Алгоритмы и модели вычислений: Информация
Автор: Меран Фуругян | Московский физико-технический институт
Форма обучения:
дистанционная
Стоимость самостоятельного обучения:
бесплатно
Доступ:
свободный
Документ об окончании:
Вам нравится? Нравится 29 студентам
Уровень:
Специалист
Длительность:
4:12:00
Студентов:
1579
Выпускников:
58
Качество курса:
5.00 | 4.80
Рассматриваются некоторые теоретические проблемы, возникающие при разработке математического обеспечения вычислительных систем. Изучаются такие фундаментальные проблемы, как теория потоков в сетях, анализ сложности алгоритмов и сложности дискретных задач. Рассмотрены методы решения переборных задач. Даны алгоритмы решения некоторых задач на параллельной машине с произвольным доступом.
Приведены и исследованы два алгоритма решения задачи о максимальном потоке (алгоритмы Форда-Фалкерсона и Карзанова). В качестве приложения потоковых алгоритмов дан алгоритм планирования вычислений в многопроцессорных вычислительных системах. Исследован алгоритм сортировки с помощью кучи. Рассматривая в качестве модели процесса вычислений детерминированную машину Тьюринга, введены и исследованы понятия рекурсивных и рекурсивно перечислимых языков, сложностных классов языков и задач (P, NP, co-NP, NPC, NPH и др.), изучена их взаимосвязь. Рассмотрены методы доказательства NP-полноты. Даны некоторые методы решения переборных задач (метод “ветвей и границ”, рандомизированные алгоритмы, приближенные алгоритмы и др.) и показана возможность применения теории NP-полноты к разработке алгоритмов решения этих задач. Приведены и исследованы параллельные алгоритмы решения некоторых задач, связанных с работой со списками и деревьями. Для каждого из приведенных алгоритмов дается обоснование и определяется вычислительная сложность.
Специальности: Программист
План занятий
Занятие
Заголовок <<
Дата изучения
Потоки в сетях
Основные понятия (сеть, поток и его величина, разрез и его величина, увеличивающий путь , остаточная сеть). Алгоритм Форда-Фалкерсона решения задачи о максимальном потоке. Асимптотические обозначения.
-
Потоки в сетях (продолжение)
Теорема о максимальном потоке и минимальном разрезе. Алгоритм Карзанова решения задачи о максимальном потоке.
-
Приложение потоковых алгоритмов. Алгоритмы сортировки
Сведение задачи построения многопроцессорного расписания с прерываниями при заданных длительностях работ и директивных интервалах к задаче о максимальном потоке. Понятие кучи. Сортировка массива с помощью кучи.
-
Распознающие алгоритмы. Класс P
Задачи распознавания свойств и языки. Детерминированная одноленточная машина Тьюринга. Рекурсивные и рекурсивно перечислимые языки. Полиномиально распознаваемые языки и класс P.
-
Проверяющие алгоритмы. Классы NP и NPC
Класс NP. Соотношение между классами P и NP. Существование экспоненциального проверяющего алгоритма для языков из NP. Полиномиальная сводимость. Класс NPC. Способы доказательства NP-полноты.
-
Семь основных NP-полных задач
Доказательство NP-полноты задач выполнимость и 3-выполнимость.
-
NP-полнота некоторых задач. Класс co-NP
Доказательство NP-полноты задач вершинное покрытие, клика, расписание без прерываний для многопроцессорной системы. Класс co-NP. Структура классов NP и co-NP.
-
Сильная NP-полнота
Задачи с числовыми параметрами. Псевдополиномиальные алгоритмы. Сильная NP-полнота и методы ее доказательства. Псевдополиномиальный алгоритм решения задачи о разбиении. Сильная NP-полнота задачи расписание без прерываний для многопроцессорной системы.
-
NP-трудные и NP-легкие задачи. Приближенные алгоритмы
Сводимость по Тьюрингу. Доказательство NP-трудности и NP-легкости некоторых задач. Приближенные алгоритмы (решения задач упаковка в контейнеры и расписание без прерываний для многопроцессорной системы) и оценки их погрешности.
-
Применение теории NP-полноты к разработке приближенных алгоритмов
Невозможность существования полиномиального приближенного алгоритма с фиксированной погрешностью для некоторых NP-трудных задач. Приближенный полиномиальный алгоритм решения задачи коммивояжера с неравенством треугольника.
-
Метод "ветвей и границ". Рандомизированные алгоритмы
Общее описание метода "ветвей и границ" и его реализация для решения задачи расписание без прерываний для многопроцессорной системы. Рандомизированный алгоритм решения задачи об идентичности полиномов и задачи о паросочетаниях.
-
Алгоритмы параллельных вычислений
EREW-алгоритмы решения задач определения номера элемента в списке, параллельная обработка префиксов, вычисление глубины вершины в двоичном дереве. CRCW-алгоритм решения задачи определения корня для вершины двоичного леса.
-
Алгоритмы параллельных вычислений (продолжение)
CRCW-алгоритм нахождения максимального элемента в массиве. Моделирование CRCW-машины с помощью EREW-машины. Эффективная параллельная обработка префиксов.
-