Question

（02年北京卷）（12分）

在研究并行計算的基本算法時，有以下簡單模型問題：

用計算機求n個不同的數(shù)的和.計算開始前，n個數(shù)存貯在n臺由網(wǎng)絡連接的計算機中，每臺機器存一個數(shù)，計算開始后，在一個單位時間內(nèi)，每臺機器至多到一臺其他機器中讀數(shù)據(jù)，并與自己原有數(shù)據(jù)相加得到新的數(shù)據(jù)，各臺機器可同時完成上述工作.

為了用盡可能少的單位時間，使各臺機器都得到這n個數(shù)的和，需要設計一種讀和加的方法.比如n=2時，一個單位時間即可完成計算，方法可用下表表示：

機器號	初始時	第一單位時間		第二單位時間		第三單位時間
		被讀機號	結(jié)  果	被讀機號	結(jié)  果	被讀機號	結(jié)  果
1	v1	2	v1+ v2
2	v2	1	v2+v1

（Ⅰ）當n=4時，至少需要多少個單位時間可完成計算？

把你設計的方法填入下表

機器號	初始時	第一單位時間		第二單位時間		第三單位時間
		被讀機號	結(jié)  果	被讀機號	結(jié)  果	被讀機號	結(jié)  果
1	v1
2	v2
3	v3
4	v4

（Ⅱ）當n=128時，要使所有機器都得到，至少需要多少個單位時間可完成計算？（結(jié)論不要求證明）

Answer 1

解析：（Ⅰ）解：當n=4時，只用2個單位時間即可完成計算.

方法之一如下：

機器號	初始時	第一單位時間		第二單位時間		第三單位時間
		被讀機號	結(jié) 果	被讀機號	結(jié)  果	被讀機號	結(jié)  果
1	v1	2	v1+ v2	3	v1+ v2+ v3+ v4
2	v2	1	v2+v1	4	v2+ v1+ v4+ v3
3	v3	4	v3+ v4	1	v3+ v4+ v1+ v2
4	v4	3	v4+ v3	2	v4+ v3+ v2+ v1

   （Ⅱ）解：當n=128=2⁷時，至少需要7個單位時間才能完成計算.