串行算法並行化基礎

串行算法並行化基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:科學齣版社
作者:鬍玥
出品人:
頁數:116
译者:
出版時間:2008-6
價格:28.00元
裝幀:平裝
isbn號碼:9787030217202
叢書系列:
圖書標籤:
  • 並行計算
  • 並行算法
  • 並行計算
  • 串行算法
  • 並行化
  • 算法優化
  • 高性能計算
  • 計算機科學
  • 軟件工程
  • 程序設計
  • 數值計算
  • 計算方法
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具體描述

《串行算法並行化基礎》由科學齣版社齣版。

《計算思維與現代編程範式》 本書導讀: 在信息技術飛速發展的今天,軟件的復雜性與規模持續攀升,對開發者的思維模式和技術棧提齣瞭前所未有的挑戰。傳統的麵嚮對象編程(OOP)或結構化編程範式已難以完全駕馭現代應用的需求,尤其是在處理大規模數據、高並發環境以及異構計算平颱時。本書旨在係統地梳理和深入探討“計算思維”的核心理念,並將其與當下主流的編程範式,特彆是函數式編程(FP)、響應式編程(RP)以及麵嚮服務的架構(SOA)和微服務(Microservices)進行深度融閤與實踐闡述。 本書的結構設計旨在引導讀者從宏觀的計算哲學層麵入手,逐步深入到具體的代碼實現與係統設計層麵,構建起一個全麵、靈活且適應未來技術演進的編程知識體係。 --- 第一部分:計算思維的重構與抽象本質 本部分聚焦於建立堅實的理論基礎。計算思維不僅僅是算法和數據結構的堆砌,它更是一種解決問題的思維模式,強調分解、模式識彆、抽象和算法設計。 第一章:計算思維的底層邏輯 我們將探討計算思維與數學邏輯的交叉點,分析其在復雜係統建模中的作用。重點闡述“不變性”(Invariance)在簡化問題復雜度中的關鍵地位,以及如何通過精確的抽象層次定義來應對軟件工程中的“狀態爆炸”問題。本章還將引入形式化驗證的初步概念,為後續的純淨代碼設計打下理論基礎。 第二章:數據與過程的辯證關係 傳統編程往往將數據和操作數據的方法緊密耦閤。本章將深入剖析數據結構的設計哲學,探討如何設計齣更具彈性和可擴展性的數據模型。我們將分析數據流的動態特性,為理解響應式係統中的數據流管理做好鋪墊。這部分內容側重於如何通過數據驅動的方式來組織程序邏輯,而非簡單地圍繞過程展開。 --- 第二部分:函數式編程:迴歸純粹的計算本質 函數式編程(FP)被視為一種強大的工具,用於管理副作用和提高代碼的可預測性。本書將詳細剖析FP的核心特性及其在現代工程實踐中的應用。 第三章:高階函數與柯裏化藝術 本章將深入探討一等公民函數(First-Class Functions)的概念,並詳細講解高階函數(Higher-Order Functions)如何實現代碼的復用和抽象。柯裏化(Currying)和函數組閤(Function Composition)作為強大的工具,如何幫助我們構建模塊化、易於測試的邏輯單元。我們將使用實際案例展示,如何通過組閤簡單的純函數來構建復雜的業務流程。 第四章:不可變性與副作用的隔離 不可變性是FP的基石。本章詳細討論為什麼以及如何在實踐中強製執行數據的不可變性,以及這如何極大地簡化並發編程的難度。我們將分析“副作用”(Side Effects)的來源,並介紹Monads、Applicatives等概念在受控環境中管理I/O操作和狀態變化的優雅方法,而不是簡單地禁止副作用。 第五章:代數數據類型與模式匹配 超越傳統麵嚮對象中的繼承,本章介紹代數數據類型(Algebraic Data Types, ADTs)的強大錶達力。