基于CUDA并行的全球海洋表面温度场等值线提取算法研究

在分析GPU并行架构和CUDA灵活可编程性基础上,提出了一种基于区间块搜索的等值线并行提取方法,可应用于全球海洋表面温度格网数据的分析.算法有效减少了等值线追踪过程中重复性的格网遍历及不必要的格网搜索.最后,实验采用了不同规模的海表温度场格网数据进行等值线的提取并比较串并行耗时,结果表明:(1)算法能实现全球海洋表面温度等值线的有效提取并提高其效率,尤其对于大规模格网数据;(2)基于所有实验数据,格网规模大于720×1 440时,相较于串行过程GPU执行体现了其效率上的优势,GPU与CPU串行耗时的加速比最大可达3.124.     

一种基于GPU的并行三维各向异性扩散的超声图像斑点噪声滤波算法

三维的各向异性扩散的斑点噪声滤波算法(3D SRAD)计算密集,在CPU上串行处理运行效率较低,耗时长,不能满足实时系统的需求.为解决此问题,本文基于CUDA平台提出一种并行的3D SRAD算法——3D pSRAD.该算法从数据处理,任务分配以及纹理存储器和共享存储器的使用对并行处理进行了优化.实验结果表明,3D pSRAD提高了运算效率,计算加速比在60以上.     

基于GPU加速的遥感影像金字塔创建算法及其在土地遥感影像管理中的应用

摘要：为提高单个计算节点创建影像金字塔的速度,本研究首先将GPU并行技术用于加速影像重采样算法.影像重采样算法是影像金字塔创建算法的核心步骤,由于金字塔创建过程中数据量会不断发生变化,而数据量的大小直接影响GPU重采样算法效率.提出了一种基于阈值的金字塔遥感影像创建算法,算法将GPU并行与CPU串行遥感影像重采样算法结合,在创建影像金字塔时,依据阈值动态选择不同的重采样算法,并将本算法应用到土地遥感影像金字塔管理中.实验采用大小为10371×7945的24位遥感影像进行测试,结果表明：①基于GPU的并行重采样算法的速度最快,是基于CPU串行重采样算法的10倍;②采用本文算法创建金字塔速度是ArcGIS9.3创建金字塔速度的3倍以上.     

椭圆曲线密码细粒度并行计算研究

根据加速经常性设计的原则,提出了一种基于对称运算单元的椭圆曲线密码(ECC)标量乘运算的高效细粒度并行运算架构.为了实现该架构,对ECC标量乘运算展开细粒度并行计算研究,通过标量乘运算的分解和推导,消除了数据相关性,得出运算效率高且适于指令级并行计算的算法形式.对标量乘运算的时间复杂度的分析结果表明,该算法比普通算法的速度提升了66.7%.并可通过并行计算进一步提升标量乘运算的速度性能.在采用3个运算单元的效率最优情况下,比采用1个运算单元时,速度提高了2倍.     

基于集群系统的并行图像灰度匹配

针对传统数字图像处理中匹配方法虽然精确度高,但计算量大、时间长等特点,将基于MPI（Message Passing Interface）的集群并行处理引入到图像灰度匹配中,对待匹配图像采用数据分割处理,而将传统的图像灰度匹配算法进行并行化改进,结合并行处理对图像灰度匹配进行并行实现．实验结果表明：并行化处理能显著地缩短灰度匹配时间,达到较高的加速比和效率,对进一步研究基于集群系统下的并行图像处理有一定的指导意义．     

基于GPU加速的几何纹理合成方法

提出了一种基于GPU加速的几何纹理合成方法,以解决几何纹理合成过程中高计算量、高存储占用和高耗时等问题.首先,对样本几何纹理数据进行子块划分,并根据子块在样本中的位置关系设计可重用样本顶点数据的数据结构,优化存储以降低内存的占用率;然后,采用GPU多线程并发技术设计并行加速算法,将串行的几何纹理合成过程并行化,从而实现快速生成任意尺寸的新的几何纹理.实验结果表明,该算法不仅占用存储较少,而且在保证合成质量的同时极大地降低了几何纹理的合成耗时.     

面向多尺度拓扑优化的渐进均匀化GPU并行算法研究

针对多尺度结构拓扑设计计算效率低等问题，提出了一种基于水平集渐进均匀化的多尺度拓扑优化并行算法。基于通用图形处理器（graphics processing unit,GPU），通过水平集初始化、大型稀疏刚度矩阵方程求解以及本构矩阵并行计算，可大幅提升渐进均匀化算法的效率。实验结果表明，当三维晶胞单元网格细化至分辨率为10万时，多尺度结构拓扑优化GPU并行算法较CPU串行算法快数十倍。     

基于通用可重构处理器的反馈移位寄存器优化设计研究

为探索通用可重构处理器(general-purpose reconfigurable processor,GReP)在序列密码算法中的研究与应用,本文对基于反馈移位寄存器(feedback shift register,FSR)的序列密码算法进行特征分析,结合GReP架构特性,提出掩码抽位式反馈函数计算模型,以A5算法为例,对算法中对性能影响大、复用性高且具有可重构性的关键部件提出并行化、流水化的优化设计方法,实现了算法的基于GReP的可重构优化.实验表明,基于GReP通用可重构处理器架构的A5算法可重构设计,比在Intel Atom 230平台上的吞吐率提高近一倍,GReP通用可重构处理器在提高序列密码算法处理能力与执行效率方面具有明显优势.     

