基于CUDA并行平台的核膜系统设计与实现

发布时间：2017-07-30 01:23

  本文关键词：基于CUDA并行平台的核膜系统设计与实现

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【摘要】：作为自然计算的一个新分支,膜计算旨在从细胞结构、功能及细胞群的协作方式中抽象出计算模型。到目前为止,各具特点的膜系统变种已相继提出,这在丰富膜计算的同时也导致其在描述和验证上的困难。为了解决这个问题,2013年英国谢菲尔德大学教授Marian Gheorghe提出了核膜系统,旨在将各类膜系统特性统一到相同框架下,并为其提供通用的描述形式。由于核膜系统实现方法的研究刚起步,还没有在并行平台上的实现方案；因此,在并行平台上实现核膜系统求解NP难问题就显得具有特别重要的意义。基于以上原因,本文选题为基于CUDA并行平台的核膜系统设计与实现,将以核膜系统为基础,给出核膜系统求解NP难问题的通用方法,并在CUDA平台下仿真实现,旨在为并行实现核膜系统提供一定技术支持。 本文主要工作和研究成果可概括如下： 1、根据核膜系统特点,采用空间换时间的思想,对核膜系统中字母表、对象集、规则集、膜结构进行设计,提出使用核膜系统求解NP难问题的方法。 2、针对使用串行平台实现核膜系统耗时较长的不利因素,提出使用CUDA并行平台实现核膜系统的方法。该方法采用规则执行单元对应线程、膜对应线程块的方式,将核膜系统格局的更新转换为CUDA平台中线程事务的运行,充分发挥图形处理器高性能优势,实现对核膜系统的并行仿真。 3、以子集和问题与可满足性问题为实例,阐述使用核膜系统求解NP难问题的基本设置和运行过程,并通过CUDA并行平台仿真实现。最终通过实验验证了核膜系统求解NP难问题的可行性；且实验结果亦表明使用CUDA并行平台最高比CPU快26倍。
【关键词】：膜计算 核膜系统计算模型 NP难问题 CUDA
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP338.6
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 引言11
• 1.2 课题提出及意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 论文主要工作14
• 1.5 论文结构安排14-15
• 第2章 核膜系统求解NP难问题方法15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 核膜系统15-19
• 2.2.1 核膜系统概述15
• 2.2.2 核膜系统语法与语义15-19
• 2.3 NP难问题核膜系统求解方法19-22
• 2.3.1 总体思路19
• 2.3.2 语法19-21
• 2.3.3 语义21-22
• 2.4 小结22-23
• 第3章 核膜系统CUDA并行平台实现方案23-40
• 3.1 引言23
• 3.2 CUDA并行平台介绍23-28
• 3.2.1 CUDA硬件基础23-24
• 3.2.2 CUDA编程模型24-28
• 3.3 核膜系统实现方案28-35
• 3.3.1 总体思路28-29
• 3.3.2 核膜系统语法实现29-30
• 3.3.3 核膜系统语义实现30-35
• 3.4 实验与结果分析35-39
• 3.4.1 实验环境35-36
• 3.4.2 实验结果与分析36-39
• 3.5 小结39-40
• 第4章 子集和问题与可满足性问题实例40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 子集和问题40-45
• 4.2.1 子集和问题简介40
• 4.2.2 子集和问题核膜系统求解40-42
• 4.2.3 子集和问题活性膜系统求解42-43
• 4.2.4 对比分析43-44
• 4.2.5 实验与结果分析44-45
• 4.3 可满足性问题45-51
• 4.3.1 可满足性问题简介45
• 4.3.2 可满足性问题核膜系统求解45-48
• 4.3.3 可满足性问题活性膜系统求解48-49
• 4.3.4 对比分析49
• 4.3.5 实验与结果分析49-51
• 4.4 小结51-52
• 总结与展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张葛祥;潘林强;;自然计算的新分支——膜计算[J];计算机学报;2010年02期

2 黄晗;金光大;杨彬;郑晓龙;;基于CUDA并行平台实现核膜系统求解可满足性问题的研究[J];云南民族大学学报(自然科学版);2013年06期

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本文编号：591970