●前言
第1章 Petri網並行化的研究背景 1
1.1 Petri網的研究現狀 1
1.2 Petri網並行化理論與關鍵技術問題 5
1.3 基於多核機群的功能並行算法 5
1.4 Petri網的並行計算 6
1.5 基於多核機群的Petri網並行算法的研究思路 8
參考文獻 11
第2章 MPI+OpenMP+STM並行編程模型 17
2.1 並行計算機的分類 17
2.1.1 按指令流和數據流分類 17
2.1.2 按數據的存儲方式分類 18
2.2 並行計算模型 20
2.2.1 並行計算模型的要素 20
2.2.2 共享存儲並行計算模型 20
2.2.3 分布式存儲並行計算模型 21
2.2.4 存儲層次並行計算模型 22
2.3 並行程序設計 23
2.3.1 並行編程模型 23
2.3.2 共享變量編程模型 24
2.3.3 消息傳遞編程模型 27
2.3.4 多線程編程和多進程編程 28
2.4 多核機群的並行計算 29
2.4.1 MPI+OpenMP混合編程模式 29
2.4.2 MPI+OpenMP+STM三級混合編程模式 31
2.4.3 MPI+OpenMP+STM並行算法 34
2.5 基於多核PC的人工蜂群並行算法 35
2.5.1 ABC算法 36
2.5.2 改進的ABC算法 36
2.5.3 並行算法的分析與設計 38
2.5.4 實驗結果與分析 40
2.6 基於多核機群的人工魚群並行算法 44
2.6.1 相關工作 44
2.6.2 基於動態權衡與小生境技術的串行式AFSA 46
2.6.3 基於MPI+OpenMP的人工魚群並行算法實現 47
2.6.4 實驗結果與分析 50
2.7 基於多核機群的混合群智能並行算法 54
2.7.1 相關工作 55
2.7.2 混合群智能兩階段處理方法 59
2.7.3 MPI+OpenMP+STM並行模型 60
2.7.4 混合群智能並行算法 63
2.7.5 實驗環境及參數設置 64
2.7.6 實驗結果與分析 65
參考文獻 68
第3章 Petri網繫統的數學模型 74
3.1 Petri網的基本概念 74
3.2 Petri網繫統分析方法 79
3.3 Petri網的圖形結構模型 82
3.4 Petri網的代數模型 85
參考文獻 88
第4章 Petri網繫統並行化預處理 89
4.1 Petri網的選擇 89
4.1.1 高級Petri網與P/T網的特點 90
4.1.2 高級Petri網與P/T網的內在機理 90
4.2 結構模型的轉化方法 90
4.3 代數模型的並行化預處理方法 92
4.3.1 轉換過程與驗證 92
4.3.2 P/T網與顏色Petri網的形式化表示 94
4.3.3 顏色Petri網關聯矩陣分析 95
4.3.4 顏色Petri網並行化預處理自動轉換算法 96
4.3.5 顏色Petri網轉換成P/T網的算法 96
4.4 實驗結果與分析 97
4.5 謂詞/變遷網轉換成P/T網的方法 98
參考文獻 100
第5章 P-不變量求解算法與T-圖子網劃分方法 102
5.1 P-不變量求解 102
5.1.1 Petri網的形式化過程 102
5.1.2 P-不變量的求解過程 102
5.1.3 P-不變量及其支集的求解算法 105
5.1.4 實驗結果與分析 106
5.2 T-圖的求解方法 107
5.2.1 T-圖的定義 107
5.2.2 T-圖的求解算法 110
5.2.3 算法的形式化 111
5.2.4 T-圖劃分的應用示例 112
5.2.5 實驗結果與分析 113
參考文獻 113
第6章 Petri網繫統並行化子網劃分理論 115
6.1 Petri網並行化子網劃分方法比較 115
6.1.1 基於P-不變量的子網劃分條件 115
6.1.2 兩種劃分方法的分析與評價 117
6.2 Petri網並行進程劃分的判定定理 118
6.3 Petri網並行化進程劃分的完備性理論 120
6.3.1 子網庫所標識全為零的情況 120
6.3.2 子網間存在共享庫所的情況 122
6.3.3 無法劃分為並行子網的情況 124
6.3.4 子網劃分的完備性定理 126
6.4 Petri網並行化子網劃分算法 126
6.5 Petri網並行化子網劃分算法的應用 127
6.5.1 ATM存取款繫統轉換成P/T網模型 127
6.5.2 各種高級Petri網模型子網劃分實例 128
6.5.3 實驗結果與分析 128
6.6 Petri網的並行性分析 132
6.6.1 Petri網子網內部的並行性分析 132
6.6.2 Petri網子網之間的並行性分析 133
6.7 消息傳遞平臺的Petri網繫統並行算法 133
6.8 Petri網繫統並行算法的驗證 134
參考文獻 135
第7章 多核機群的Petri網並行模型及其算法 136
7.1 Petri網的並行模型 136
7.1.1 引言 136
7.1.2 Petri網並行幾何模型 137
7.1.3 Petri網並行代數模型 139
7.2 基於多核PC的Petri網並行算法 140
7.2.1 基於多核PC的多線程編程模式 140
7.2.2 基於多核PC的多線程Petri網並行算法 141
7.2.3 應用示例與順序程序 141
7.2.4 基於多核PC的Petri網並行算法流程分析 144
7.2.5 基於多核PC的Petri網並行算法偽代碼 145
7.2.6 並行算法與實例驗證 147
7.3 基於多核機群的Petri網並行模型 148
7.4 多核機群的Petri網並行算法 150
7.4.1 多核機群的Petri網並行子網劃分算法 151
7.4.2 基於多核機群的Petri網並行算法 151
7.4.3 實例分析 153
