关联长度对沙堆系统自组织临界性的影响

利用一个一维沙堆模型研究了关联长度对沙堆系统自组织临界性的影响.研究过程中,根据关联长度的长短分两种情况对该模型进行计算机模拟.结果发现,当颗粒之间的关联长度很短时,只要适当调节崩塌概率系统就会出现自组织临界性,而当颗粒之间的关联长度很长时,无论怎么调节崩塌概率,系统都不会出现自组织临界现象.     

颗粒系统的广义势函数及自组织临界指数

为了描述颗粒系统的稳定性及自组织临界相变特点,建立了一个d维的耗散沙堆模型。根据颗粒系统在组织临界点的特点,在考虑了涨落的情况下,利用广义朗兹万方程建立了描述这个沙堆模型的方程,通过分析和推导得到了表征系统稳定特征的广义势函数,与前人得出的广义势函数一般形式作对比,得出了颗粒系统自组织临界指数。得到的结论为人们研究许多自然现象和灾害提供了重要的依据。     

自组织临界性及其在散粒体研究中的应用

首先简述了自组织临界性理论的基本概念和在方法论方面的启示，然后介绍了三种发现散粒体自组织临界性与粒径的非均匀性有关的沙堆模型实验，进而提出假设：若系统的组构能对干扰传播形成足够的制约，限制其各部分敏感性递增的趋势，从而维持其整体的鲁棒性时，大尺度的系统也能呈现自组织监 界现象。最后通过对野外观测资料的分析，提出了在稳定流条件下非均匀推移质输沙率将服从负幂率分布的观点，并对自组织临界现象的判据等问题进行了讨论。     

松散边坡演化特征及其应用

用单面坡沙堆作为松散边坡的简化模型，研究松散边坡的演化规律和复杂性。认为松散边坡自发地向临界状态演化，其演化特征表现为两种不同的动力学行为：对于颗粒均匀的松散边坡，其大规模的坍塌呈现准周期分布，而颗粒不均匀的松散边坡，坍塌的规模服从幂律分布，出现自组织临界性。据此提出，颗粒均匀的松散边坡，可以利用其平均周期和大规模坍塌的平均值进行预报，采用安全系数法进行防治工程设计；而对于颗粒不均匀的松散边坡，目前还难于进行预测预报，采用可靠性方法防治工程进行设计。     

基于沙堆模型的股市宏观行为研究

鉴于股市所具有的分形特征，采用沙堆模型思考股市的自组织临界性是一个合理的选择。股市中的自组织所导致的宏观行为，是股市没有外界冲击情况下的最本质的行为，对它的研究有助于把握股市波动的内在机制，从而更好地认识股市的变化规则。在此基础上，考虑外界冲击对股市的影响，有助于对实际股市演化的理解和把握。     

岩石破坏过程的自组织特征与临界条件研究

岩石破坏过程具有自组织临界特征。为了研究这种临界问题,提出了一种利用自组织程度参数α刻画单元之间的应力转移和局部单元上的应力集中的方法,并以单元的破坏强度服从二次Weibull分布为基础,运用重整化群理论建立了计算力学模型,推导了岩石破坏的临界破坏概率pc。结果表明,当单元的破坏概率p小于临界破坏概率pc时,单元的破坏是独立的和随机的,系统向稳定态演化;当单元的破坏概率p大于临界破坏概率pc时,单元的破坏向宏观贯通的张裂面这一吸引域集中,张裂面是自组织临界性的一个动力学吸引子;临界破坏概率pc以及单元承受外载F的能力均与初始条件有关,pc和F/F0随自组织程度参数α增大而减小,且F/F0<1,表明由于应力的转移使得单元破坏应力降低。     

基于系统SOC理论的直流运行方式及控制参数分析

为了研究直流输电对交直流系统自组织临界性（SOC）的影响,提出包含系统完整动态特性的连锁故障动态仿真模型,计及了紧急控制保护装置及直流系统的概率动作特性.应用该模型对2010年华东电网实际系统进行连锁故障蒙特卡洛仿真,在不同的直流运行方式及控制参数下,计算系统的停电功率-停电概率幂律曲线,分析直流运行方式及控制参数对系统自组织临界性的影响.结果表明,在某些情况下选取合适的直流运行方式及控制参数可以有效防范连锁故障及大停电的发生.     

连续交通流模型的并行计算

为了降低连续交通流模型并行计算的实现难度,参考离散交通流模型并行计算的框架,提出了一套连续交通流模型并行计算的框架.该框架包括同步机制、基于网格的区域分解方法和边界缓冲模型,其中同步机制采用与离散交通流模型并行计算相同的主从结构的同步机制,基于网格的区域分解方法和边界缓冲模型分别用来实现任务的分解和提供仿真计算时所需的交互数据.实验中,选用了一个大规模路网进行验证,结果表明应用这一框架,可以方便地实现连续交通流模型的并行计算,提高连续交通流模型运算的速度,从而满足了智能交通系统中大规模交通路网实时、高效和动态仿真的需求.     

