Dersin Adı Paralel Algoritmalar İTÜ LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM) Course Name Parallel Algorithms Kodu (Code) BLG 608 Lisansüstü Program (Graduate Program) Dersin Türü (Course Type) Dersin İçeriği (Course Description) 30-60 kelime arası Dersin Amacı (Course Objectives) Yarıyılı (Semester) Bahar (Spring) Kredisi (Local Credits) AKTS Kredisi (ECTS Credits) Ders Seviyesi (Course Level) 3 7.5 Doktora (Ph.D.) Bilgisayar Mühendiliği (Computer Engineering) Seçmeli (Elective) Dersin Dili (Course Language) Türkçe (Turkish) Paralel hesaplama modelleri:paylaşılan bellek uzayı, mesaj aktarımlı mimariler, PRAM modeli. Paralel algoritmalar için karmaşıklık hesabı ve başarım analizi, yürütme zamanı, alt ve üst sınır, hızlanma, maliyet ve etkinlik. Temel yardımcı algoritmalar: broadcast, multicast, prefix. Başlıca problem sınıflarına yönelik paralel algoritmalar: seçme, sıralama, kaynaştırma, arama, matris ve graf algoritmaları. Parallel computation models: shared memory space, message passing architectures, PRAM model. Complexity and performance analysis of parallel algorithms, running time, upper and lower bounds, speedup, cost and efficiency. Complementary algorithms: broadcast, multicast, prefix. Parallel algortihms for specific problem classes: selection, sort, merge, search, matrix operations and graph algorithms. Paylaşılan bellek ve mesaj aktarımlı modeller için paralel algoritma geliştirme tekniklerini öğrenmek. Başlıca problem sınıflarına yönelik paralel algoritmaları öğrenmek. Paralel algoritmaların karmaşıklık ve başarım modellerini öğrenmek. Maddeler halinde 2-5 adet To learn parallel algorithms development techniques for shared memory and message passing models. To study the main classes of parallel algorithms. To study the complexity and performance models for parallel algorithms. Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) Maddeler halinde 4-9 adet 1. PRAM ve mesaj aktarımlı mimarilerine ilişkin modelleri tanımlama ve analizi. 2. Belirli bir problem için geliştirilen farklı paralel algoritmların maliyet, hızlanma ve etkinlik değerlendirmesini yapabilme. 3. Sıralama, seçme, arama, matris işlemleri, graf tabanlı problemler, vs. gibi belirli problem sınıflarına ait paralel algoritmaların yapılarını ve çalışma prensiplerini anlama. 4. Paralel algoritma geliştirme tekniklerini uygulayarak, önceden incelenmemiş problemler için yeni paralel algoritmalar geliştirebilme. 1. Define and analyze models associated with the PRAM and message passing architectures. 2. Define the metrics of cost, speed-up and efficiency for various parallel algorithms designed for given problems. 3. Understand the structure and operation of parallel algorithms for certain problem classes such as selection, sort, merge, matrix operations and graph based problems. 4. Create new parallel algorithms for previously unseen problems by applying parallel algorithm design techniques.
