复杂计算中的并行计算框架研究

阵列结构的计算与并行过程的原理

1. 前言

阵列结构作为一种常见的数据结构，在计算机科学与工程中得到了广泛的应用。它是一种由同类数据类型的元素组成的数据结构，这些元素可以通过索引进行访问。随着计算机性能的不断提高，如何利用并行计算的技术来优化阵列结构的计算过程也成为了一个热门话题。在本文中，我们将深入探讨阵列结构的计算与并行过程的原理，并从简入繁地展开讨论。

2. 阵列结构的基本概念

我们需要对阵列结构有一个基本的认识。阵列结构由一组相同类型的元素组成，这些元素通过一个共同的名称和一个数字索引来访问。在计算机内存中，阵列结构通常是一块连续的内存空间，这使得对元素的访问变得非常高效。

3. 阵列结构的计算原理

阵列结构的计算原理涉及到对其中的元素进行各种操作，比如查找、修改、插入、删除等。其中，查找操作是阵列结构中最常见的操作之一。通常情况下，我们可以通过索引来直接访问到指定位置的元素，在最坏情况下，时间复杂度为O(1)。而对于插入和删除操作，由于需要移动其他元素，时间复杂度通常为O(n)。在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择合适的数据结构以提高效率。

4. 并行计算的概念与优势

接下来，我们将讨论并行计算在阵列结构中的应用。并行计算是利用多个处理器或计算机来同时处理一个任务，以提高计算效率。在阵列结构的计算过程中，我们可以将一些独立的计算任务分配给不同的处理器或计算机来并行处理，以加快计算速度。

5. 阵列结构的并行计算过程

在阵列结构的并行计算过程中，我们需要首先将计算任务进行合理地拆分，然后将这些任务分配给不同的处理器或计算机来并行处理。在实际应用中，我们可以利用一些并行计算的框架或库来简化这一过程，比如MPI（Message Passing Interface）和OpenMP（Open

Multi-Processing）等。

6. 阵列结构的并行计算优化

除了将计算任务进行并行处理外，我们还可以通过一些优化技术来进一步提高阵列结构的并行计算效率。我们可以利用数据分块和数据预取技术来减少不必要的通信和数据移动，从而提高并行计算的效率。

总第２６２期　２０１１年第８期　计算机与数字工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．８　１１８　

基于ＧＰＵ并行计算及在模式识别中的研究　

曹小鹏　

（西安邮电学院计算机学院西安７１０１２１）　

摘要为了解决模式识别中的计算效率问题，文章研究ＧＰＵ的体系架构，采用基于ＧＰＵ的并行计算方法，针对人　脸识别算法在ＧＰＵ上做了相关实验，获得了较高的计算加速比，得到了采用基于ＧＰＵ的并行计算方法可以较好解决在模　

式识别中的计算瓶颈问题的结论。　关键词ＧＰＵ；并行计算；模式识别　中图分类号ＴＰ３３８．６　

ＧＰＵ．ｂａｓｅｄ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　

Ｃａｏ　Ｘｉａｏｐｅｎｇ　（Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｘｉ’ａｎ　７１０１２１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｏ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｕｓｅｓ　ａ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＧＰＵ－ｂａｓｅｄ　ｔｏ　ｄｏ　ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｆａｃｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｂｔａｉｎｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄｕｐ，ａｎｄ　ｄｒａｗｓ　ａ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ＧＰＵ－ｂａｓｅｄ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔＯ　ｓｏｌｖｅ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｂｏｔ—　ｔｌｅｎｅｃｋｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ＧＰＵ，ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ＣＩａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＰ３３８．６　

２００６年３月２５日第２３卷第２期　通镶电．潦　】｜：　Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｉ＇ｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｍａｒ．２５，２００６，Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．２　