动脉粥样硬化斑块生成的高效流固耦合不可压缩SPH模拟方法

动脉粥样硬化是导致心血管疾病和中风的关键诱因，对该病变过程进行模拟与可视化有助于开展医学研究。为解决现有模拟方法不能可视化动脉粥样硬化斑块生成过程以及模拟速度过慢问题，提出了一种基于高效流固耦合不可压缩光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）的斑块生成模拟方法。首先，基于流固耦合不可压缩SPH方法，将血液离散为不可压缩流体粒子，以控制血液流动的稳定性；然后，使用斑块生成模型对血液、单核细胞等粒子建模，对血液成分进行病理性分析，控制斑块生成；最后，通过流固耦合作用计算血液与斑块的物理特性，模拟斑块堵塞血流过程。为使模拟结果能够实时呈现，用统一计算设备架构（compute unified device architecture,CUDA）实现并行加速计算。方法实现了对血液中斑块生成的快速模拟，避免了用偏微分方程模型模拟带来的高计算量；同时能较真实地模拟斑块生成过程并体现血液与斑块的流固耦合作用；最后逼真展现了斑块模拟的渲染结果。     

并行Adaboost-BP算法及其在海量图像分类中的应用

为解决基于单节点架构的传统分类算法存在的时间效率差、分类准确率低等问题,提出了一种基于并行Adaboost-BP神经网络的海量图像分类方法.将BP神经网络作为弱分类器,由Adaboost算法组合15个BP神经网络的输出,构建了强分类器;充分利用了Hadoop平台下Map Reduce并行编程模型,提出了海量图像的自动分类模型,设计了并行Adaboost-BP神经网络算法的Map和Reduce任务.多组实验表明,相对于传统的AdaboostBP神经网络算法,提出的算法在Pascal VOC2007数据集和Caltech256数据集上的平均分类准确率分别提高了14.5%和26.0%,而且算法运行耗时少,系统加速比随集群节点个数增加而增加,在图像规模增加到20 000时,加速比几乎呈线性增长趋势.实验结果充分证明,提出的方法适合海量图像的自动分类和预测.     

在GPU上求解大规模优化问题的反向策略的PSO算法

本文通过对传统粒子群算法(PSO)的分析,在GPU(Graphic Process Unit)上设计了基于一般反向学习策略的粒子群算法,并用于求解大规模优化问题.主要思想是通过一般反向学习策略转化当前解空间,提高算法找到最优解的几率,同时使用GPU大量线程并行来加速收敛速度.对比数值实验表明,对于求解大规模高维的优化问题,本文算法比其他智能算法具有更好的精度和更快的收敛速度.     

单位加工时间入树约束Open Shop 问题的多项式时间算法

本文研究具有单位加工时间及入树约束的Open Shop问题,提出了一个多项式时间算法,该算法根据入树约束的层次结构分批安排加工,使每批加工解除约束的工件数最多。文章证明,算法的计算量为O(n2)。     

逻辑函数布尔c-导数的图形计算方法

基于逻辑函数1阶布尔c-导数,引入了k阶布尔c-导数的概念.提出了基于逻辑函数的K-图和降维K-图的1阶布尔c-导数和2阶布尔c-导数的图形计算方法,并通过实例展示了其求解过程.与代数法相比,该方法更直观有效,且能直接读出布尔c-导数的最简与/或式.所提出的用降维K-图计算逻辑函数布尔c-导数的方法在一定程度上解决了K-图规模随函数变量n的增加而迅速扩大的问题.     

基于K图的布尔E-导数计算的图形方法

分析了逻辑函数的K图和降维K图,在此基础上,从逻辑函数定义出发,讨论了用K图和降维K图计算逻辑函数一阶布尔E-导数和二阶布尔E-导数的图形方法,实例表明该方法具有直观、简单等特点,并且能给出布尔E-导数的最简与/或式.     

基于K图的布尔差分计算的图形方法

基于K图和降维K图，讨论了计算逻辑函数的一阶布尔差分和二阶布尔差分的图形方法。实例表明该方法具有直观、简单等特点，并且它能给出布尔差分的最简与／或式。     

支持虚拟场景图形交互系统的设计与实现

在分析SVG特点的基础上,以支持虚拟场景的网络售票系统为例,介绍了SVG在数据驱动图形交互Web业务领域中的应用．在应用系统的原型实现中,提出基于Servlets的代理服务器框架模式,给出代理服务器的基本Servlet结构,实现了SVG图像图形元素的数据驱动．通过服务器存储SVG与JavaScript模板等方式,解决SVG图形元素的重用以及客户端响应的动态生成．     

含任意项特殊逻辑函数的图形化检测

从K图出发,提出了利用二叉树法对含有任意项的冗余函数、线性函数、对称函数、自反函数及自双反函数等特殊逻辑函数进行检测的图形化方法.实例表明,该图形方法具有简单、直接、方便、可编程的特点.     

基于dj图检测特殊布尔函数的图形方法

阐述了线性函数、冗余函数、自反函数和自双反函数的定义和有关性质,提出了用dj图检测线性函数和冗余函数的方法．给出了求∫（x1～xn）的图形方法,并在此基础上提出了基于dj图检测自反函数与自双反函数的图形方法．此外,还讨论了求∫（x1～xn）的dj图的改进的图形方法．     

检测含任意项特殊逻辑函数的图形方法

线性函数、冗余特殊、自反函数、自双反函数等特殊逻辑函数在电路设计中具有独特的优点.从特殊逻辑函数的定义出发,提出了基于K图检测含任意项线性函数、冗余函数的方法及基于分解图检测含任意项自反函数、自双反函数的方法,并举例说明了具体检测过程.应用结果表明,该图形方法具有直观,便捷等特点.     

单位区间图的边泛圈性

本文证明了顶点数至少为４的单位区间图是边泛圈图当且仅当它是３连通的。