是完成所有操作的最长时间。通过分析工作量和跨度,可以评估算法的并行时间和效率,为优化算法提供指导。 在算法设计和实现部分,作者强调了算法规格说明、数据结构规格、问题定义和实施策略的重要性。算法规格说明应清晰地描述算法的目标和行为;数据结构规格涉及如何存储和组织数据以支持高效的计算;问题定义明确我们需要解决的具体问题;而实施策略则关注如何将这些规格转化为实际的代码。 以基因测序为例,该书详细解释了这一生物信息学问题的背景、不同的测序方法,以及如何将这些方法转化为计算问题。基因测序问题的复杂性在于处理大量序列数据,以及理解序列间的相互关系。通过分析这个问题的结构,可以设计出针对特定问题的高效并行算法。 《Algorithms Parallel and Sequential》是一本深入探讨并行计算理论和实践的教材,适合对并行算法感兴趣的读者,无论他们是初学者还是专业人士,都能从中获得宝贵的见解和技能,以应对日益增长的计算需求。