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出版者:

作者:Lewenstein, Moshe; Valiente, Gabriel;

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:2006-12

价格:632.80元

装帧:

isbn号码:9783540354550

丛书系列:

图书标签:

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• 模式匹配
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好的，这是一本关于“高级数据结构与算法优化”的图书简介，其内容完全不涉及“组合模式匹配”： --- 《矩阵运算与并行计算优化：从理论到高性能实践》 内容简介 本书深入剖析了现代科学计算和工程领域中至关重要的核心技术：矩阵运算的理论基础、算法设计、以及在多核与异构并行架构下的高效实现策略。 面对TB甚至PB级别的数据集，如何将传统的数学方法转化为能在超级计算机或高性能工作站上快速求解的实际方案，是摆在每一位算法工程师和研究人员面前的挑战。本书旨在系统性地填补这一理论与实践之间的鸿沟。 全书共分为五大部分，构建了一个从基础理论到前沿应用的完整知识体系。 第一部分：现代矩阵运算基础与理论深化 本部分着重于巩固和拓展读者对矩阵理论的理解，并引入现代计算对这些理论提出的新要求。 1.1 矩阵分解的几何与代数视角重构： 区别于传统教材的纯代数叙述，我们采用几何空间变换的角度来重新审视LU分解、QR分解以及Cholesky分解的内在机理。重点探讨这些分解在数值稳定性方面的影响，特别是针对病态矩阵的处理策略。 1.2 稀疏矩阵的存储与结构优化： 现代工程问题（如有限元分析、网络拓扑优化）中，矩阵的稀疏性是其核心特征。本章详述了压缩稀疏行（CSR）、压缩稀疏列（CSC）以及坐标列表（COO）等主流存储格式的优劣对比，并深入探讨了如何根据后续的计算模式（如矩阵向量乘法、矩阵乘法）动态选择或转换最优存储布局。同时，会介绍针对特定结构（如带状矩阵、对称矩阵）的定制化压缩技术。 1.3 迭代求解器的收敛性分析： 针对大型线性方程组，直接法往往计算成本过高。本部分详述了雅可比法、高斯-赛德尔法、共轭梯度法（CG）以及广义最小残量法（GMRES）的迭代机制。核心内容在于预条件子的设计与构造。我们将详细分析代数预处理（如不完全LU分解 ILU、不完全Cholesky分解 IC）和基于反向迭代的谱估计技术，以确保迭代过程的快速收敛。 第二部分：高级矩阵乘法算法与复杂度分析 矩阵乘法（GEMM）是高性能计算的基石，其效率直接决定了上层应用的性能上限。 2.1 Strassen算法及其后继者的深度探究： 详细解析Strassen算法的分治思想，并追溯到Coppersmith-Winograd及其后续改进算法的理论复杂度界限。本章的重点不在于实现这些理论上的“快”算法，而在于分析它们在实际缓存结构和浮点精度限制下的实际加速比与常数因子开销。 2.2 缓存优化与Tiled乘法： 引入循环分块（Loop Tiling/Blocking）技术，这是提升GEMM性能的关键。我们将通过详细的伪代码和性能模型，展示如何根据L1、L2缓存大小精确计算最优块尺寸，以最大化数据重用率，减少内存访问延迟。 2.3 SIMD指令集的利用与手动向量化： 探讨如何利用Intel AVX/AVX-512或ARM Neon指令集，对矩阵乘法中的核心操作进行手动数据打包和并行化。本节会展示如何通过编译器优化指令（如`_mm256_load_pd`）绕过编译器自动向量化的限制，实现对浮点吞吐量的极限压榨。 第三部分：并行计算架构与内存一致性 高性能矩阵运算的实现必须深度耦合于底层硬件的并行模型。 3.1 OpenMP与共享内存并行策略： 详细讲解OpenMP指令集在矩阵乘法、转置以及三角矩阵求解中的应用。关键在于数据依赖分析和并行区域的划分，特别是如何有效使用`pragma omp tile`或自定义调度策略来规避伪共享（False Sharing）问题，确保线程间的高效协作。 3.2 MPI与分布式内存计算： 针对超大规模矩阵，分布式计算是必然选择。本部分聚焦于2D网格划分策略，深入分析Cannon算法和Fox算法在MPI环境下的通信开销模型。核心是降低通信-计算重叠比，通过合理的块分配和点对点/集体通信原语（如`MPI_Isend/Irecv`与`MPI_Allgather`）的交错使用，实现计算和通信的异步化。 3.3 GPU异构计算：CUDA核心模型与矩阵库的桥接： 介绍NVIDIA CUDA编程模型，从Grid、Block到Thread的层次结构。重点剖析共享内存（Shared Memory）的使用，讲解如何利用其高带宽特性来加速矩阵块的内部乘法。同时，本书会详细对比手动CUDA实现与高度优化的cuBLAS/cuSOLVER库的性能差异，并指导读者何时应选择自定义内核而非依赖商业库。 第四部分：特征值问题的数值解法 本部分专注于求解矩阵的特征值与特征向量，这在动力学分析和主成分分析（PCA）中极为重要。 4.1 QR算法的现代实现： 阐述经典QR算法的迭代过程，并详细介绍如何通过Hessenberg约简将稠密矩阵转化为更容易处理的等价值问题，从而显著减少后续迭代的计算量。 4.2 瑞利商迭代与Lanczos方法： 针对大规模、对称且通常只需要少数几个最大/最小特征值的场景，本书详述Lanczos迭代。核心内容包括三对角化过程、保留向量（Lookahead）技术以及Ritz值与Ritz向量的收敛性判断标准。 4.3 雅可比方法（Jacobi Method）的并行化： 虽然经典，但其易于并行化。本章探讨如何将平面旋转操作分配到多核处理器上，并分析其在特定稀疏矩阵上的表现。 第五部分：应用案例与性能度量 本部分将前述理论应用于实际问题，并提供严格的性能分析工具。 5.1 线性求解器在电磁仿真中的应用案例： 以一个典型的基于边界元方法（BEM）的大型线性系统为例，演示如何结合稀疏存储、预条件子设计和分布式求解器来实现高效的仿真。 5.2 性能分析与基准测试： 介绍使用性能计数器（如Intel VTune, Linux perf）来监测缓存命中率、分支预测失误和内存延迟的专业方法。提供一套标准化的测试流程，用于评估不同算法在不同硬件配置上的可扩展性（Scalability）和效率（Efficiency）。 本书适合具有扎实线性代数基础，希望深入理解和优化高性能数值计算代码的软件工程师、计算物理学家、数据科学家及研究生。通过本书的学习，读者将能够设计出运行在现代并行硬件上，兼具理论严谨性与工程实用性的高性能矩阵运算内核。

