求二阶偏微分方程(组)数值解的几类并行算法研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fjtv55
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
科学计算对计算机的计算能力的需求是无止境的,随着计算机硬件的飞速发展,计算机的运行速度已从每秒几万次到每秒百万甚至千万上亿次。算法也相应地由串行的算法发展到适合大规模并行计算机的并行算法。计算规模的扩大带来了许多新的问题。首先,并行计算机的体系结构要求相应的算法能充分挖掘计算能力,促进了并行计算方法的研究;其次,大规模的数值计算对于计算方法的稳定性和并行性提出了更高的要求;再次,大多数二阶偏微分方程(组)离散后都是一个三对角(或块三对角)线性方程组。基于上述原因,本文对偏微分方程数值解法进行了研究,提出了求解二阶偏微分方程的一种解耦并行算法及一种新的并行迭代算法,并通过实验分析验证了该算法的有效性。具体工作如下:   首先,针对在Cluster工作环境(分布式并行机)下并行计算全局通信量较大的问题以及块三对角线性方程组无法直接并行求解的事实,本文利用矩阵的LU分解,提出了求解块三对角线性方程组的解耦并行算法,该算法主要有三个步骤。首先,主处理器对大型块三对角线性方程组进行解耦预处理,然后将处理所得的2n个小型线性方程组发送到2n个分处理器上;其次,各分处理器接收对应的线性方程组并对接收到的小型线性方程组利用追赶法进行直接求解,并将计算结果发送到主处理器;最后,主处理器接收计算结果,并根据接收到的结果计算出原大型方程组的解。   其次,鉴于直接求解过程中全局通信量比较大和迭代求解过程中局部通信次数较多的问题,本文将直接求解法和迭代求解法进行了有机的结合,提出了一种新的求解块三对角线性方程组的迭代并行算法,该算法有三个主要步骤,首先对迭代矩阵进行变形,将迭代矩阵变成适合直接法求解的形式,然后用高斯消去法和cannon算法对迭代矩阵进行直接并行求解,最后用迭代法对迭代式进行并行求解。通过与原有算法对比,该算法具有通信量小,迭代次数少的优点。   最后,对本文提出的两种算法进行了编程实现,实验结果证明了本文提出的算法具有较好的并行性,且处理器间通信量较少。  
其他文献
随着智能交通系统的蓬勃发展,车牌识别作为其中的核心技术,其重要性日益攀升。尽管已经有一些商用车牌识别系统投入使用,但多数都是受于某种限制条件下的,例如限定的场景、光
在机会网络中,现有的路由协议都是假设节点积极地参与消息的投递,但是在真实场景中节点可能采取不合作的方式,即表现出自私行为。节点的自私行为对消息的投递造成较大影响,使
行为感知在健康看护、智能家居以及健身训练等应用中扮演着重要角色。其中,每年室内跌倒会造成世界上将近40万的死亡人数,因而室内活动识别逐渐受到学术界和工业界的密切关注
决策是人类的基本行为,它和人们的日常生活息息相关。从生活中自然人的各种抉择,到工作中企业的商业战略、发展规划,乃至国家的安防措施、外交、经济等,都存在着决策。区间直觉模糊多属性决策是决策理论中的一种。它使用区间直觉模糊数中的隶属度、非隶属度和犹豫度(三维一体数据)来描述模糊信息,具有强大的表示能力,而决策问题和决策者自身的模糊性也决定了该类决策能够更贴近人们的思维习惯。因此,该类决策方法在学术界和
由于无线传感器网络中节点通信信道共享、能源有限等特点,干扰现象普遍存在,节点失效时有发生,干扰和节点失效对网络性能产生严重影响。拓扑控制技术是一种协调网络中节点间
信息资源的海量增长,提升了用户获取资源的可能性。但信息的过载,同时也降低了用户获取有用资源的可能性。随着时代的变迁,用户在整个检索行为过程中,其潜在信息需求呈现出从单一
网络的可嵌入性是衡量该网络通用性的一个重要性能评价指标。理想的网络模型应具备良好的可嵌入性,使得应用在其他网络中的算法能够在主图中高效率的运行,从而扩大主图的应用
粒子群优化(PSO)算法,属于群体智能(SI)优化算法中一种较新的优化算法,经验表明,该算法在许多优化问题中表现优良。PSO算法原理简单且易实现,迭代运算的参数少,能够以较快的
图像噪声是由多种因素造成的一种随机现象。噪声的存在直接影响了图像真实信息的表达,如何从受到噪声污染的图像中恢复原有信息,提升图像质量已经成为图像处理领域的热点研究
随着软件产业的飞速发展,并行软件系统己经成为当下主流的一种软件系统,在人们生活生产中扮演越来越重要的角色。例如常见的云计算软件、网络软件等软件系统都具有并行行为的