《高效能计算方法》课件

高效能计算方法欢迎来到《高效能计算方法》课程！课程简介课程目标了解高效能计算方法的原理和应用课程内容从算法设计到并行计算，涵盖各种关键技术计算方法概述定义解决特定问题的一系列步骤分类数值方法、符号方法、启发式方法计算机基础硬件处理器、内存、存储设备软件操作系统、编程语言、应用软件网络通信协议、网络拓扑数据结构数组连续存储的一组数据链表节点存储数据和指针，指向下一个节点树分层结构，每个节点最多只有一个父节点图节点和边构成网络算法分析1时间复杂度：算法运行时间2空间复杂度：算法所需内存3算法稳定性：对输入数据的敏感度算法设计策略贪心算法每次选择最优解动态规划将问题分解成子问题，并存储中间结果分治法将问题分解成子问题，并递归求解数值分析方法1插值法用已知点数据构造函数2数值积分近似计算定积分3数值微分近似计算导数4非线性方程求解利用迭代方法求解方程线性代数计算1矩阵运算加减乘除、转置、求逆2线性方程组求解高斯消元法、LU分解3特征值和特征向量矩阵的重要性质优化方法1梯度下降沿着目标函数的负梯度方向搜索最优解2牛顿法利用二阶导数信息加速收敛3模拟退火模拟物理退火过程，跳出局部最优解整数编程定义目标函数和约束条件均为整数分支定界法将整数解空间划分为子空间，并逐步搜索最优解动态规划蒙特卡洛方法原理利用随机数模拟问题应用数值积分、优化、随机模拟机器学习基础监督学习从标记数据中学习模式无监督学习从无标记数据中发现隐藏结构强化学习通过与环境交互学习深度学习算法1卷积神经网络(CNN)2循环神经网络(RNN)3生成对抗网络(GAN)GPU并行计算GPU架构包含大量并行处理单元CUDA编程利用GPU加速计算并行算法利用GPU资源提升计算效率大数据分析1数据收集从各种来源获取数据2数据清洗处理数据中的错误和噪声3数据分析提取数据中的价值信息4数据可视化用图表和图形展示分析结果云计算架构1基础设施即服务(IaaS)提供虚拟化硬件资源2平台即服务(PaaS)提供开发和部署环境3软件即服务(SaaS)提供云端应用程序边缘计算1定义将计算能力推送到网络边缘2优势低延迟、高带宽、数据隐私3应用物联网、自动驾驶、AR/VR量子计算量子比特利用量子力学原理进行计算量子算法解决传统计算机难以解决的问题生物灵感算法遗传算法模拟生物进化过程蚁群算法模拟蚂蚁觅食行为粒子群算法模拟鸟群觅食行为计算方法的应用科学研究物理、化学、生物学工程设计航空航天、汽车、电子金融领域风险管理、投资策略医疗保健药物研发、疾病诊断案例分析11问题描述2解决方案3结果分析案例分析2问题描述...解决方案...结果分析...案例分析31问题描述...2解决方案...3结果分析...未来发展趋势1人工智能深度学习、机器学习2量子计算解决传统计算机无法解决的问题3云计算云服务、边缘计算课程总结1学习目标了解高效能计算方法的原理和应用2课程内容涵盖算法设计、并行计算等关键技术3未来展望不断发展，推动科技进步课后练习练习1...练习2...Q&A环节问题1...问题2...学习资源推荐书籍