大学计算机基础实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电

作者:冯博琴

出品人:

页数:128

译者:

出版时间:2006-10

价格:13.00元

装帧:

isbn号码:9787115149633

丛书系列:

图书标签:

• 计算机基础
• 大学教材
• 实验指导
• 高等教育
• 计算机科学
• 信息技术
• 实践教学
• 编程入门
• 数据结构
• 算法基础

好的，这是一份针对《大学计算机基础实验指导》之外的其他主题的图书简介，重点突出不同领域的深度和广度，力求详实、专业，避免任何模板化痕迹。 --- 《前沿计算科学：并行处理与量子模拟的理论基石》 图书概述 本书并非聚焦于面向初学者的基础操作和软件应用，而是深入探讨现代计算科学中两个最为关键且极具挑战性的领域：大规模并行计算架构与量子信息处理的理论基础。它旨在为高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供一个坚实的理论跳板，用以理解和驾驭未来十年的高性能计算（HPC）前沿。全书结构严谨，逻辑递进，从底层硬件原理剖析至高层算法设计，辅以严谨的数学推导和案例分析。 第一部分：现代并行计算架构的深度解析 本部分彻底脱离了单机操作系统的基础概念，将焦点置于多核、众核及异构计算环境的底层设计与优化。 第一章：超算架构的演进与拓扑结构 本章首先回顾了冯·诺依曼架构的局限性，并详细剖析了现代超级计算机集群的物理实现。重点讨论了非一致性内存访问（NUMA）结构的内存层次设计，以及这对程序性能的决定性影响。我们深入探讨了互连网络的拓扑学，包括Hypercube、Mesh和Fat-Tree网络，分析了不同拓扑结构在通信延迟和带宽上的权衡，特别是针对收敛性（Convergence）和可扩展性（Scalability）的数学模型。 第二章：并行编程模型与同步机制的量化分析 本章侧重于主流并行编程模型的理论基础和性能瓶颈分析。我们不仅介绍OpenMP和MPI（Message Passing Interface）的语法应用，更重要的是对其背后的通信开销模型进行了深入探讨。 MPI 深入：分析了集合通信操作（如`Allreduce`, `Gather`）在不同网络条件下的延迟和带宽消耗的理论边界。引入了“气泡时间”（Bubble Time）模型来量化同步等待的成本。 CUDA/OpenCL 异构计算：详细解析了GPU的SIMT（Single Instruction, Multiple Thread）执行模型，对比了共享内存、全局内存和常量内存的访问延迟差异。重点阐述了内存合并访问（Coalesced Access）的必要性，并利用微基准测试（Micro-benchmarking）来验证内存延迟对算法复杂度的实际影响。 同步与死锁分析：超越简单的锁机制，本章引入了无锁数据结构（Lock-free data structures）的设计原理，如基于CAS（Compare-and-Swap）操作的实现，并使用形式化方法分析了复杂并行代码中的潜在死锁和竞态条件。 第三章：可扩展性度量与性能调优的算法设计 如何衡量一个并行算法的好坏？本章提供了严谨的性能评估框架。我们详细定义了加速比（Speedup）、效率（Efficiency）、吞吐量（Throughput）以及阿姆达尔定律（Amdahl's Law）和古斯塔夫森定律（Gustafson's Law）的精确应用场景与局限性。 针对特定问题，如大规模线性代数求解（如共轭梯度法）和分子动力学模拟，本章将对比分析域分解（Domain Decomposition）与任务分解（Task Decomposition）策略，并演示如何根据目标硬件的通信带宽优化粒度选择。 第二部分：量子信息与计算的理论前沿 本部分将读者从经典计算的范式中抽离出来，构建对量子力学原理在信息处理中应用的理解，这需要扎实的线性代数和群论基础。 第四章：量子力学基础与量子比特的数学表征 本章假设读者已具备基础微积分和线性代数知识，直接进入量子信息的核心。 希尔伯特空间与态矢量：用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）精确描述单比特和多比特系统。详细解析了张量积在描述复合系统（如纠缠态）中的应用。 量子测量理论：深入阐述了投影公设和波函数坍缩的概率解释。引入了密度矩阵（Density Matrix）的概念，用于描述混合态和开放量子系统的演化。 量子门操作：系统地推导了泡利矩阵、Hadamard门、相位门以及CNOT门在矩阵表示下的作用。着重分析了可逆性在量子逻辑门设计中的重要性。 第五章：量子纠缠、非定域性与信息论 本章探讨了量子信息论中最引人入胜的概念。 纠缠的量化：超越简单的贝尔态（Bell States），本章引入了纠缠熵（Entanglement Entropy）和纠缠值（Entanglement of Formation）作为量化纠缠程度的指标，并探讨了其在物理系统中的测量难度。 贝尔不等式的严格推导：从数学上构建CHSH不等式，并展示了量子态如何系统性地违反经典概率论的界限，从而证明量子世界固有的非定域性（Non-locality）。 第六章：关键量子算法的复杂性分析 本章是量子计算应用的核心。我们不满足于简单地展示Shor算法和Grover算法的步骤，而是专注于其渐近复杂性的严格推导和与经典算法的对比。 Shor算法：详细分析了量子傅里叶变换（QFT）在周期寻找中的核心作用，并推导出其在多项式时间内分解大数的理论优势。 Grover搜索算法：深入解析了振幅放大（Amplitude Amplification）的过程，证明了其平方级的加速比，并讨论了其在解决NP问题子集时的潜在应用。 量子模拟的挑战：简要介绍了Trotter化方法在模拟哈密顿量演化中的应用，并探讨了当前NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）设备对算法精度的实际限制。 结论：计算范式的未来交汇点 本书的最终目标是培养读者从更深层次的物理和数学角度理解计算的本质，为未来在高性能计算、量子信息、甚至复杂系统建模等交叉学科领域的研究打下坚实的基础。全书的深度和广度均远超基础计算机入门课程的要求，是一本面向专业研究者和未来科学家的参考书。 --- 目标读者： 计算机科学、物理学、电子工程专业高年级本科生及研究生，HPC工程师，量子计算研究人员。 预备知识： 扎实的微积分、线性代数基础，对离散数学有初步了解。

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