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天呐，这本关于极端气候下生物适应性的科普读物，简直是想象力的极限挑战！作者带着我们潜入了地球上最不适宜生命存在的角落——从南极冰盖下的深海热泉，到撒哈拉沙漠的地下水脉。这本书的叙事像是一部精彩的自然纪录片，充满了令人难以置信的生命奇迹。我最受震撼的是关于嗜极微生物如何利用非传统代谢途径在极端高温和高压下生存的章节，那些生物体的生存策略，完全颠覆了我对生命基本要素的理解。书中配图非常震撼，那些微生物在显微镜下的晶莹结构，看起来像是来自另一个星球的生物。作者在讲述科学事实的同时，非常注重情感代入，总能巧妙地将读者的敬畏之心与严谨的科学数据结合起来。读完之后，你对地球生命的多样性会产生一种全新的、近乎敬畏的理解。

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我花了整整一个星期才把这本关于深度学习模型优化策略的专业著作啃完，过程虽然艰辛，但收获巨大。这本书的侧重点在于“黑箱”内部的机制探究，而非停留在高层应用介绍。作者采用了一种近乎数学证明的严谨方式，详细推导了各种正则化方法（如Dropout、Batch Normalization的改进型）在不同损失函数下的梯度流向和收敛特性。书中的数学公式密度极高，对于非专业人士来说可能如同天书，但我作为一名工程师，被其中对复杂系统进行简化和优化的逻辑深深吸引。最精彩的部分是它对超参数搜索空间的拓扑结构分析，提供了如何高效避开鞍点和局部最优解的实用见解。坦白说，读这本书的时候，我几乎全程保持着高度的专注力，甚至需要频繁地在草稿纸上演算，因为它要求你不仅要“知道”公式，更要“理解”公式背后的物理或逻辑含义。

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这本关于中世纪欧洲修道院日常生活的历史随笔，读起来就像是走进了一个被时光遗忘的、带着淡淡霉味和羊皮纸香气的房间。作者的叙事风格极其细腻和生活化，没有宏大的战争或政治叙事，而是聚焦于修士们一天二十四小时的作息安排、他们如何管理菜园、如何抄写手稿、以及他们在斋戒日期的心理挣扎。我尤其喜欢其中关于“沉默规则”的探讨，作者通过分析当时的教会法规和私人日记，揭示了在绝对的静默中，内心世界的波澜如何被放大和记录。这本书的魅力在于其对微观世界的专注，它让我体会到了一种近乎冥想的平静感，也让我重新审视现代社会中我们对于“效率”和“时间管理”的病态追求。这是一部充满人文关怀的作品，让人感受到即便是最刻板的制度下，依然有人性细微的光芒闪烁。

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这本书简直是一本关于现代艺术哲学的百科全书，但它完全没有枯燥的说教感！作者的文笔极其跳跃和富有激情，仿佛是一位正在咖啡馆里与你激烈辩论的先锋艺术家。他探讨了后结构主义美学如何渗透到当代装置艺术和数字媒体创作中的过程，尤其对“意义的消解与重构”这一概念进行了多角度的拆解。我尤其喜欢他引用了大量晦涩难懂的艺术家访谈片段，然后用一种近乎诗意的方式进行解读。这本书的难度系数相当高，很多地方需要反复阅读才能领会其深层含义，但一旦理解，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它挑战了我对“什么是艺术”的固有认知，让我开始用一种全新的、更加开放的视角去审视身边的一切视觉信息。对我来说，这本书更像是一套思想的体操，迫使我的思维不断地拉伸和重组。

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啊，我刚读完一本关于历史地理的书，真是令人大开眼界！作者对古代丝绸之路的阐述深入浅出，不仅仅是罗列了贸易路线和商品，更重要的是，他将不同文明的交汇点——那些沙漠绿洲、山谷隘口——描绘得栩栩如生。我仿佛能闻到空气中混合着香料和骆驼毛的味道。特别让我印象深刻的是，书中详细分析了不同朝代对同一地理区域的命名演变，这揭示了权力转移和文化认同的微妙变化。比如，书中对比了唐代和宋代对西域一些关键城池的不同称呼，分析得头头是道，让我对“地名学”产生了浓厚的兴趣。而且，这本书的地图绘制水平堪称一流，精细到足以看出古代水利设施的布局，这在其他同类书籍中是很少见的。阅读过程中，我不断地在脑海中勾勒出那些被时间尘封的古道和繁荣的市集，深切体会到地理环境如何塑造了人类历史的走向。这本书的学术严谨性和叙事魅力完美结合，是一次美妙的阅读体验。

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