基于汉明距离递减变换的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.现有的可逆逻辑综合算法虽然通过后期优化能够得到近似最优解,但是都存在生成的原始电路门数较多的问题,增加了后期优化工作的难度.文中提出一种基于真值表异位数计算的综合方法,根据异位数判定是否需增加逻辑非门达到减少输入和输出向量的汉明距离,从而实现边计算边简化函数,最后采用汉明距离递减变换的方法生成最终的电路.通过实验表明,相比于其他的综合算法,该算法得到的原始电路更接近于最优解或近似最优解,很大程度上减少了算法后续的优化工作量.

量子可逆逻辑综合的关键技术及其算法

最优化量子可逆逻辑的关键在于用最小的量子代价自动构造量子可逆逻辑.为了提高可逆逻辑自动生成与优化的效率,提出了类模板技术和一种快速算法.模板技术是一个有效的优化工具,类模板技术可以显著提高模板技术的匹配效率;R-M算法是可逆逻辑综合的一种较好的迭代方法,基于R-M算法的原始思想,构造了一个Hash函数,并在此基础上提出了一种可逆逻辑综合的快速算法.实验结果表明,在同等实验环境下使用类模板技术与快速算法,其优化的效果与效率远远优于已知的其他算法.

基于真值表变换的可逆逻辑综合算法

为实现将给定的二元可逆函数快速综合为相应电路,并保持其结果的最优或较优,提出一种基于真值表变换的快速综合算法.可逆函数与置换同构,任意置换均可表示为若干对换的乘积,通过将可逆函数转化为一系列对换的乘积,从对换的乘积中综合电路.对于3bit逻辑电路只有28种对换,事先将28种对换的最优电路存入库中生成3bit电路综合基,通过在库中查找快速生成可逆电路.根据逻辑门可交换规则引入优化方法,完成快速综合算法.结果表明,该方法不但可以提高可逆逻辑综合的效率,而且结构简单,易于实现,可以O(4n)的时间效率快速综合任意3bit可逆逻辑电路,实现综合结果达到或接近最优.

基于带权有向图的可逆逻辑综合改进算法

为减少可逆逻辑综合中使用的可逆门,通过对基于带权有向图的可逆逻辑综合算法的分析,针对函数转换过程中过渡门数较多及电路优化算法简单的问题,提出了有效的等复杂度基本输出变换的概念,扩充并证明了Toffoli门序列的移动和化简规则,给出了改进的基于带权有向图的可逆逻辑综合算法。实验结果表明,该算法不仅减少了可逆电路构成时所使用的可逆门,而且对构建的可逆电路实现了有效化简,大幅度减少了门数和控制位数,降低了可逆电路代价。

基于卡诺图的三变量可逆逻辑综合算法

提出了一种基于卡诺图的可逆逻辑综合算法,该算法可以快速地求解带垃圾位的可逆逻辑综合问题。大量特定的可逆逻辑门都不可避免地带有一定的垃圾位,如果使用真值表、置换群等经典可逆逻辑综合算法求解这些带垃圾位的可逆逻辑门,则因无法获得全局状态而很难得到结果。根据卡诺图的特点,将可逆逻辑问题分解为多个变量分别求解,无需关心全局状态。提出的卡诺图可逆逻辑综合算法根据在卡诺图上的邻接性将3变量可逆逻辑问题划分为5个等价类;对每个等价类分别进行计算,在常数时间内解决了带垃圾位的可逆逻辑综合问题。

基于最小混乱度的三值可逆逻辑综合算法

三值可逆逻辑综合是可逆逻辑综合的延伸和扩展.为了简化可逆网络,提高三值可逆逻辑门的通用性,对现有三值可逆控制门控制位的生效值扩展为0、1和2.在此基础上提出了基于最小混乱度原则的三值可逆逻辑综合算法.该算法根据三值可逆函数计算其对应真值表中每个变量的相对混乱度和绝对混乱度,以最小混乱度原则选取三值可逆逻辑门,直至真值表中的每个变量的混乱度为零,得到三值可逆网络.该算法的时间复杂度为O(n2×3n),空间复杂度为O(n×3n).实验结果表明,与现有已知算法对比,平均门数更少.