通過案例學習如何使用判彆聯閤體(Sum Types)和乘積類型(Product Types)來精確地建模領域狀態,並利用模式匹配(Pattern Matching)實現清晰、安全的分支邏輯,有效避免瞭運行時空指針異常等問題。 --- 第三部分:響應式係統與異步心智模型 隨著互聯網應用的實時性要求越來越高,理解和構建響應式係統成為關鍵技能。本部分將從數據流的角度重塑對“時間”和“事件”的處理方式。 第六章:理解響應式宣言與核心原則 本章詳細闡述“響應式宣言”(Reactive Manifesto)的四大支柱:響應性、彈性、可擴展性和消息驅動。我們將分析這些原則如何指導係統架構的設計,使其能夠在麵對故障和負載波動時保持健壯。 第七章:數據流與事件驅動架構 本部分核心是數據流的建模。我們將介紹觀察者模式(Observer Pattern)的升級版——響應式流(Reactive Streams),以及如何使用響應式編程庫(如Rx係列)來處理復雜、多源的異步事件序列。重點分析背壓(Backpressure)機製在防止係統過載中的重要性。 第八章:狀態管理與時間旅行 在響應式係統中,狀態的變化是流動的。本章將探討如何有效地管理跨越時間軸的狀態。我們將對比不同的狀態管理策略,如Event Sourcing(事件溯源)和CQRS(命令查詢責任分離),展示它們如何與函數式思想結閤,為係統提供強大的可追溯性和調試能力。 --- 第四部分:架構範式與現代軟件工程的融閤 理論必須落地於架構實踐。本部分將討論如何將前述的思維模式和技術應用於構建大規模、可維護的分布式係統。 第九章:麵嚮服務的解耦與邊界定義 本書將分析服務邊界劃分的藝術,不僅僅是技術上的拆分,更重要的是業務領域的清晰界定。我們將對比傳統SOA的局限性與微服務架構的優勢,並強調在構建微服務時,應盡可能地采用無狀態或弱狀態的服務設計,以增強其彈性。 第十章:構建健壯的通信機製 在分布式環境中,通信是係統的心髒。本章將對比同步(REST/RPC)與異步(消息隊列、事件總綫)通信的適用場景。重點探討如何使用事件驅動架構來確保服務間的鬆耦閤和高可用性,以及如何設計冪等性操作來應對消息的重復投遞問題。 第十一章:可觀測性與調試的未來 隨著係統復雜度的增加,傳統調試方法效率低下。本章將介紹現代可觀測性(Observability)的三大支柱:日誌(Logging)、指標(Metrics)和分布式追蹤(Tracing)。我們將論述如何利用這些工具,結閤前麵討論的純淨函數和清晰的數據流,快速定位和診斷跨越多個服務的故障。 --- 結語:邁嚮自適應的軟件設計 本書的最終目標是培養一種能夠駕馭復雜性、擁抱變化的設計哲學。通過掌握計算思維、函數式編程的嚴謹性以及響應式係統的動態性,讀者將能夠構建齣不僅高效運行,而且易於理解、靈活擴展並能適應未來技術變遷的下一代軟件係統。這是一種從根本上提升軟件質量和開發效率的思維升級。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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這本書的價值,在於它能夠幫助讀者建立一套係統性的並行化思維體係。它不僅僅教授具體的並行化技術,更重要的是引導讀者理解並行化的“道”與“術”。作者通過對各種並行化策略的深入剖析,讓我認識到,並行化並非一蹴而就,而是一個需要不斷權衡、優化和迭代的過程。我尤其欣賞書中關於“並行化性能評估”的章節,它提供瞭多種有效的性能分析工具和方法,幫助我量化並行化帶來的收益,並找齣進一步優化的方嚮。這讓我能夠更有針對性地進行性能調優,避免盲目嘗試。這本書的齣現,無疑為我開啓瞭高性能計算領域的一扇新大門,讓我對未來的學習和研究充滿瞭信心。

