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计算机学院研究生《并行计算》课程考试试题
(2010 级研究生,2011.1)
1.(12 分)定义图中节点u 和 v 之间的距离为从 u 到 v 最短路径的长度。已知一个 d 维的超立方体,1)指定其中的一个源节点s,问有多少个节点与s 的距离为 i,其中 0≤i≤d。证明你的结论。2)证明如果在一个超立方体中节点 u 与节点v 的距离为i,则存在i!条从u 到 v 的长度为i 的路径。
有C i
d
个节点与s 的距离为i。
证明:由超立方体的性质知:
一个 d 维的超立方体的每个节点都可由d 位二进制来表示,则与某个节点的距离为 i 的节点必定在这 d 位二进制中有 i 位与之不同,那么随机从d
位中选择i 位就有Ci
d
种选择方式,即与s 的距离为i 得节点就有Ci 个。
d
2)
证明:由 1)所述可知:
节点 u 与节点 v 的距离为 i 则分别表示 u、v 节点的二进制位数中有i
位是不同的。设节点 u 表示为:D D
1 2
...D
...D
j
D
j?i?1
j?i
...D
d
,节点 v 表示为:
D D ...D ...D
D ...D
, 则 现 在 就 是 要 求 得 从
1 2
D D ...D
j
...D
j?i?1
D
j?i
d
...D
变换到 D D
...D ...D
D ...D
的途径有多
1 2 j
j?i?1
j?i d
1 2 j
j?i?1
j?i d
少种。那么利用组合理论知识可知共有i *(i ?1)*( i ? 2)*...*2*1 即i!中途径。所以存在i!条从u 到 v 的长度为i 的路径。
处理器数加速比2.(18 分)6 个并行程序的执行时间,用 I-VI 表示,在 1-8 个处理器上执行了测
处理器数
加速比
I
II
III
IV
V
VI
1
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2
1.67
1.89
1.89
1.96
1.74
1.94
3
2.14
2.63
2.68
2.88
2.30
2.82
4
2.50
3.23
3.39
3.67
2.74
3.65
5
2.78
3.68
4.03
4.46
3.09
4.42
6
3.00
4.00
4.62
5.22
3.38
5.15
7
3.18
4.22
5.15
5.93
3.62
5.84
8
3.33
4.35
5.63
6.25
3.81
6.50
对其中的每个程序,选出最适合描述其在16 个处理器上性能的陈述。
在 16 个处理器上的加速比至少比 8 个处理器上的加速比高出 40%。
由于程序中的串行程序比例很大,在 16 个处理器上的加速比不会比 8
个处理器上的加速比高出 40%。
由于处理器增加时开销也会很大,在 16 个处理器上的加速比不会比 8
个处理器上的加速比高出 40%。给出分析过程和结论。
3. (10 分)经测试发现,1)一个串行程序,94%的执行时间花费在一个可以并行化的函数中。现使其并行化,问该并行程序在 10 个处理机上执行所能达到的加速比是多少?能达到的最大加速比是多少?2)一个并行程序,在单个处理机上执行,6%的时间花费在一个 I/O 函数中,问要达到加速比10,至少需要多少个处理机?
1)由Amdahl 定律知:
加速比 Speedup ?
1
f ? (1? f ) / p
依题意知: f ? 6%, p ? 10
代入计算得: Speedup ?
1
94%
? 6.49
6% ?
10
最大加速比为: lim Speedup ? lim 1
? 1 ?
1 ? 16.7
p?? p??
f ? (1? f ) / p f 6%
由题意知:此时的串行时间比例为6% 则:
1由式子10 ? 1 ?
1
得: p ? 23.5
f ? (1? f ) / p 6% ? 94%
p
故至少需要 24 台处理机。
4.(12 分)将一个由 256 个节点组成的环以dilation-1 的方式嵌入到一个 8 维超立方体里,环中的节点编号为 0~255,1)问环节点 31,127,255 分别映射到超立方体的哪个节点上?2)若超立方体中的结点和进行通讯,如果按照环网拓扑结构,出发,在超立方体中依次经过哪些节点才能把一条消息传递到如果按照超立方体拓扑结构,又是如何实现从传递一条消息到的?
T1T2T3T4T5T6T7T8TT109T11T125
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
T
7
T
8
T
T
10
9
T
11
T
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