Kaynaklar (References) En önemli 5 adedini belirtiniz Ödevler ve Projeler (Homework & Projects) [1] Akl, S. G., 1989. The Design and Analysis of Parallel Algorithms, Prentice-Hall International Editions. Bir adet dönem projesi verilecektir. A term project will be assigned. Laboratuar Uygulamaları (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Başarı Değerlendirme Sistemi Faaliyetler (Activities) Yıl İçi Sınavları Adedi* (Quantity) (Assessment Criteria) (Midterm Exams) Kısa Sınavlar (Quizzes) Ödevler (Homework) Projeler (Projects) Dönem Ödevi/Projesi (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Final Sınavı (Final Exam) *Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur. Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) 2 % 20, %25 (20 %, 25%) 1 % 15 (15 %) 1 % 40 (40 %)
DERS PLANI Hafta Konular Dersin Çıktıları 1 Paralel algoritmalara giriş, uygulama alanları 1 2 Paralel hesaplama modelleri:paylaşılan bellek uzayı, mesaj aktarımlı mimariler, PRAM modeli. 1,2 3 Paralel algoritmalar için karmaşıklık hesabı ve başarım analizi, yürütme zamanı, alt ve üst sınır, 1,2 hızlanma, maliyet ve etkinlik. 4 Temel yardımcı algoritmalar- broadcast, multicast, prefix, allsums. 2, 3, 4 5 Seçme problemi - ardışıl ve paralel çözüm algoritmaları 2, 3, 4 6 Sınıf Çalışması-Tekrar 2,3, 4 7 Kaynaştırma problemi CREW, EREW modellerinde paralel çözüm algoritmaları. 2, 3, 4 8 Sıralama problemi - CREW modelinde paralel çözüm algoritmaları 2, 3, 4 9 Sıralama problemi - EREW modelinde paralel selection sıralama algoritması 2, 3, 4 10 Arama problemi Çoklu arama, ağaç ve mesh mimarilerinde arama 2, 3, 4 11 Sınıf Çalışması-Tekrar 2,3, 4 12 Matris işlemleri 2, 3, 4 13 Paralel graf algoritmalari - 1 2, 3, 4 14 Paralel graf algoritmalari - 2 2, 3, 4 COURSE PLAN Weeks Topics Course Outcomes 1 Introduction to parallel algorithms and application areas. 1 2 Parallel computation models: shared memory space, message passing architectures, PRAM 1,2 model. 3 Complexity and performance analysis of parallel algorithms, running time, upper and lower 1,2 bounds, speedup, cost and efficiency. 4 Complementary algorithms: broadcast, multicast, prefix, allsums. 2, 3, 4 5 Selection problem: sequential and parallel solutions. 2, 3, 4 6 Class work- Review 2,3, 4 7 Merging parallel solutions for the CREW, EREW model 2, 3, 4 8 Sorting - parallel solutions for the CREW model 2, 3, 4 9 Sorting - parallel select algorithm for the EREW model 2, 3, 4 10 Searching N ary search, tree and mesh search 2, 3, 4 11 Class work- Review 2,3, 4 12 Matrix operations 2, 3, 4 13 Parallel graph algorithms - 1 2, 3, 4 14 Parallel graph algorithms - 2 2, 3, 4
Dersin Bilgisayar Mühendisliği Doktora Programıyla İlişkisi Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar) i. Yüksek lisans yeterliliklerine dayalı olarak, Bilgisayar Mühendisliği alanındaki güncel ve ileri düzeydeki bilgileri özgün düşünce ve/veya araştırma ile uzmanlık düzeyinde geliştirebilme, derinleştirebilme ve Bilgisayar Mühendisliği alanına yenilik getirecek özgün tanımlara ulaşabilme (bilgi). ii. Bilgisayar Mühendisliği alanının ilişkili olduğu disiplinlerarası etkileşimi kavrayabilme; yeni ve karmaşık fikirleri analiz, sentez ve değerlendirmede uzmanlık gerektiren bilgileri kullanarak özgün sonuçlara ulaşabilme (bilgi). iii. Bilgisayar Mühendisliği alanındaki yeni bilgileri sistematik bir yaklaşımla değerlendirebilme ve kullanabilme (beceri). iv. Bilgisayar Mühendisliği alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştirebilme ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayabilme, özgün bir konuyu araştırabilme, kavrayabilme tasarlayabilme, uyarlayabilme ve uygulayabilme (beceri). v. Yeni ve karmaşık düşüncelerin eleştirel analizini, sentezini ve değerlendirmesini yapabilme (beceri). vi. Bilgisayar Mühendisliği alanı ile ilgili çalışmalarda araştırma yöntemlerini kullanabilmede üst düzey beceriler kazanmış olma (beceri). vii. Bilgisayar Mühendisliği alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştiren ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayan özgün bir çalışmayı bağımsız olarak gerçekleştirerek alanındaki ilerlemeye katkıda bulunabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). viii. Bilgisayar Mühendisliği alanı ile ilgili en az birer adet bilimsel makaleyi ulusal ve uluslararası hakemli dergilerde yayınlayarak veya özgün bir yapıt üreterek ya da yorumlayarak alanındaki ix. bilginin sınırlarını genişletebilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). Özgün ve disiplinlerarası sorunların çözümlenmesini gerektiren ortamlarda liderlik yapabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). x. Yaratıcı ve eleştirel düşünme, sorun çözme ve karar verme gibi üst düzey zihinsel süreçleri kullanarak Bilgisayar