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《串行算法並行化基礎》給我最大的啓發,在於它重塑瞭我對“效率”的理解。過去,我總認為提升算法效率就是優化單次操作的耗時,然而這本書讓我明白,在多核時代,真正的效率來自於對計算資源的整體優化和協同。書中對“通信開銷”和“同步開銷”的深刻剖析,讓我意識到,看似簡單的並行化,背後隱藏著復雜的協調機製,而這些機製的效率,直接決定瞭最終的性能錶現。作者在講解不同並行通信模式時,比如點對點通信、廣播通信、歸約通信等,都結閤瞭具體的算法示例,讓我能夠清晰地理解它們在不同場景下的應用和效率影響。這不僅僅是一本技術書籍,更是一次思維模式的重塑。它讓我學會瞭從更廣闊的視角去審視計算過程,思考如何讓多個計算單元協同工作,以達到最佳的整體性能。

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這本書的語言風格,我隻能用“精準而富有啓發性”來形容。作者在闡述復雜的並行化概念時,總是能用最恰當的詞匯,將核心思想清晰地傳達齣來。書中穿插的大量圖示和錶格,也起到瞭畫龍點睛的作用,幫助我更好地理解算法的結構和數據流嚮。我特彆喜歡書中對“並行算法的局限性”的討論,它並沒有一味地鼓吹並行化的優越性,而是客觀地指齣瞭並行化可能帶來的額外開銷和復雜性,以及在某些情況下,串行算法可能仍然是更優的選擇。這種辯證的思維方式,讓我受益匪淺。它教會我,在麵對具體的計算問題時,要根據實際情況權衡利弊,做齣最明智的決策,而不是盲目地追求並行化。總而言之,這本書是一部既有理論深度,又有實踐指導意義的佳作,它為我打開瞭通往高性能計算世界的大門。

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我對《串行算法並行化基礎》的評價,更多的是對其“思想深度”的贊賞。這本書不僅僅是教授讀者如何將現有的串行算法轉化為並行版本,更是引導讀者去理解並行計算的本質和哲學。作者通過深入淺齣的講解,闡述瞭並行化並非簡單的“分而治之”,而是一個需要深刻理解數據依賴、任務耦閤以及通信瓶頸的復雜過程。書中對“臨界區”、“死鎖”、“活鎖”等並行編程中的經典難題的剖析,讓我對潛在的風險有瞭更清晰的認識,也為我編寫健壯、高效的並行程序提供瞭寶貴的經驗。我發現,這本書最難能可貴之處在於,它並沒有迴避並行化過程中存在的挑戰和睏難,而是積極地引導讀者去理解這些挑戰,並提供有效的解決方案。例如,在討論負載均衡時,作者不僅介紹瞭靜態分配和動態分配的優缺點,還提供瞭具體的策略來實現更有效的負載均衡。這種務實而又不失理論深度的講解,讓我覺得這本書非常有價值。

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初讀《串行算法並行化基礎》,便被其深邃的理論框架和嚴謹的邏輯推導深深吸引。書中所闡述的並行化思想,並非簡單的將代碼分拆,而是深入到算法的本質,探尋其內在的可並行性。作者以大量生動、貼切的實例,將抽象的概念具象化,讓我得以窺見那些原本運行在單核處理器上的“孤立”算法,如何被賦予“協作”的能力,在多核甚至眾核架構下綻放計算的強大能量。尤其對數據依賴性、任務劃分策略、通信開銷與同步機製的剖析,鞭闢入裏,為我構建瞭一個清晰的並行化思考模型。我常常在閱讀過程中,迴想起自己過去在優化算法時遇到的瓶頸,當時隻能通過改進串行邏輯來勉強提升性能,而這本書則指明瞭一條截然不同的、更具潛力的路徑。它讓我意識到,許多看似“不可能”加速的算法,其實蘊藏著巨大的並行潛力,隻是我們缺乏一套係統的方法去發掘和利用。從圖算法的並行遍曆,到數值計算的矩陣分解,再到數據結構的操作,書中都給齣瞭令人信服的解決方案,並且詳細解釋瞭每種方法的優缺點以及適用場景。這不僅僅是一本技術手冊,更是一次思維方式的革新,讓我對計算的本質有瞭更深層次的理解。我發現,這本書的價值在於它不僅僅教給你“如何做”,更重要的是教你“為什麼這樣做”,以及“在什麼情況下這樣做最有效”。這種“知其然,更知其所以然”的學習體驗,對於我這樣渴望在計算領域深入探索的讀者來說,無疑是彌足珍貴的。

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這本書的體例編排,堪稱教科書級彆的典範。每一章節都以清晰的引言開始,點明本章的核心議題,隨後展開深入的理論闡述。理論部分嚴謹而不失深度,輔以精煉的數學推導,確保瞭其科學性和可信度。緊接著,作者會引用大量的僞代碼和實際案例,將抽象的理論具象化,讓讀者能夠直觀地理解算法的設計思路和實現細節。我尤其欣賞書中對於不同並行模型(如共享內存模型、分布式內存模型)的區分和討論,以及針對這些模型設計的相應算法。這使得讀者能夠根據實際的硬件環境和計算需求,選擇最閤適的並行化策略。書中對於“並行開銷”的細緻分析,也是我學習的重點。它不僅僅關注瞭理論上的速度提升,更強調瞭實際應用中的性能考量,包括通信延遲、同步開銷、負載均衡等關鍵因素。作者並沒有迴避這些“不完美”之處,而是提供瞭一係列有效的技術和方法來最小化這些開銷,從而實現真正意義上的性能飛躍。在我看來,這本書最大的亮點在於它所傳達的“工程化”思維。它不僅僅局限於算法理論,而是將理論與實踐緊密結閤,為讀者提供瞭一套完整、可操作的並行化解決方案。這種從理論到實踐的無縫過渡,讓我能夠將學到的知識迅速應用於實際項目中,並取得顯著的成效。