7.4.4 實驗環境 160
7.4.5 串行實驗結果 161
7.4.6 MPI實驗結果 162
7.4.7 OpenMP實驗結果 163
7.4.8 MPI+OpenMP+STM實驗結果 164
7.4.9 實驗結果與分析 165
參考文獻 166
第8章 工作流Petri網繫統的並行算法 169
8.1 國內外研究現狀及發展趨勢 169
8.1.1 引言 169
8.1.2 國外研究現狀 170
8.1.3 國內研究現狀 170
8.1.4 存在的不足 171
8.2 工作流概述 171
8.3 工作流模型與Petri網的映射關繫 172
8.4 基於Petri網的工作流模型建模 173
8.5 工作流基本模式的Petri網模型及其並行性分析 173
8.5.1 工作流基本模式的Petri網模型 173
8.5.2 工作流Petri網並行模型 178
8.6 基於多核PC的工作流並行算法 180
8.7 算法應用與實驗分析 181
8.7.1 工作流實例 181
8.7.2 實例的Petri網建模 183
8.7.3 繫統的性能分析結果 185
8.7.4 實例的求解過程 185
8.7.5 基於多核PC的工作流並行算法的實驗結果與分析 191
參考文獻 196
第9章 基於Petri網的變數交通網絡建模及其最短路徑加權S-圖算法 199
9.1 變數交通及最短路徑研究現狀 199
9.1.1 研究意義 199
9.1.2 國外研究現狀 200
9.1.3 國內研究現狀 201
9.1.4 最短路徑問題及其應用 201
9.2 靜態交通網絡建模及其最短路徑算法 202
9.2.1 引言 202
9.2.2 S-圖的定義 203
9.2.3 靜態交通網絡的抽像與建模 203
9.2.4 基於加權S-圖的最短路徑算法 205
9.2.5 改進的加權S-圖算法 209
9.3 變數交通網絡建模及其最短路徑算法 212
9.3.1 引言 212
9.3.2 變數交通網絡的抽像與建模 213
9.3.3 基於Petri網的變數交通網絡最短路徑算法 215
9.3.4 變數交通網絡最短路徑算法實現 220
9.3.5 靜態與動態實驗的比較分析 221
參考文獻 222
第10章 Petri網並行算法的應用 224
10.1 滿秩Petri網可達性判定算法 224
10.1.1 滿秩Petri網 224
10.1.2 滿秩Petri網可達性判定算法設計 225
10.1.3 VC++驗算 227
10.1.4 討論 229
10.2 Petri網共享合成及其在並行繫統中的應用 230
10.2.1 Petri網共享合成運算的概念 230
10.2.2 共享合成運算的推廣 232
10.2.3 共享合成運算構建MPI並行程序Petri網模型算法 235
10.2.4 應用實例 236
10.3 無約束很優化問題的BFGS並行算法設計與分析 239
10.3.1 無約束很優化問題的定義及BFGS算法 240
10.3.2 BFGS算法並行處理 242
10.3.3 數值實驗 247
10.4 無約束很優化問題的BFGS松弛異步並行算法 248
10.4.1 無序松弛異步迭代 248
10.4.2 無約束很優化問題松弛異步並行算法 249
10.4.3 實驗結果與分析 252
10.5 基於GEP的多數據流分類並行算法 253
10.5.1 按時序劃分的模型 253
10.5.2 按數據屬性劃分的模型 254
10.5.3 GEP概述 254
10.5.4 GEP的算法流程 257
10.5.5 一種MSA-GEP分類並行算法的實現 258
10.5.6 GEP的分類原理 259
10.5.7 引入粒度分析的屬性合並 260
10.5.8 MSA-GEP串行算法 262
10.5.9 GEP的並行結構選取 262
10.5.1 0MSA-GEP並行算法 263
10.5.1 1實驗結果與分析 265
10.6 基於GEP的多數據流壓縮並行算法 267
10.6.1 GEP的函數發現原理 268
10.6.2 引入兩種協調機制 269
10.6.3 串行FR-GEP算法 271
10.6.4 並行FR-GEP算法 271
10.6.5 實驗結果與分析 273
10.7 基於MSA-GEP與PFR-GEP的多數據流分類壓縮 275
10.7.1 基於GEP的分類壓縮過程設計 276
10.7.2 基於GEP的分類壓縮並行算法實現 278
10.7.3 RSS-GEP串行算法的步驟 282
10.7.4 RSS-GEP分類壓縮並行算法 283
10.7.5 實驗結果與分析 285
參考文獻 288
附錄A 基於多核PC的Petri網並行算法的自動物料處理仿真繫統部分代碼 291
附錄B 基於多核機群三級並行模型的Petri網自動物料並行處理仿真繫統部分代碼 294

Petri網是復雜繫統運行過程中並發、互斥、同步最直接、自然和準確的表示，已成為描述物理世界的異步並發現像並揭示其可計算規律的重要理論和模型。由於Petri網繫統具有並發、同步的特點，同時存在狀態空間爆炸的問題，要借助Petri網模擬復雜繫統的並行運行或動畫演示，以實現對Petri網繫統行為與功能的分析與驗證，成為人們亟須解決的問題。以並行計算和Petri網繫統並行化為核心的Petri網繫統並行算法成為模擬復雜繫統的並行運行和繫統驗證的研究熱點，受到許多學科領域的關注。本書全面繫統地介紹Petri網並行化的基本理論和方法，重點介紹Petri網並行化劃分理論和並行算法、Petri網的研究現狀和國內外的新發展。本書可供分布式並行計算、Petri網、繫統工程、柔性制造、很優化問題、演化計算、數據挖掘、工作流、交通網絡、高性能計算等專業領域的研究人員閱讀，也可供研究生及高年級本科生參考。