并行与顺序算法设计:CMU课程讲义

需积分: 9 4 下载量 130 浏览量 更新于2024-07-17 收藏 3.26MB PDF 举报
"顺序与并行算法设计" 是CMU(卡内基梅隆大学)的一门课程讲义,由Umut A. Acar和Guy E. Blelloch撰写,全英文,包含书签,课程编号为15-210,主题涉及并行和顺序数据结构及算法。 这本讲义主要探讨了算法设计的两个关键领域:顺序算法和并行算法。在现代计算环境中,理解如何有效地设计和实现这两种算法对于优化计算效率至关重要。以下是对讲义中主要内容的详细阐述: 1. **Introduction**(介绍) - **Parallelism**:首先介绍并行计算的概念,它是通过同时执行多个任务来提高计算速度。并行计算可以利用多核处理器、分布式系统或GPU等硬件资源。 - **Work and Span**:工作(Work)和跨度(Span)是评估并行算法效率的两个核心概念。工作通常表示完成任务所需的总计算量,而跨度则衡量算法的并发性,即最长时间的任务路径。 2. **Mathematical Preliminaries**(数学预备知识) - **Sets**:讨论集合理论基础,这是理解和描述算法问题的基础。 - **Relations and Functions**:关系和函数的理解对于构建算法模型至关重要,特别是在定义算法的输入、输出和操作之间关系时。 - **Graph Theory**:图论是分析算法复杂性和设计数据结构的关键工具。基本定义包括顶点、边和图的性质。权重图用于表示带权值的连接,子图是原图的一部分,连通性和连通组件描述了图的结构,而图的分割是将图分成多个不相交部分的过程。最后,树作为一种特殊的图,广泛应用于数据结构和算法设计中。 3. **SPARC: A Strict Language for Parallel Computing** - SPARC可能是一种用于并行计算的严格编程语言,它为并行算法的实现提供了一种结构化的方法,强调了并行性和正确性的保证。 讲义的其他章节可能涵盖更多内容,如数据结构的实现、并行算法的设计策略、性能分析以及同步和通信机制。通过这门课程,学生能够掌握如何针对不同的计算环境设计高效且可扩展的算法,从而在实际问题中充分利用并行计算的优势。