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《串行算法並行化基礎》在我心中,是一部關於“計算之美”的探索之旅。作者以其深厚的學術功底和豐富的實踐經驗,將抽象的並行化思想,以一種優雅而深刻的方式呈現齣來。我常常在閱讀中,感受到算法在多處理器上的“舞蹈”,數據在網絡中的“流動”,以及計算的“協同共振”。書中對“並行算法的伸縮性”的分析,更是讓我看到瞭算法在不同規模硬件上的潛力,這對於未來計算的發展趨勢,我有瞭更清晰的認識。它不僅僅是一本技術指南,更是一次對計算本質的哲學思考,讓我對並行計算的未來充滿期待。

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這本書的結構設計,對於初學者和有經驗的讀者都非常友好。它從基礎的概念入手,逐步深入到更復雜的並行化技術。我尤其欣賞書中關於“並行化陷阱”的章節,它詳細列舉瞭在並行編程中常見的錯誤和誤區,並提供瞭規避這些陷阱的方法。這對於避免我走彎路,快速掌握並行化編程的要領,起到瞭至關重要的作用。書中對“並行模式”的分類和講解,也讓我對如何組織並行計算有瞭更清晰的認識。無論是數據並行中的嚮量化、並行循環,還是任務並行中的流水綫、多綫程,書中都提供瞭詳實的講解和代碼示例。這些具體的指導,讓我在實際應用中能夠觸類旁通,快速掌握解決問題的技巧。

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《串行算法並行化基礎》給我帶來的最大收獲,是它幫助我打破瞭思維定勢。在閱讀這本書之前,我習慣性地將算法的性能瓶頸歸咎於算法本身的復雜性,或者計算資源的不足。然而,這本書卻以一種全新的視角,揭示瞭算法中隱藏的並行潛力。作者巧妙地運用瞭“數據並行”和“任務並行”等概念,讓我理解瞭如何從數據的角度和任務的角度來尋找並行化的突破口。例如,書中關於並行排序算法的闡述,就讓我眼前一亮。我過去使用的串行排序算法,其時間復雜度已經接近最優,但通過並行化的思想,我可以將其在多核環境下大幅度縮短運行時間。這種顛覆性的認知,讓我開始審視我過去所接觸的每一個算法,嘗試去發現其中被忽視的並行特性。這本書並非僅僅羅列各種並行算法,而是更側重於“如何思考”並行化。它提供瞭一套係統性的方法論,教導讀者如何分析算法的依賴關係,如何進行任務分解,如何選擇閤適的通信和同步機製。這種“授人以漁”的教學方式,讓我受益匪淺,也為我今後麵對更復雜的並行化挑戰奠定瞭堅實的基礎。

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作為一名對計算機體係結構和高性能計算充滿好奇的學習者,我一直渴望深入理解算法如何從單綫程的局限中解放齣來,擁抱並行計算的強大力量。《串行算法並行化基礎》恰恰滿足瞭我的這一需求。書中對並行計算模型的細緻講解,讓我清晰地認識瞭共享內存、消息傳遞等不同並行範式下的算法設計差異。作者在闡述時,往往會先建立起一個清晰的理論模型,然後通過精心設計的示例來驗證和深化這個模型。我尤其對書中關於“並行算法的復雜性分析”的部分印象深刻。它不僅僅關注時間復雜度,更將通信開銷、同步開銷等並行特有的因素納入考量,這對於我們進行實際的性能調優至關重要。這本書並非枯燥的理論堆砌,而是充滿瞭智慧的啓迪。它引導我跳齣傳統的串行思維,從更宏觀、更全局的角度去審視計算任務,尋找隱藏的並行機會。我常常在閱讀中,想象著代碼如何在不同的處理器之間流動、協作,那種計算過程的生動畫麵感,讓我對並行計算有瞭更直觀的認識。

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