فلش‌کارت‌های آموزشی بهینه‌سازی الگوریتم‌های پردازش و تحلیل تصاویر پزشکی

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره بهینه‌سازی الگوریتم‌های پردازش و تحلیل تصاویر پزشکی

موضوع کلی: برنامه نویسی

موضوع میانی: محاسبات سطح بالا (High-Performance Computing)

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر محاسبات سطح بالا (HPC)
• 2. چالش‌های پردازشی در تصویربرداری پزشکی مدرن
• 3. انواع روش‌های تصویربرداری پزشکی (سی‌تی اسکن، ام‌آرآی، پت)
• 4. ساختار و فرمت داده‌های پزشکی: استاندارد DICOM
• 5. مروری بر زبان‌های برنامه‌نویسی C++ و Python برای محاسبات علمی
• 6. مبانی الگوریتم و پیچیدگی زمانی و فضایی (Big O Notation)
• 7. ساختارهای داده کلیدی در پردازش تصویر (آرایه، ماتریس، گراف)
• 8. شناسایی گلوگاه‌های عملکردی (Performance Bottlenecks)
• 9. مفاهیم پایه معماری کامپیوتر: مدل فون نویمان
• 10. سلسله مراتب حافظه: رجیستر، کش L1/L2/L3، حافظه اصلی
• 11. قانون امدال و محدودیت‌های موازی‌سازی
• 12. طبقه‌بندی فلین: SISD, SIMD, MISD, MIMD
• 13. مفاهیم همزمانی (Concurrency) و موازی‌سازی (Parallelism)
• 14. ابزارهای پروفایل‌سنجی و تحلیل عملکرد: gprof و Valgrind
• 15. تحلیل پیشرفته عملکرد با Intel VTune و AMD uProf
• 16. اصول بهینه‌سازی کد: از الگوریتم تا پیاده‌سازی
• 17. بهینه‌سازی توسط کامپایلر: فلگ‌های بهینه‌سازی (O1, O2, O3, Ofast)
• 18. تحلیل کد اسمبلی تولید شده توسط کامپایلر
• 19. بهینه‌سازی حافظه: مفهوم محلی بودن داده (Data Locality)
• 20. تکنیک‌های افزایش محلی بودن ارجاع (Temporal and Spatial Locality)
• 21. کش فرندلی کدینگ (Cache-Friendly Coding)
• 22. تکنیک قطعه‌بندی کش (Cache Blocking/Tiling)
• 23. هم‌ترازی داده‌ها در حافظه (Data Alignment)
• 24. مقدمه‌ای بر موازی‌سازی در سطح دستورالعمل (ILP)
• 25. مقدمه‌ای بر SIMD: دستورالعمل‌های SSE و AVX
• 26. برنامه‌نویسی با توابع ذاتی (Intrinsics) برای SIMD
• 27. برداری‌سازی خودکار توسط کامپایلر (Auto-Vectorization)
• 28. مطالعه موردی: بهینه‌سازی فیلتر کانولوشن با SIMD
• 29. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی چندنخی (Multi-threading)
• 30. مدل حافظه اشتراکی و چالش‌های آن (Race Conditions, Deadlocks)
• 31. مقدمه‌ای بر OpenMP برای موازی‌سازی مبتنی بر حلقه
• 32. دستورالعمل‌های موازی‌سازی در OpenMP (Parallel, For, Sections)
• 33. مدیریت متغیرها در OpenMP (Private, Shared, Reduction)
• 34. همگام‌سازی تردها در OpenMP (Critical, Barrier, Atomic)
• 35. بهینه‌سازی بار کاری و زمان‌بندی در OpenMP (Scheduling)
• 36. معماری پردازنده‌های گرافیکی (GPU) مدرن
• 37. تفاوت معماری CPU و GPU
• 38. مقدمه‌ای بر GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing Units)
• 39. آشنایی با پلتفرم CUDA انویدیا
• 40. مدل برنامه‌نویسی CUDA: کرنل، گرید، بلاک و ترد
• 41. مدل حافظه CUDA: حافظه سراسری، اشتراکی، ثابت و محلی
• 42. اولین برنامه CUDA: جمع دو بردار
• 43. کامپایل و اجرای کدهای CUDA با nvcc
• 44. مدیریت حافظه در دستگاه GPU (cudaMalloc, cudaMemcpy, cudaFree)
• 45. مدیریت خطا در برنامه‌های CUDA
• 46. مفهوم حافظه اشتراکی (Shared Memory) و کاربرد آن
• 47. الگوهای بهینه‌سازی با حافظه اشتراکی: کاهش (Reduction)
• 48. همگام‌سازی تردها در یک بلاک (__syncthreads)
• 49. مفهوم تجمیع دسترسی به حافظه (Memory Coalescing)
• 50. بهینه‌سازی دسترسی به حافظه سراسری
• 51. استفاده از حافظه ثابت و بافتی (Constant and Texture Memory)
