二叉樹旋轉(zhuǎn)和DFA化簡并行算法的研究的開題報(bào)告

二叉樹旋轉(zhuǎn)和DFA化簡并行算法的研究的開題報(bào)告一、選題背景和研究意義1.1選題背景二叉樹（BinaryTree）是一種特殊的樹形結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。它是由節(jié)點(diǎn)組成的集合，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)是一種操作，可以將二叉樹進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變它的形態(tài)，這在很多應(yīng)用中都有重要作用。DFA（DeterministicFiniteAutomata）是一種自動(dòng)機(jī)，用于描述一個(gè)確定性有限狀態(tài)的自動(dòng)機(jī)。它具有簡單、易于理解的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)中的編譯器、自然語言處理、圖形處理和電路設(shè)計(jì)等方面。然而，DFA通常具有較大的狀態(tài)數(shù)，這使得優(yōu)化DFA的狀態(tài)數(shù)成為重要的問題。對于上述兩個(gè)領(lǐng)域，如何加速其算法的執(zhí)行速度，提高其效率，將對計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中相關(guān)的各種應(yīng)用帶來重大的影響，本課題就是由此而來。1.2研究意義本課題旨在探索利用并行算法加速旋轉(zhuǎn)二叉樹和化簡DFA過程的實(shí)現(xiàn)方案，并完整實(shí)現(xiàn)該方案，以便對該方案的效率和質(zhì)量進(jìn)行測試，總體的研究意義包括：（1）研究高效的旋轉(zhuǎn)二叉樹的算法方案，為其應(yīng)用于各種應(yīng)用場景中帶來更高的效率和更好的效果。（2）研究DNF算法的平行化方案，為DNF化簡中產(chǎn)生的大量狀態(tài)的計(jì)算提供快速解決方案，提高DFA的效率。（3）提高并發(fā)編程和算法設(shè)計(jì)的能力，探索并行算法在各種應(yīng)用場景中的應(yīng)用。二、研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)2.1研究內(nèi)容本課題主要研究以下兩個(gè)內(nèi)容：（1）二叉樹的旋轉(zhuǎn)算法的并行化實(shí)現(xiàn)。（2）DFA的化簡過程的并行算法。2.2關(guān)鍵技術(shù)（1）并行算法設(shè)計(jì)：探究并行并不是簡單的將串行算法分配給不同的處理器執(zhí)行，而是要對算法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以更好地發(fā)揮并行處理器的性能優(yōu)勢。（2）線程池調(diào)度：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的線程池調(diào)度算法，以達(dá)到最大的計(jì)算利用率。（3）多線程通信：考慮如何高效地利用多線程通訊機(jī)制對任務(wù)之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行處理。三、預(yù)期成果和工作計(jì)劃3.1預(yù)期成果（1）實(shí)現(xiàn)基于OpenMP和MPI的二叉樹旋轉(zhuǎn)算法并行化實(shí)現(xiàn)（2）實(shí)現(xiàn)基于OpenMP和MPI的DFA化簡算法并行化實(shí)現(xiàn)（3）對實(shí)現(xiàn)的算法進(jìn)行測試分析，得出并行算法在效率與質(zhì)量上的提升程度。3.2工作計(jì)劃（1）研究和分析旋轉(zhuǎn)二叉樹算法和DFA化簡算法的原理和實(shí)現(xiàn)方法（1～2周）。（2）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)二叉樹算法的并行化實(shí)現(xiàn)(2～3周)。（3）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)DFA化簡算法的并行化實(shí)現(xiàn)(3～4周)。（4）對實(shí)現(xiàn)的算法進(jìn)行性能測試和分析，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析撰寫(4～5周)。（5）完成并調(diào)整所有實(shí)驗(yàn)文檔和代碼(5～6周)。四、研究團(tuán)隊(duì)和條件保障本課題組由2名研究人員組成，其中導(dǎo)師是擁有并行算法與多核程序設(shè)計(jì)方面的研究經(jīng)驗(yàn)的教授，在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的合作與研究經(jīng)驗(yàn)。課題組將利用國內(nèi)外公開的相關(guān)文獻(xiàn)和資源，選擇合適的工具，使用實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)設(shè)的計(jì)算資源平臺完成算法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，課題組還將充分配合實(shí)驗(yàn)室提供的各種資源，包括硬件設(shè)備設(shè)施和實(shí)驗(yàn)環(huán)境支持等，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理的有效性。五、研究進(jìn)度計(jì)劃具體研究進(jìn)度如下表所示：|階段|時(shí)間范圍|任務(wù)||:-----------|:-------:|:--------------------------------:||階段1|第1周～第2周|撰寫開題報(bào)告||階段2|第3周～第4周|調(diào)研旋轉(zhuǎn)二叉樹算法和DFA化簡算法||階段3|第4周～第6周|實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)二叉樹算法的并行化和驗(yàn)證||階段4|第6周～第8周|實(shí)現(xiàn)DFA化簡算法的并行化和驗(yàn)證||階段5|第8周～第9周|進(jìn)行性能測試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析||階段6|