《并行程序设计作业》作业设计
一、作业背景
并行程序设计是计算机科学中一个重要的研究方向，它旨在提高计算机程序的执行效率，解决大规模计算问题。随着计算机硬件的发展，多核处理器已成为主流，掌握并行程序设计技术对于提高程序性能具有重要意义。本作业旨在让学生通过实践，加深对并行程序设计原理和方法的理解，提高并行编程能力。
二、作业目标
理解并行程序设计的基本概念、原理和方法。
掌握并行编程的基本技能，包括线程创建、同步、互斥等。
学会使用常见的并行编程库，如OpenMP、MPI等。
培养分析问题、设计并行算法的能力。
三、作业内容
作业一：并行矩阵乘法
（1）问题描述
编写一个并行程序，实现矩阵乘法的并行计算。给定两个矩阵A和B，要求计算它们的乘积C。
（2）作业要求
使用OpenMP实现矩阵乘法的并行计算。
分析程序的性能，给出加速比和效率。
分析并行计算过程中的负载均衡问题。
作业二：并行快速排序
（1）问题描述
编写一个并行程序，实现快速排序算法的并行计算。给定一个整数数组，要求对其进行快速排序。
（2）作业要求
使用OpenMP实现快速排序的并行计算。
分析程序的性能，给出加速比和效率。
分析并行计算过程中的负载均衡问题。
作业三：并行求解线性方程组
（1）问题描述
编写一个并行程序，求解线性方程组。给定一个线性方程组，要求计算其解。
（2）作业要求
使用MPI实现线性方程组的并行求解。
分析程序的性能，给出加速比和效率。
分析并行计算过程中的通信开销。
作业四：并行计算π值
（1）问题描述
编写一个并行程序，计算π的值。使用蒙特卡洛方法，通过随机抽样来估算π的值。
（2）作业要求
使用OpenMP实现π值的并行计算。
分析程序的性能，给出加速比和效率。
分析并行计算过程中的负载均衡问题。
作业五：并行图像处理
（1）问题描述
编写一个并行程序，实现图像处理的并行计算。给定一张灰度图像，要求对其进行边缘检测。
（2）作业要求
使用OpenMP实现图像处理的并行计算。
分析程序的性能，给出加速比和效率。
分析并行计算过程中的负载均衡问题。
四、作业提交要求
提交源代码文件，包括所有并行程序。
提交实验报告，包括以下内容：
作业概述：简要介绍作业内容和目标。
程序设计：详细描述程序的设计思路和实现方法。
性能分析：给出程序的性能数据，包括加速比、效率等。
问题分析：分析程序中遇到的问题及解决方案。
总结与展望：总结本次作业的收获，对未来并行程序设计的展望。
五、作业评价标准
程序正确性：程序能够正确实现功能，满足作业要求。
性能表现：程序具有较高的加速比和效率。
代码质量：代码结构清晰，注释完整，易于理解。
实验报告：报告内容完整，分析深入，具有参考价值。
六、作业时间安排
作业发布时间：2021年9月1日
作业提交时间：2021年9月30日
七、作业辅导
辅导时间：每周三下午2:00-4:00
辅导地点：计算机实验室
辅导内容：解答学生在作业过程中遇到的问题，提供技术支持。
通过本次作业，希望同学们能够掌握并行程序设计的基本原理和方法，提高并行编程能力，为今后的科研和工作打下坚实基础。祝大家顺利完成作业！