Mühendisliği alanı ile ilgili yeni düşünce ve yöntemler geliştirebilme (Öğrenme Yetkinliği). xi. xii. xiii. xiv. xv. Sosyal ilişkileri ve bu ilişkileri yönlendiren normları eleştirel bir bakış açısıyla inceleyebilme, geliştirebilme ve gerektiğinde değiştirmeye yönelik eylemleri yönetebilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). Uluslararası platformlarda, uzman kişiler ile Bilgisayar Mühendisliği alanındaki konuların tartışılmasında özgün görüşlerini savunabilme ve Bilgisayar Mühendisliği alanındaki yetkinliğini gösteren etkili bir iletişim kurabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). Bilgisayar Mühendisliği alanındaki bilimsel, teknolojik sosyal veya kültürel ilerlemeleri tanıtarak, yaşadığı toplumun bilgi toplumu olma ve bunu sürdürebilme sürecine katkıda bulunabilme (Alana Özgü Yetkinlik). Bilgisayar Mühendisliği alanı ile ilgili karşılaşılan sorunların çözümünde stratejik karar verme süreçlerini kullanarak işlevsel etkileşim kurabilme (Alana Özgü Yetkinlik). Bilgisayar Mühendisliği alanı ile ilgili konularda karşılaşılan toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik sorunların çözümüne katkıda bulunabilme ve bu değerlerin gelişimini destekleyebilme (Alana Özgü Yetkinlik). Katkı Seviyesi 1 2 3 1: Az, 2. Kısmi, 3. Tam
Relationship between the Course and Computer Engineering Graduate (PhD) Curriculum Program Outcomes i. Developing and intensifying the current and high-level knowledge in the Computer Engineering area with the use of original thinking and/or research processes and in a specialistic level, based upon the competency in M.S. level (knowledge). ii. Grasping the inter-disciplinary interaction related to the area of Computer Engineering; reaching original results by using the specialistic knowledge in analyzing, synthesizing and evaluating new and complex ideas (knowledge). iii. The ability to evaluate and use new information in the area of Computer Engineering with a systematical approach (skill). iv. Developing a new idea, method, design and/or application which brings about innovation in the area of Computer Engineering; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment; researching, grasping, designing and applying an original subject (skill). v. The ability to critically analyze, synthesize and evaluate the new and complex ideas (skill). vi. Acquiring the most developed skills about using the research methods in studies in the related to the area of Computer Engineering (skill). vii. Contributing to the progress in the area of Computer Engineering by independently carrying out a study which uses a new idea, method, design and/or application which brings about innovation in the area; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment (Competence to work independently and take responsibility). viii. Expanding the limits of knowledge in the area of Computer Engineering by publishing at least one scientific article in an international peer reviewed journal and/or creating or interpreting an ix. original work (Competence to work independently and take responsibility). Fulfilling the leader role in the environments where solutions are sought for the original and inter-disciplinary problems (Competence to work independently and take responsibility). x. Developing new ideas and methods related to Computer Engineering by making use of high level intellectual processes such as creative and critical thinking, problem solving and decision making (Learning Competence). xi. xii. xiii. xiv. xv. Ability to see and develop social relationships and the norms directing these relationships with a critical look and the ability to direct the actions to change these when necessary (Communication and Social Competency). The ability to establish effective communication with experts in the international environments to discuss the subjects related to Computer Engineering and to defend original opinions, showing one s competency in the area of Computer Engineering (Communication and Social Competency). Contributing to the society s state and progress towards being an information society by announcing and promoting the technological, scientific and social developments in the area of Computer Engineering (Area Specific Competency). Ability to establish effective communication in solving the problems faced in the area of Computer Engineering, by using the strategic decision making processes (Area Specific Competency). Contributing to the solution of social, scientific, cultural and ethical problems related to Computer Engineering and promoting the development of these values (Area Specific Competency). Level of Contribution 1 2 3 1: Little, 2. Partial, 3. Full Düzenleyen (Prepared by) Prof. Dr. Nadia Erdoğan Tarih (Date) 8/22012 İmza (Signature)