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Parallele Algorithmen

Parallele Algorithmen von Hoßfeld,  F.
Zu den allgemeinen Einordnungen von Algorithmen ist in den letzten Jahren eine neue Klassifikation wichtig geworden: parallel versus sequentiell. Die Ursache findet sich in der nicht zuletzt durch die Entwicklungen der Halbleitertechnologie, vor allem aber durch den wachsenden Druck von Anwendungen, die höchste Rechnerleistung erfordern, erhöhten Bedeutung von Parallelprozessorarchitekturen. Das zunehmende Interesse an Parallelrechnern hat die Entwick lung von parallelen Algorithmen zur Lösung vielfältiger Problemstellungen beschleunigt. Eine Darstellung von Grundprinzipien, Entwurfsmöglichkeiten und Realisierungen paralleler Algorith men, die das Leistungspotential innovativer Rechnerarchitekturen erschließen, erscheint für die integrale Betrachtung der Thematik des "Parallel Computing" nicht nur notwendig, sondern auch - vor allem auf die deutschsprachige Fachliteratur bezogen - überfällig. Dem vorliegenden Band liegt das Skriptum -einer Spezial vorlesung gleichen Titels zugrunde, die ich im Sommersemester 1980 an der Universität Dortmund auf Einladung der Abteilung Informatik gehalten habe. Es ist nicht das Ziel, eine möglichst vollständige Sammlung der in den Zweigen dieses expansiven Forschungsgebietes bisher entwickelten parallelen Algorithmen zu liefern; vielmehr sollen mit dieser Annäherung an eine erste Gesamtdarstellung der Themati- insbesondere auch durch die Gegenüberstellung von repräsentativen sequentiellen Algorithmen - Charakteristika originärer paralleler Algorithmen aufgezeigt und ihr Bezug zu den Architektur elementen von Parallelprozessoren verdeutlicht werden. Dadurch soll auch hierzulande das Interesse an dieser immer wichtiger werdenden Fragestellung weiter gefördert und der Einstieg in die junge, über ein breites Spektrum von hauptsächlich englischsprachigen Fachzeitschriften verstreute Originalliteratur erleichtert werden; wegen der angelsächsischen Dominanz auf diesem Gebiet lassen sich dabei für die klare Begriffsbestimmung naturgemäß gewisse Anglizismen nicht vermeiden.
Aktualisiert: 2020-01-14
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Parallele Algorithmen

Parallele Algorithmen von Hoßfeld,  F.
Zu den allgemeinen Einordnungen von Algorithmen ist in den letzten Jahren eine neue Klassifikation wichtig geworden: parallel versus sequentiell. Die Ursache findet sich in der nicht zuletzt durch die Entwicklungen der Halbleitertechnologie, vor allem aber durch den wachsenden Druck von Anwendungen, die höchste Rechnerleistung erfordern, erhöhten Bedeutung von Parallelprozessorarchitekturen. Das zunehmende Interesse an Parallelrechnern hat die Entwick lung von parallelen Algorithmen zur Lösung vielfältiger Problemstellungen beschleunigt. Eine Darstellung von Grundprinzipien, Entwurfsmöglichkeiten und Realisierungen paralleler Algorith men, die das Leistungspotential innovativer Rechnerarchitekturen erschließen, erscheint für die integrale Betrachtung der Thematik des "Parallel Computing" nicht nur notwendig, sondern auch - vor allem auf die deutschsprachige Fachliteratur bezogen - überfällig. Dem vorliegenden Band liegt das Skriptum -einer Spezial vorlesung gleichen Titels zugrunde, die ich im Sommersemester 1980 an der Universität Dortmund auf Einladung der Abteilung Informatik gehalten habe. Es ist nicht das Ziel, eine möglichst vollständige Sammlung der in den Zweigen dieses expansiven Forschungsgebietes bisher entwickelten parallelen Algorithmen zu liefern; vielmehr sollen mit dieser Annäherung an eine erste Gesamtdarstellung der Themati- insbesondere auch durch die Gegenüberstellung von repräsentativen sequentiellen Algorithmen - Charakteristika originärer paralleler Algorithmen aufgezeigt und ihr Bezug zu den Architektur elementen von Parallelprozessoren verdeutlicht werden. Dadurch soll auch hierzulande das Interesse an dieser immer wichtiger werdenden Fragestellung weiter gefördert und der Einstieg in die junge, über ein breites Spektrum von hauptsächlich englischsprachigen Fachzeitschriften verstreute Originalliteratur erleichtert werden; wegen der angelsächsischen Dominanz auf diesem Gebiet lassen sich dabei für die klare Begriffsbestimmung naturgemäß gewisse Anglizismen nicht vermeiden.
Aktualisiert: 2019-10-30
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Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment

Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment von Knoch,  Tobias Aurelius
Zusammenfassung:Um Aussagen über die dreidimensionale Organisation von Chromosomen in der Interphase zu machen, wurden Monte-Carlo- und Brownsche-Dynamik-Simulationen von Chromosomenterritorien mit Hilfe eines Polymeransatzes durchgeführt. Daraus wurden Observable (verschiedene Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern, Aufenthaltswahrscheinlichkeit und Dichte) berechnet, die für die Vorhersage und Interpretation von Experimenten dienen. Damit können Modelle der chromosomalen Organisation, insbesondere das Random-Walk-Giant-Loop- (MLS) und das Multi-Loop-Subcompartment-Modell, unterschieden werden. Für die Bestimmung von Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern der Prader-Labhart-Willi/Angelmann (PLWS/A) Region wurden Experimente mit einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop (CLSM) durchgeführt. Zellkerne von Fibroblasten wurden mit schonender Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) präpariert. Über die Signal-Brightness, das Signalvolumen, die Intergrierte Fluoreszenz Intensität (IFI) und den Abstand homologer Chromosomen wurden ebenfalls Aussagen gemacht.Vergleiche zwischen Simulation und Experiment ergaben starke Hinweise für das MLS-Modell, sowie eine unterschiedliche Organisation zwischen mütterlichem und väterlichem Chromosom 15.Im Hinblick auf zukünftige komplexere Fragestellungen der Gesamtorganisation des Zellkerns stellte sich die Theorie der Fraktale für neue Analysemethoden als geeignet heraus. Die Ergebnisse der Simulationen zeigte dabei multifraktales Verhalten. Erstmals könnte damit die Fraktalität und Multifraktalität einer zellulären Organisationsstruktur gezeigt worden sein. Damit besteht nun die Möglichkeit aus der fraktalen Struktur Aussagen über Diffusionseigenschaften und andere Organisationsmerkmale im Zellkern zu treffen.Abstract:To draw conclusions about the three-dimensional organization of interphase chromosomes, Monte-Carlo and Brownian-Dynamic simulations of chromosomal territories were conducted, using a polymer model for the chromatin fiber. From the simulated configuration ensembles observables (various distance distributions between genomic markers, radial space distribution and density) were calculated and used for predictions and interpretation of experiments. It was possible to distinguish between different models of chromosomal organization, especially between the Random-Walk-Giant-Loop- (RWGL) and the Multi-Loop-Subcompartment-model.For the determination of distance distributions between genomic markers of the Prader-Labhart-Willi/Angelmann region (PLWS/A) experiments were made with a confocal Laser-Scanning-Microscope (CLSM). Cell nuclei of fibroblast cells were prepared with soft Fluorescent-in-situ-Hybridization (FISH). Conclusions can be drawn from the signal-brightness, signal-volume, Integrated Fluorescent Intensity (IFI) and the distance between homologous chromosomes.Comparisons between simulation and experiment lead to strong hints for the MLS-model, as well as different organization of maternal and paternal chromsome15.With respect to future aspects of more complex questions on the total organization of cell nuclei the theory of fractals proved very worthwhile for new methods of analysis. The results of the simulations thereby showed multi-fractal behaviour. Thus, for the first time the fractal and multi-fractal behaviour of a cellular-organization-structure was determined. Consequently possibilities exist to draw conclusions from the fractal structure for diffusion behaviour and other organizational patterns of the cell nucleus.
Aktualisiert: 2020-04-16
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Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment

Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment von Knoch,  Tobias Aurelius
Zusammenfassung:Um Aussagen über die dreidimensionale Organisation von Chromosomen in der Interphase zu machen, wurden Monte-Carlo- und Brownsche-Dynamik-Simulationen von Chromosomenterritorien mit Hilfe eines Polymeransatzes durchgeführt. Daraus wurden Observable (verschiedene Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern, Aufenthaltswahrscheinlichkeit und Dichte) berechnet, die für die Vorhersage und Interpretation von Experimenten dienen. Damit können Modelle der chromosomalen Organisation, insbesondere das Random-Walk-Giant-Loop- (MLS) und das Multi-Loop-Subcompartment-Modell, unterschieden werden. Für die Bestimmung von Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern der Prader-Labhart-Willi/Angelmann (PLWS/A) Region wurden Experimente mit einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop (CLSM) durchgeführt. Zellkerne von Fibroblasten wurden mit schonender Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) präpariert. Über die Signal-Brightness, das Signalvolumen, die Intergrierte Fluoreszenz Intensität (IFI) und den Abstand homologer Chromosomen wurden ebenfalls Aussagen gemacht.Vergleiche zwischen Simulation und Experiment ergaben starke Hinweise für das MLS-Modell, sowie eine unterschiedliche Organisation zwischen mütterlichem und väterlichem Chromosom 15.Im Hinblick auf zukünftige komplexere Fragestellungen der Gesamtorganisation des Zellkerns stellte sich die Theorie der Fraktale für neue Analysemethoden als geeignet heraus. Die Ergebnisse der Simulationen zeigte dabei multifraktales Verhalten. Erstmals könnte damit die Fraktalität und Multifraktalität einer zellulären Organisationsstruktur gezeigt worden sein. Damit besteht nun die Möglichkeit aus der fraktalen Struktur Aussagen über Diffusionseigenschaften und andere Organisationsmerkmale im Zellkern zu treffen. Abstract:To draw conclusions about the three-dimensional organization of interphase chromosomes, Monte-Carlo and Brownian-Dynamic simulations of chromosomal territories were conducted, using a polymer model for the chromatin fiber. From the simulated configuration ensembles observables (various distance distributions between genomic markers, radial space distribution and density) were calculated and used for predictions and interpretation of experiments. It was possible to distinguish between different models of chromosomal organization, especially between the Random-Walk-Giant-Loop- (RWGL) and the Multi-Loop-Subcompartment-model.For the determination of distance distributions between genomic markers of the Prader-Labhart-Willi/Angelmann region (PLWS/A) experiments were made with a confocal Laser-Scanning-Microscope (CLSM). Cell nuclei of fibroblast cells were prepared with soft Fluorescent-in-situ-Hybridization (FISH). Conclusions can be drawn from the signal-brightness, signal-volume, Integrated Fluorescent Intensity (IFI) and the distance between homologous chromosomes.Comparisons between simulation and experiment lead to strong hints for the MLS-model, as well as different organization of maternal and paternal chromsome15.With respect to future aspects of more complex questions on the total organization of cell nuclei the theory of fractals proved very worthwhile for new methods of analysis. The results of the simulations thereby showed multi-fractal behaviour. Thus, for the first time the fractal and multi-fractal behaviour of a cellular-organization-structure was determined. Consequently possibilities exist to draw conclusions from the fractal structure for diffusion behaviour and other organizational patterns of the cell nucleus.
Aktualisiert: 2020-04-16
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Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment

Dreidimensionale Organisation von Chromosomen-Domänen in Simulation und Experiment von Knoch,  Tobias Aurelius
Zusammenfassung: Um Aussagen über die dreidimensionale Organisation von Chromosomen in der Interphase zu machen, wurden Monte-Carlo- und Brownsche-Dynamik-Simulationen von Chromosomenterritorien mit Hilfe eines Polymeransatzes durchgeführt. Daraus wurden Observable (verschiedene Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern, Aufenthaltswahrscheinlichkeit und Dichte) berechnet, die für die Vorhersage und Interpretation von Experimenten dienen. Damit können Modelle der chromosomalen Organisation, insbesondere das Random-Walk-Giant-Loop- (MLS) und das Multi-Loop-Subcompartment-Modell, unterschieden werden. Für die Bestimmung von Abstandsverteilungen zwischen genomischen Markern der Prader-Labhart-Willi/Angelmann (PLWS/A) Region wurden Experimente mit einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop (CLSM) durchgeführt. Zellkerne von Fibroblasten wurden mit schonender Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) präpariert. Über die Signal-Brightness, das Signalvolumen, die Intergrierte Fluoreszenz Intensität (IFI) und den Abstand homologer Chromosomen wurden ebenfalls Aussagen gemacht.Vergleiche zwischen Simulation und Experiment ergaben starke Hinweise für das MLS-Modell, sowie eine unterschiedliche Organisation zwischen mütterlichem und väterlichem Chromosom 15.Im Hinblick auf zukünftige komplexere Fragestellungen der Gesamtorganisation des Zellkerns stellte sich die Theorie der Fraktale für neue Analysemethoden als geeignet heraus. Die Ergebnisse der Simulationen zeigte dabei multifraktales Verhalten. Erstmals könnte damit die Fraktalität und Multifraktalität einer zellulären Organisationsstruktur gezeigt worden sein. Damit besteht nun die Möglichkeit aus der fraktalen Struktur Aussagen über Diffusionseigenschaften und andere Organisationsmerkmale im Zellkern zu treffen. Abstract: To draw conclusions about the three-dimensional organization of interphase chromosomes, Monte-Carlo and Brownian-Dynamic simulations of chromosomal territories were conducted, using a polymer model for the chromatin fiber. From the simulated configuration ensembles observables (various distance distributions between genomic markers, radial space distribution and density) were calculated and used for predictions and interpretation of experiments. It was possible to distinguish between different models of chromosomal organization, especially between the Random-Walk-Giant-Loop- (RWGL) and the Multi-Loop-Subcompartment-model.For the determination of distance distributions between genomic markers of the Prader-Labhart-Willi/Angelmann region (PLWS/A) experiments were made with a confocal Laser-Scanning-Microscope (CLSM). Cell nuclei of fibroblast cells were prepared with soft Fluorescent-in-situ-Hybridization (FISH). Conclusions can be drawn from the signal-brightness, signal-volume, Integrated Fluorescent Intensity (IFI) and the distance between homologous chromosomes.Comparisons between simulation and experiment lead to strong hints for the MLS-model, as well as different organization of maternal and paternal chromsome15.With respect to future aspects of more complex questions on the total organization of cell nuclei the theory of fractals proved very worthwhile for new methods of analysis. The results of the simulations thereby showed multi-fractal behaviour. Thus, for the first time the fractal and multi-fractal behaviour of a cellular-organization-structure was determined. Consequently possibilities exist to draw conclusions from the fractal structure for diffusion behaviour and other organizational patterns of the cell nucleus.
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