
【电】 parallel algorithm
of equal rank; parallel; parallelism; range; simultaneous
【电】 parallel
figure; perform mathmatical calculations
【计】 D-calculus
dharma; divisor; follow; law; standard
【医】 method
【经】 law
平行演算法(Parallel Algorithm)是计算机科学中描述并行计算过程的系统性指令集合,其核心目标是通过分解任务、协调多个处理器或计算单元同时执行操作,从而提升计算效率。该术语对应英文“parallel algorithm”,强调算法设计中对并发性和资源协同的依赖关系。
从结构特征分析,平行演算法需满足三要素:1)任务分解的独立性(基于Amdahl定律优化局部计算负载);2)通信机制的同步性(如MPI标准定义的进程间数据交换);3)负载均衡的动态调整(通过任务调度算法实现资源利用率最大化)。美国能源部下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室在2021年技术报告中指出,现代高性能计算中90%以上的算法已采用并行化设计。
典型应用领域包含:气象预测中的多网格计算(参考NCAR开发的WRF模式)、基因组学序列比对(如BLAST工具采用的并行化策略)、金融风险蒙特卡洛模拟(摩根士丹利量化研究团队2023年案例)。IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems期刊的统计显示,采用并行算法可使128核集群的矩阵运算效率提升12-18倍。
当前研究前沿聚焦于异构计算环境下的自适应并行算法,例如英伟达CUDA架构中GPU与CPU的协同计算模型。ACM数字图书馆收录的多篇论文证实,这类算法在深度学习训练任务中较传统串行算法减少40%-60%的时间开销。
平行演算法(Parallel Algorithm)是指通过多线程或分布式计算资源同时对不同数据段执行运算,以提高计算效率的算法设计方法。以下是其核心要点:
基于搜索结果,平行演算法主要包含以下特征:
parallel_for
算法,将循环迭代分配到多个线程并行执行。structured_task_group
对象管理并行循环迭代。数据处理加速
适用于大规模数据集合的批量操作(如数值计算、图像处理),通过并行化使计算时间从$O(n)$缩短至$O(n/p)$,其中$p$为处理器数量。
组合数学问题
如生成排列组合的平行算法(),通过分布式计算同时生成不同区间的排列组合,显著减少$C(m,n)$和$n!$类问题的求解时间。
parallel_for算法(微软PPL库)
该算法自动优化任务划分策略,根据硬件资源动态分配迭代区间,适用于无数据依赖的循环场景。例如矩阵乘法中,可将行/列计算分配到不同线程。
并行排序算法
如并行快速排序,通过递归划分数据块并在多核上并行处理子分区,时间复杂度可降至$O(frac{n log n}{p})$。
如需进一步了解具体实现,可参考微软PPL文档(来源-3)或组合数学的并行生成方法(来源-5)。
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