文章编号：１００９—３６６４（２（｝０６）０２　００３０—０３　

普适计算中多通道交互框架的研究　

饶文碧，秦真　（武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北武汉４３００７（））　瓣　茬爱　

摘要：多通道交互是普适计算人机交互中一个新的发展趋势，国际标准化组织Ｗ３Ｃ公布的多通道交互协议旨在开　发支持普适计算设备多通道交互的通用协议标准。本文对此标准协议中的多通道交互基本框架进行了分析，并提出了此　框架中，环境上下文在交互管理构件和系统环境构件中与用户输入输出信息的融合框架。在此框架基础上对驾驶导航　（Ｄｒｉｖｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）实例进行分析。　关键词：普适计算；人机交互；多通道交互；上下文　中图分类号：ＴＰ３０　文献标识码：Ａ　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｐｅｒｖａｓｉｖｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　

ＲＡＯ　Ｗｅｎ—ｂｉ，Ｑ１Ｎ　Ｚｈｅｎ　（Ｉ）ｅｐｔ．ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｍ　４３Ｏ０７Ｏ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｌｔｉｍｏｄａ１　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｅｎｄｅｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｖａｓｉｖｅ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．　Ｗ３Ｃ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｉｎｇ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌ　ｔｉｍｏｄａｌ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｔＯ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ａ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｒｏ—　ｔｏｃｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｅｒｖａｓｉｖｅ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．Ｍｙ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｍｕｈｉｍｏｄａｌ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗｏｒｄ　ａ　ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｉｖｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｘｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｄｒｉｖｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｃａｓｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅ—　ｗｏｒｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｖａｓｉｖｅ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｅｘｔ　

第２６卷第３期　２００８年ｏ９月　空气动力学学报　ＡＣＴＡ　ＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ　Ｖ０１．２６。Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．，２００８　

文章编号：０２５８．１８２５｛２００８）０３．０３６０－０５　

ＣＥ／ＳＥ并行计算研究及在Ｅｕｌｅｒ方程中的应用　

赵书苗１，２，刘建文　，钟诚文’，一，韩王超　

（１．西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家重点实验室，陕西西安７１００７２：　２．西北工业大学高性能计算研究与发展中心，陕西西安７１００７２）　

摘要：时空守恒元和解元方法（ＣＥ／ＳＥ）是一种高精度的数值求解方法。采用改进的ＣＥ／ＳＥ方法和并行分区技术，　针对非结构网格，发展了一套求解二维Ｅｕｌｅｒ方程的并行程序。对ＮＡＣＡ００１２翼型的亚跨声速流动和多段翼型复杂　绕流进行了分区并行求解，多区并行计算的结果与实验的结果吻合较好，表明了本文研究方法的正确性和有效性。　同时文中的分区方法能实现各处理器之间的负载均衡，有效地节省计算时间。　关键词：时空守恒元和解元方法；并行计算；非结构网格；多段翼型；欧拉方程　中图分类号：Ｖ２１１．３　文献标识码：Ａ　

Ｏ　引　言　

时空守恒元和解元方法（ＣＥ／ＳＥ）是由ＮＡＳＡ　Ｌｅｗｉｓ研究中心的Ｓ．Ｃ．Ｃｈａｎｇ￣ｋ３　于１９９５年提出来　

的。ＣＥ／ＳＥ格式是一种高精度的数值求解方法，它把　

时间和空间统一处理，通过设立守恒元和解元，使格　

式在局部和全局都能严格保证其物理意义上的守恒。　

由于具有格式简单、精度高、能比较好地捕捉流场间　

断解等优点，该方法正越来越受到人们的广泛关注，　它被美国ＮＡＳＡ列为第二代ＣＦＤ程序中的主要算法　

之一。　

国外对ＣＥ／ＳＥ方法研究较多，文献［４］应用四边　

形和六边形网格求解了二维和三维ＥＬｄｅｒ方程；文献　［５］应用并行分区技术，实现了程序的并行，并且对并　

行效率进行了研究和分析。国内对ＣＥ／ＳＥ方法研究　相对较少，文献［６］应用四边形网格求解了二维Ｅｕｌｅｒ　方程，国内尚没有ＣＥ／ＳＥ方法并行计算方面成果介