• 52. مقدمه‌ای بر استریم‌های CUDA برای همپوشانی محاسبات و انتقال داده
• 53. عملیات اتمی (Atomic Operations) در CUDA
• 54. موازی‌سازی پویا (Dynamic Parallelism)
• 55. مفاهیم Warp و Divergence و تأثیر آن بر عملکرد
• 56. کتابخانه‌های CUDA: cuBLAS, cuFFT, cuRAND
• 57. آشنایی با ابزارهای پروفایل‌سنجی CUDA (NVIDIA Nsight)
• 58. مقدمه‌ای بر OpenCL به عنوان یک جایگزین چندپلتفرمی
• 59. مقایسه مدل برنامه‌نویسی CUDA و OpenCL
• 60. مقدمه‌ای بر محاسبات توزیع‌شده و خوشه‌ای (Clustering)
• 61. مدل حافظه توزیع‌شده
• 62. مقدمه‌ای بر استاندارد MPI (Message Passing Interface)
• 63. ارتباطات نقطه به نقطه در MPI (Send, Recv)
• 64. ارتباطات گروهی در MPI (Broadcast, Scatter, Gather, Reduce)
• 65. انواع ارتباطات: مسدودکننده و غیرمسدودکننده (Blocking/Non-Blocking)
• 66. اجرای برنامه‌های MPI روی یک خوشه محاسباتی
• 67. مدل‌های برنامه‌نویسی ترکیبی: MPI + OpenMP
• 68. مدل‌های برنامه‌نویسی ترکیبی: MPI + CUDA
• 69. بهینه‌سازی ورودی/خروجی (I/O) برای داده‌های حجیم پزشکی
• 70. فایل سیستم‌های موازی (Parallel File Systems)
• 71. استفاده از کتابخانه‌های HDF5 و NetCDF برای I/O موازی
• 72. بهینه‌سازی الگوریتم‌های پیش‌پردازش تصویر (مانند نرمال‌سازی)
• 73. مطالعه موردی: موازی‌سازی فیلترهای تصویر (Gaussian, Median) روی GPU
• 74. مقدمه‌ای بر بخش‌بندی (Segmentation) تصاویر پزشکی
• 75. پیاده‌سازی موازی الگوریتم رشد ناحیه (Region Growing)
• 76. شتاب‌دهی الگوریتم کانتور فعال (Active Contour) با CUDA
• 77. مقدمه‌ای بر انطباق (Registration) تصاویر پزشکی
• 78. بهینه‌سازی محاسبات متریک‌های شباهت (مانند Mutual Information)
• 79. پیاده‌سازی موازی تبدیلات فضایی (Affine, Deformable)
• 80. مقدمه‌ای بر بازسازی (Reconstruction) تصاویر پزشکی
• 81. مطالعه موردی: شتاب‌دهی بازسازی تصاویر سه‌بعدی (پس‌انتشار)
• 82. پیاده‌سازی الگوریتم بازسازی توموگرافی کامپیوتری (CT) روی GPU
• 83. مقدمه‌ای بر یادگیری عمیق برای تحلیل تصاویر پزشکی
• 84. شتاب‌دهی شبکه‌های عصبی کانولوشنی (CNN) با GPU
• 85. استفاده از کتابخانه‌های cuDNN و TensorRT برای بهینه‌سازی استنتاج
• 86. آموزش توزیع‌شده مدل‌های یادگیری عمیق با Horovod
• 87. استفاده از کتابخانه‌های سطح بالا: OpenCV با پشتیبانی از CUDA
• 88. استفاده از کتابخانه‌های تخصصی: ITK و VTK در محیط HPC
• 89. اشکال‌زدایی (Debugging) کدهای موازی و توزیع‌شده
• 90. نکات و ترفندهای پیشرفته برای بهینه‌سازی الگوریتم‌ها
• 91. قابلیت حمل کد (Portability) بین پلتفرم‌های مختلف HPC
• 92. بررسی روندهای آینده: محاسبات کوانتومی و FPGA در تصویربرداری پزشکی
• 93. پروژه نهایی: بهینه‌سازی یک پایپ‌لاین کامل تحلیل تصویر پزشکی
• 94. **یادگیری عمیق و شبکه‌های عصبی کانولوشن (CNN) برای segmentation و classification تصاویر پزشکی**
• 95. **تکنیک‌های موازی‌سازی (Parallelization) و توزیع‌سازی (Distribution) الگوریتم‌ها در پردازش تصاویر پزشکی**
• 96. **بهینه‌سازی حافظه (Memory Optimization) و مدیریت داده‌های حجیم در تصویربرداری پزشکی**
• 97. **الگوریتم‌های آشکارسازی و تشخیص ویژگی (Feature Detection and Recognition) در تصاویر پزشکی**
• 98. **پردازش تصاویر پزشکی سه‌بعدی و بازسازی تصاویر (3D Image Processing and Reconstruction)**
• 99. **کاربرد الگوریتم‌های تکاملی و بهینه‌سازی (Evolutionary Algorithms and Optimization) در پردازش تصاویر پزشکی**
• 100. **امنیت و حریم خصوصی (Security and Privacy) در پردازش و انتقال تصاویر پزشکی**