可逆逻辑门进化设计方法及其CUDA实现

发布时间：2022-01-11 13:37

　　随着可逆电路研究的深入,出现了很多可逆电路的综合方法,但这些设计方法普遍针对整个逻辑电路进行综合优化设计,对作为其基础构件的量子逻辑门的研究甚少,而基础逻辑门的最优化将直接影响着量子逻辑电路的整体优化程度。如能对其进行自动进化,获得性能更好、逻辑功能更齐全和量子代价最小的门结构,将会对整个电路的优化设计起到不可小觑的作用。电路进化设计算法（特别是遗传算法）,以电路结构和参数为进化对象,无需依赖任何先验知识和规则即可探索广阔的设计空间,可以获得新颖的或更好的设计结果,甚至实现复杂、大规模电路的全自动设计,并且遗传算法具有并行化的特性,将其改造成并行遗传算法,可以提高其电路的求解速度。本文主要研究可逆逻辑门的进化设计方法及其CUDA实现。首先,在分析、比较的基础上,选用易于物理实现的NOT、CNOT、 Controlled-V、Controlled-V+基础门构建完备且通用的门库。其次,对可逆逻辑门建立遗传算法模型及设计方案,并用具体实例验证其方法的可行性和有效性；在此基础上,将遗传算法改造为基于CUDA平台的并行算法。最后,通过对常用可逆逻辑门的NCV并行化实现,并比较了CUDA并行化效... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 可逆逻辑综合研究现状
        1.2.2 CUDA研究现状
    1.3 本文的研究内容和论文结构
第2章 可逆逻辑电路设计基础
    2.1 可逆逻辑电路及量子逻辑门概述
        2.1.1 可逆逻辑电路
        2.1.2 量子逻辑门
    2.2 可逆逻辑电路评价指标
    2.3 可逆逻辑电路的综合和优化
        2.3.1 主要综合方法介绍
        2.3.2 优缺点对比
    2.4 本章小结
第3章 CUDA开发基础
    3.1 CUDA概述
    3.2 CUDA编程模型
        3.2.1 主机端和设备端
        3.2.2 线程层次
    3.3 CUDA存储模型
    3.4 CUDA软件体系结构
    3.5 CUDA软件开发流程
    3.6 本章小结
第4章 可逆逻辑基础门电路进化设计方法研究与实现
    4.1 引言
    4.2 遗传算法描述
    4.3 可逆逻辑基础门电路进化设计方法
        4.3.1 可逆逻辑电路的编码
        4.3.2 种群初始化
        4.3.3 选择算子
        4.3.4 交叉算子
        4.3.5 变异算子
        4.3.6 最优保存策略
        4.3.7 适应度函数设计
        4.3.8 控制参数
        4.3.9 实现流程
    4.4 设计实例与结果分析
        4.4.1 实例设计
        4.4.2 实验结果
    4.5 本章小结
第5章 可逆逻辑门进化设计方法的CUDA实现
    5.1 引言
    5.2 基于CUDA的遗传算法并行化模型
    5.3 遗传算子的并行化实现
        5.3.1 并行选择算子
        5.3.2 并行交叉算子
        5.3.3 并行变异算子
        5.3.4 最优保存策略
    5.4 基于NCV库的可逆逻辑门并行进化设计实验结果与分析
        5.4.1 实验开发平台
        5.4.2 设计实例及结果分析
    5.5 CUDA并行化效率
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
附录：部分源代码
作者在攻读硕士学位期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CUDA的并行改良随机抽样一致性算法[J]. 苗青,付忠良,赵向辉,徐可佳.  四川大学学报(工程科学版). 2010(04)
[2]基于CUDA的加速MATLAB计算研究[J]. 刘绍波,刘明贵,张国华.  计算机应用研究. 2010(06)
[3]GPU上稀疏矩阵与矢量乘积运算的一种改进[J]. 马超,韦刚,裴颂文,吴百锋.  计算机系统应用. 2010(05)
[4]基于CUDA的高速并行小波算法及其在电力系统谐波分析中的应用[J]. 韩志伟,刘志刚,鲁晓帆,周登登.  电力自动化设备. 2010(01)
[5]基于CUDA平台的遗传算法并行实现研究[J]. 谭彩凤,马安国,邢座程.  计算机工程与科学. 2009(S1)
[6]并行有限元计算的一种新途径[J]. 陈权,诸昌钤,张本才.  路基工程. 2009(03)
[7]可逆电路的符号综合方法[J]. 胡靖,马光胜,李东海,冯刚.  小型微型计算机系统. 2009(06)
[8]基于CUDA的矩阵乘法和FFT性能测试[J]. 肖江,胡柯良,邓元勇.  计算机工程. 2009(10)
[9]图形处理器CUDA编程模型的应用研究[J]. 钱悦.  计算机与数字工程. 2008(12)
[10]量子态的等价类与量子逻辑门[J]. 丁晓东,程洁,宋鹤山.  量子光学学报. 2008(02)



本文编号：3582875