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並行計算

作者：張曄//(俄羅斯)D.V.盧基揚年科|責編:李靜科//李香葉
出版社：科學
ISBN：9787030776822

出版日期：2024/12/01
裝幀：平裝
頁數：237

人民幣：RMB 118 元售價：元

內容大鋼

本書是分散式並行計算的演算法設計和消息傳遞並行編程的入門教程。書中詳細介紹了包括MPI基礎知識、求解線性代數方程組的共軛梯度法的並行演算法實現、並行程序的效率和可擴展性、進程組和通信器操作、求解三對角線性代數方程組的追趕法、求解偏微分方程的演算法並行化方法等相關內容；還分析了並行程序可擴展性差的主要原因，為讀者提供了全面的並行計算知識體系和解決方案。本書提供了典型科學計算問題的並行演算法與程序設計實例，並介紹了國際上流行的科學計算軟體、工具及平台。內容從簡到繁、循序漸進，可幫助讀者逐步掌握並行計算技能，解決學習和工作中的問題。
本書可作為計算數學、數學物理和應用數學專業的高年級本科生或研究生的教學用書，也可供對並行計算感興趣的學者、研究人員、工程師和開發人員閱讀參考。

作者介紹

張曄//(俄羅斯)D.V.盧基揚年科|責編:李靜科//李香葉

前言
第1章  MPI簡介I
  1.1  矩陣向量乘法的順序實現
  1.2  矩陣向量乘法的並行演算法
  1.3  矩陣向量乘法並行演算法的程序實現
    1.3.1  並行編程的模型和技術
    1.3.2  MPI基礎——一個簡單的測試程序
    1.3.3  從文件讀取輸入參數並分配至各個進程
    1.3.4  進程間消息發送與接收的基本函數：Send和Recv
    1.3.5  集體通信函數：Bcast.
    1.3.6  從文件讀取矩陣並分配至各個進程
    1.3.7  從文件讀取向量並分配至各個進程
    1.3.8  矩陣與向量的並行乘法
    1.3.9  將不同進程中的數組片段彙集成完整數組
    1.3.10  使用Probe函數優化信息收集
    1.3.11  集體通信函數Gather和Scatter
  1.4  適用於任意數量進程的推廣程序
  1.5  優化程序實現的可能方法
    1.5.1  一個優化程序的例子
    1.5.2  消息傳遞函數：Bsend和Rsend
第2章  MPI簡介II
  2.1  向量標量積計算的順序程序
  2.2  計算向量標量積的並行演算法
  2.3  向量標量積並行演算法的編程實現
    2.3.1  基本代碼的實現
    2.3.2  集體通信函數：Reduce和Allreduce
  2.4  轉置矩陣與向量相乘的並行演算法
  2.5  轉置矩陣與向量相乘的並行演算法的程序實現
    2.5.1  其他集體通信函數
  2.6  階段總結
第3章  求解線性代數方程組的共軛梯度法的並行演算法實現
  3.1  共軛梯度法的順序實現
  3.2  共軛梯度法的並行實現
    3.2.1  進程中計算數據的準備
    3.2.2  計算部分
    3.2.3  本章並行演算法實現的優缺點分析
  3.3  共軛梯度法的簡化並行實現
第4章  並行程序的效率和可擴展性
  4.1  阿姆達爾定律
4.1.1 第3章  中並行演算法的理論分析
4.2 第3章  中並行演算法在程序實現中的實際加速
    4.2.1  測量並行程序運行時間的方法
    4.2.2  測試並行程序所用多處理器系統的特性
    4.2.3  測試計算結果
  4.3  並行程序的效率和擴展性分析
  4.4  提高效率和擴展性的策略
第5章  使用進程組和通信器進行操作
  5.1  基於二維塊劃分的矩陣與向量相乘的並行演算法
  5.2  基於二維塊劃分的轉置矩陣與向量相乘的並行演算法
  5.3  進程組和通信器

    5.3.1  進程組操作
    5.3.2  通信器操作
  5.4  基於二維塊劃分的共軛梯度法的高級並行實現
    5.4.1  進程中計算數據的準備
    5.4.2  計算部分
  5.5  並行程序的效率和可擴展性評估
  5.6  本章並行程序實現的優缺點分析
第6章  虛擬拓撲
  6.1  虛擬拓撲結構
    6.1.1  基於笛卡兒拓撲的基本函數
    6.1.2  進程間消息傳遞函數：Sendrecv和Sendrecv_replace
  6.2  基於二維環形虛擬拓撲的共軛梯度法並行實現.
    6.2.1  進程中計算數據的準備
    6.2.2  計算部分
  6.3  並行程序的效率和可擴展性評估
  6.4  本章並行程序實現的優缺點分析
第7章  求解三對角線性代數方程組的追趕法
  7.1  追趕法的順序實現
  7.2  追趕法的並行版本
    7.2.1  並行演算法的理論分析
  7.3  追趕法的並行實現
    7.3.1  進程中計算數據的準備
    7.3.2  計算部分
第8章  求解偏微分方程的演算法並行化方法：I
  8.1  基於顯式格式的偏微分方程解的順序演算法
  8.2  順序演算法的程序實現.
  8.3  基於顯式格式的並行演算法
  8.4  並行演算法的代碼實現
  8.5  並行程序的效率和可擴展性評估
  8.6  改進方案的實施
第9章  求解偏微分方程的演算法並行化方法：II
  9.1  基於隱式格式的偏微分方程問題的順序演算法
  9.2  順序演算法的程序實現
  9.3  基於隱式格式的並行演算法
  9.4  並行演算法的程序實現
  9.5  並行程序的效率和可擴展性評估
第10章  求解偏微分方程的演算法並行化方法：III
  10.1  基於二維空間顯式格式的偏微分方程問題的順序演算法
  10.2  順序演算法的程序實現
  10.3  基於顯式格式的並行演算法
  10.4  並行演算法的程序實現
  10.5  並行程序的效率與可擴展性評估
  10.6  關於程序實現的改進方法的討論
第11章  非同步操作
  11.1  死鎖問題與順序消息交換替代同步交換
  11.2  進程間非阻塞消息傳遞函數：Isend和Irecv
  11.3  在計算過程中進行消息傳遞
第12章  延遲的交互請求
  12.1  結構相同的數據的多次轉移
  12.2  延遲請求函數：Send_init和Recv_init

  12.3  求解偏微分方程問題的程序實現的改進
  12.4  優化共軛梯度法的一個程序實現
  12.5  標準MPI-4的功能：集體延遲的交互請求
第13章  混合併行編程技術
  13.1  現代計算系統的典型配置
  13.2  測試示例
  13.3  使用OpenMP技術修改示例
  13.4  使用CUDA技術修改示例
  13.5  本章程序實現的效率和可擴展性評估
第14章  對並行程序可擴展性差的分析與建議
  14.1  並行程序可擴展性差的主要原因
    14.1.1  接收數據的確切順序
    14.1.2  大量數據的同時傳輸
    14.1.3  計數和消息傳遞階段的分離
    14.1.4  計算拓撲和網路拓撲之間的不匹配
    14.1.5  PCI帶寬不足，無法與GPU配合使用
    14.1.6  運行混合程序時的錯誤系統設置
  14.2  綜合建議
參考文獻

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