基于M-GEP的可逆逻辑综合方法研究

可逆逻辑综合是设计和实现可逆逻辑电路的基础和难点。将改进的基于多层染色体基因表达式编程算法应用到可逆逻辑电路的综合与优化中,利用多层染色体构建的调用模型对个体进行表达,可根据预期的逻辑功能,自动求取便于构造可逆逻辑网络的最简"积之异或和"表达式。经初步验证,在解决可逆逻辑电路的多输入单输出的问题上,比现有的综合方法更有效。

类选择排序的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.由于搜索空间随电路规模增长成指数增长,现有的可逆逻辑综合算法虽然能够得到近似最优的解,但是都存在计算时间过长的问题.文中提出了一种类似选择排序的可逆逻辑综合算法,其实质为基于变换规则的合成法.它采用一个无向无权图表示所有可以进行变换的路径,在综合的过程中,采用选择排序思想每次从小到大的选择需要交换的输出项,然后从路径选择图中找到最优的路径进行变换,最终使得函数的输出序列有序即完成综合.此外,文中还对得到的量子电路进行了优化.实验表明,相比其它综合算法,该算法不仅总能获得最优解或近似最优解,而且效率高、易于实现.

面向可逆逻辑综合的GEP算法设计与实现

可逆逻辑综合是设计和实现可逆逻辑电路的基础与难点。文中对此提出了一种改进的基因表达式编程(GEP)算法,该算法可根据预期的逻辑功能,自动求取便于构造可逆逻辑网络的最简"积之异或和"表达式。经初步实验表明,该算法在某些情况下比现有的综合方法更加简单有效。

基于错误位分布的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是指根据可逆函数构造可逆电路的过程.真值表变换法是一种常见的可逆逻辑综合算法,其易懂并易实现,但生成的电路含较多冗余逻辑门,有待进一步的优化.为实现一种无需优化便可接近最优解的真值表变换法,给出关于真值表错误位的定义,提出并证明了NOT门、CNOT门以及Toffoli门的在减少错误位上的数量判定,以错误数和错误位分布情况为特征从全部三元可逆逻辑函数的真值表中提炼出79种错误分布模式,并将模式分为两类.为第一类模式直接确定在综合过程中用于减少错误数的规则,为第二类模式制订试探方案,并确定在试探失败的情况下向其他模式(错误数与原模式相同,但更易处理)的转换规则.以扩展广义Toffoli门为门库,提出一种基于错误位分布模式识别和转换的可逆逻辑综合算法,该算法通过不断识别模式并应用启发式规则,使得错误较多的模式尽快尽早地转换成错误较少的模式,直至真值表中无错误位存在为止.该算法在最坏情况下需要3*n*2^(n-2)次迭代,算法的时间复杂度为O(n*2~n),空间复杂度为O(n*2~n),与具有代表性的同类算法比较,时间复杂度和空间复杂度都具有一定优势.采用代表性文献中选用的Benchmark函数和全部三元可逆函数进行实验,结果表明,该算法不仅在Benchmark函数上优于同类算法,而且由全部三元函数生成电路的平均门代价比同类较好算法优化后的结果降低6.19%.

四量子可逆逻辑电路快速综合算法

量子可逆逻辑电路综合是以较小量子代价自动构造所求量子可逆逻辑电路.本文提出了一种新颖高效的4量子电路综合算法,巧妙构造置换的最短编码,通过对量子电路进行特定拓扑变换,无损压缩n量子最优电路占用内存空间近2×n!倍,通过对已生成最优电路的双向级联,可使用多种量子门,采用最小长度标准,以极高效率生成较长的4量子电路,如率先生成基于控制非门、非门、Toffoli门库的全部前8层共3120218828个电路,还可快速综合任意长度不超过16的最优电路,并对4量子标准测试电路进行快速且全面的优化.

综合法研究量子可逆逻辑电路

量子可逆逻辑电路优化与综合主要研究在给定的量子门和量子电路的约束条件下,找到最小或较小的量子代价电路以实现所需电路逻辑功能。量子逻辑真值表综合法是量子电路可逆逻辑综合中最有效的方法之一,包括正向综合、逆向综合和双向综合。推广和定义了横向汉明距离、纵向汉明距离和交叉汉明距离,使用广义汉明距离提出了一种量子电路优化与综合的新方法。研究表明,此方法使量子逻辑电路得到了更好的优化。

一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线路。该算法的时间复杂度为O(m),优于传统算法的复杂度O(m2)。通过对控制位m∈{3,10}的MCT门与Benchmark可逆线路的实验,验证了该算法优化和分解的有效性。

基于对换门库的可逆逻辑电路综合算法

为了将可逆函数以较小的代价自动构造为对应的可逆逻辑电路,提出了一种基于对换门库的综合算法.首先,将可逆函数的输出作为快速排序算法的输入数据,在排序算法中按顺序保留所交换的元素对,并输出该元素对序列;其次,利用置换群规则对该序列进行优化处理,获得相似度最高的对换序列;然后,逆序排列该对换序列,并基于对换门库生成可逆函数的初始电路;最后,应用电路门优化规则,对初始电路进行优化,得到最终的可逆逻辑电路.相比于其他算法,所提算法明显提高了可逆逻辑综合效率,其思想的简洁性使得算法更易于理解和实现.