GPU在SPH方法模拟溃坝问题的应用研究

SPH方法是一种无网格的粒子方法,对于求解强非线性水动力学问题具有重要意义。随着粒子数增加,该方法的计算效率成为限制其大规模工程应用的重大瓶颈。可将大规模并行计算引入SPH方法中,以得到良好的计算加速效果。采用将GPU运用于SPH方法并行计算的技术,借助CUDA硬件计算架构,研究SPH方法的并行计算通用性问题。以二维溃坝问题作为数值算例,对GPU计算结果的稳定性和收敛性进行验证,比较CPU与GPU的计算效率。通过计算,验证了GPU在SPH方法并行计算应用中的可靠性、可行性以及高效性,为提高SPH方法的计算效率提供一种重要的参考途径。     

基于分布式框架的并行PSO算法

在使用微粒群算法对大规模优化问题求解时往往需要大量的目标函数评价次数,从而耗费大量的计算时间,而分布式计算和通用计算图形处理器(General Purpose GPU)可以减少耗时.本文通过将微粒群算法在分布式框架下GPU并行计算实现,将粒子分到各个计算节点进行异步计算,而每个节点中的粒子实行同步进化,从而提高微粒群算法求解大规模优化问题的效率.实验方法采用5个标准测试函数进行测试,实验结果表明本文方法在在求解大规模优化问题时在计算效率上有了数倍至数十倍的提升.     

砂堆雪崩幂律分布现象的解释

自组织临界性的提出者Per Bak认为,处于临界状态砂堆雪崩呈现幂律分布,可作为广延耗散动力系统自组织临界性存在的证据。采用真实砂堆试验和元胞自动机砂堆模拟两种方法进行研究,提出处于亚临界状态的砂堆,在向临界状态演化的过程中,砂堆在亚临界状态发生众多小规模的雪崩,越接近临界状态,系统的波动越强,大规模的雪崩也时而发生,因此在从亚临界状态向临界状态演化的过程之中,大规模雪崩的发生次数少,小规模雪崩发生的次数多,雪崩发生的规模也呈现幂律分布,并认为这种情况更具普适性。     

采用动态缓冲池的SOAP并行通信模型

为了提高simple object access protocol（ SOAP）的通信性能,有效地支持多机群网格上的并行计算,提出了SOAP并行通信模型．利用并发数据流、动态缓冲池技术、压缩编码技术和并行流水机制,通过内存储器实现了通信资源和计算资源的并行运行．描述了模型的主要部件、体系结构和通信过程．分析和实验表明,该模型具有良好的通信效率并可有效支持并行计算,能满足网格并行计算的需求．     

工程结构优化计算中的网络并行算法

由于现代结构计算耗时之长常常使得计算半途而废,因此充分利用微机资源、减少计算时间的网络并行算法成为研究的热点。本文在结构的大型动力优化计算中引入并行算法,对传统的复形法进行并行化处理,并分析计算了具体的工程实例,获得了满意的优化结果和并行效果。     

闸门结构分析的有限元并行计算

分析了平面钢闸门的工作特点,研究和建立了平面钢闸门的精细组合有限元计算模型并进行了并行计算。提出了并行求解策略;采用循环分解技术来实现单元刚度矩阵生成的并行化,采用预处理共轭梯度法并行求解系统方程组。获得了较高的并行计算效率和合理的计算结果,明显减小了结构计算时间。     

基于GEL的机场噪声等值线并行生成算法

针对机场噪声等值线实时动态展现过程中存在的计算量大、绘制效率低等问题,提出一种基于网格边标记(grid edge labeling, GEL)的等值线并行生成算法。该并行生成算法采用局部到全局的等值线生成策略,以行为单位将网格任务划分,利用GEL算法确定单个网格内等值线的走向,对网格遍历一次即可生成全部噪声等值线。试验结果表明:当网格为400×400个,噪声为15层时,达到17帧/s的绘制效果,本研究算法较其他算法可更好的满足噪声动态可视化的需求。     

科学数据时间序列的预测方法

针对传统的时间序列分析方法预测科学数据效果较差的特点,提出了一种结合自组织神经网络和灰色理论的时间序列预测方法。该方法利用度量时间序列相似性距离函数,将时间序列按照其变化规律分成不同的类别,并在GM算法中针对白化参数进行优化,对科学数据时间序列进行自组织聚类,针对各类别采用灰色理论建立预测模型。试验表明,该模型适合科学数据的变化特点,提高了预测精度。     

基于计算节点和转发节点的WSN自组织聚簇算法

针对无线传感器网络（WSN）中数据计算需求和由簇首负载过重引起的热点问题和能量空洞问题,提出基于计算节点和转发节点的自组织聚簇算法（SCATN）,对簇首功能进行分解,以计算节点满足数据计算需求,以转发节点进行数据转发,并通过分布控制解决热点问题和能量空洞问题.聚簇过程采用自组织方式控制功能节点的生成、分布,从而解决分布不均匀和连接性问题.同时,普通节点自主更换归属簇以及时、细粒度地调整计算节点负载.仿真实验结果表明,与现有几种聚簇算法相比,SCATN算法可有效地提高网络生存时间,增加基站的吞吐量,降低丢包率.     

基于Calculix的船舶疲劳强度并行计算方法研究与应用

分析了船舶设计领域中基于有限元求解的大规模数值计算问题.在广州超算中心先导系统基础资源环境下对开源有限元求解器Calculix进行基于消息传递接口的并行化改造和移植.在兼容商业有限元分析软件前后处理文件格式的条件下,计算部分在超级计算机上采用多工况多结点并行计算完成.基于C/S模式搭建了船舶疲劳强度分析并行计算系统,实际算例和测试结果表明,同等条件下该Calculix并行化改造方法大大降低了船舶设计中数值分析部分的时间开销.     

面向大尺度三维重建的多核并行SIFT算法

针对大尺度三维重建中图像数据集较大、其特征提取和匹配时间消耗过长等问题,提出了一种针对有序图像数据集的滑动窗口匹配算法.该算法采用并行计算实现了对SIFT特征提取和匹配算法的加速,并在图形处理器上得以实现,减少了匹配计算量.实验结果表明,算法大大提高了特征提取和匹配的运算速度,保证了特征的稳定性和匹配精度,有效地缩短了大尺度三维重建的运算时间,确保了重建精度.