基于KFDD的可逆逻辑电路综合设计方法

可逆逻辑作为量子计算,纳米技术,低功耗设计等新兴技术的基础,近年来得到了越来越多的关注和研究.然而,大多数可逆逻辑综合方法对函数真值表表达形式的依赖使得综合电路规模受到了限制.决策图作为一种更加简洁的布尔函数表示方法,其为可逆逻辑综合提供了另一种途径.本文基于Kronecker函数决策图(KFDD)提出了一种适合于综合大规模电路的综合方法.该方法利用KFDD描述功能函数,以局部最优的方式从三种节点分解方法中寻找最优分解方法,并根据Kronecker函数决策图中不同类型的节点构建相应的可逆逻辑电路模块,最后将各节点替换电路模块实现级联得到结果电路.以可逆基准电路为例,对该方法进行了验证.实验结果表明,该方法能以较低的代价实现对较大规模函数的可逆逻辑电路综合.

基于Q-M算法的量子可逆逻辑电路综合方法

提出了合并(化简)规则,并按合并规则修改了Q-M算法源码,获得积之异或和表达式,成功地实现了将不可逆操作转换为可逆操作。该规则应用于常规逻辑综合的Q-M算法移植到可逆逻辑综合中,以便利用可逆逻辑门来构造可逆逻辑电路。

可逆逻辑门网络的表示与级联

可逆计算是一个新兴的研究领域,可逆逻辑门网络的级联是可逆计算的重要内容.本文提出了一种可逆逻辑网络表示方法,给出了相应的可逆网络模型.为了构造可逆逻辑网络,给出了一种可逆逻辑门单元库的构造方法.证明了同一垂直线上两个不相交可逆逻辑门单元的输出值与此二逻辑门单元分布到相同平行线的两条相邻垂直线上的输出值之间的关系;给出了分布在相同平行线上奇数和偶数个相邻的相同可逆逻辑门单元输出结果的性质.提出了一种可逆网络输出向量的表示方法和基于可逆门编码的可逆网络级联方法,以此生成给定范围内的可逆网络.通过变进制数的方法快速找到可逆网络输出向量所对应的序号,降低了搜索次数,减小了搜索空间,为进一步综合大规模可逆网络,提高可逆网络级联效率提供了支持.Benchmark例题验证表明,该方法构造的可逆网络控制门数更少,代价更小.

基于改进遗传算法的量子可逆电路综合

针对可逆电路到量子电路的有效映射问题,提出了带禁忌表的大变异自适应遗传算法,用于量子可逆电路的综合。选取量子非门、控制非门、控制V门与控制V+门(NCV)构成量子门库,建立了量子电路计算模型。采用二进制串行编码方案,设计了适应度函数、进化算子及优化规则,实现了带禁忌表大变异自适应遗传算法的量子可逆电路综合,并用Revlib电路库进行了测试。结果表明该综合方法能同时得到多个功能解,且所生成电路的量子代价优于库中电路,验证了提出算法用于量子可逆电路综合的正确性和有效性。

预优化的量子线路综合算法

为解决量子线路在映射过程中线路量子代价的优化问题,提出了一种预优化的量子线路综合算法。该算法在前瞻近邻化方法的基础上,预先使用简化规则对线路进行化简,减少前瞻时需处理的量子门数,之后使用N门前瞻算法对线路进行近邻化操作。该方法可以有效减少近邻过程中需插入的SWAP门数,降低线路的量子代价。选取Benchmark的较有代表性的例题进行实验,文中选择影响力较大的文献进行对比,结果表明,在16例Benchmark例题中,正优化为11例,最大优化率为50%,平均优化率为10.1%。

可逆编程语言R-JAVA及其语言处理系统的设计

为了给基于可逆逻辑综合、可逆电路技术的可逆硬件平台设计可逆软件系统,提出基于JDK的可逆编程语言RJAVA。首先总结可逆编程语言的设计原则,然后为可逆语言R-JAVA设计文法规则和语言处理系统,其语言处理系统提取源程序中的可逆代码段并将其翻译成分别对应正反语义的等价JAVA代码,再将翻译后的JAVA代码交由JDK解释执行。最后通过示例程序表明R-JAVA源程序中的可逆函数既可正向运行,又可反向运行,从软件层次上实现了可逆计算。