格点QCD基础求解器及其异构计算实现的性能优化

格点量子色动力学(格点QCD)是研究夸克、胶子等微观粒子间相互作用的重要理论和方法. 通过将时空离散化为四维结构网格, 并将量子色动力学的基本场量定义在网格上, 让研究人员可以使用数值模拟方法, 从第一性原理出发研究强子间相互作用和性质, 但这个过程中的计算量极大, 需要进行大规模并行计算. 格点QCD计算的核心基础为格点QCD求解器, 是程序运行主要的计算热点模块. 本文研究在国产异构计算平台下格点QCD求解器的实现与优化, 提出一套格点QCD求解器的设计实现, 实现了BiCGSTAB求解器, 显著降低了迭代次数; 通过对奇偶预处理技术, 降低了所求问题的计算规模; 针对国产异构加速卡的特点, 优化了Dslash模块的访存操作. 实验测试表明, 相比优化前的求解器获得了约30倍的加速比, 为国产异构超算下格点QCD软件性能优化提供了有益的参考价值.     

IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成形设计与优化

以智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统为背景,研究了该系统中基于能效优先的多天线发送端有源波束成形与IRS无源波束成形联合设计与优化方法。以最大化接收端的最小能效为优化目标,构造在发送端功率、接收端能量阈值、IRS相移等多约束下的非线性优化问题,用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)求解。采用Dinkelbach算法转化目标函数,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)得到发送端有源波束成形向量。采用SDR得到IRS相移矩阵与反射波束成形向量。结果表明,该系统显著降低了系统能量收集(energy harvesting,EH)接收端的能量阈值。当系统总电路功耗为?15 dBm时,所提方案的用户能效为300 KB/J。当IRS反射阵源数与发送天线数均为最大值时,系统可达最大能效。     

饱和状态下干湿区水泥基材料水分子与氯离子扩散行为研究

随着水泥基材料的不断应用,其耐久性成为当下急需解决的问题,而大多数在受到海洋侵蚀下的水泥基材料,其耐久性能的下降往往与氯离子传递扩散有关.结合现有的国内外研究报告,阐述干湿交替对海洋环境水泥基材料基本性能的影响.     

求解带能力约束车辆路径优化问题的改进模拟退火算法

为高效求解带能力约束的车辆路径优化问题,提出一种带有回火操作的改进模拟退火算法.解析多约束条件下的路径优化特点,构建了结构简单且功能模块相对独立的模拟退火框架,以便相关约束及其算法的耦合嵌套.在此基础上,改变较优解在迭代过程中的接受规则,引入回火操作使全局搜索与局部搜索实现平衡;设计强制的随机邻域变换策略,以提高多约束条件下的新解生成质量.结合初始解生成方法,构建了整体算法.通过不同类型算例的对比实验表明,所提算法具有优越的求解性能,相应的求解框架与优化方法研究,能够为相关的多约束耦合求解提供参考.     

DCNN深度特征与交替方向乘子的相关滤波跟踪

针对采用相关滤波的判别式目标跟踪遇到的瓶颈问题：由于目标快速移动引起边界效应，使得相关滤波器在学习与更新过程中可能会引入错误，最终错误的累积将导致跟踪失败。在采集深度学习特征与样本相似性度量的基础上，提出一种引入交替方向乘子方法的改进相关滤波目标跟踪算法，选择DCNN深度特征有效地表征待跟踪目标的初始状态，通过在线分类过程中样本相似性比对与半监督学习，辅助解决相关滤波器在学习过程中存在的自学习问题。所提目标跟踪算法特别适合训练样本为持续获得的、同时存储空间较小的机器学习过程，提高目标在快速运动与部分遮挡等复杂情况下的跟踪成功率，针对VOT2016标准测试视频的实验表明：当目标面临快速运动时，对比CN、SAMF、STC算法，所提DA-CFT跟踪算法将跟踪成功率分别由60.4%～73.4%、67.2%～82.9%、80.9%～88.1%提升至85.6%～91.0%。     

基于金属介质交替膜超材料窄带滤色片的性能优化

超材料窄带滤色片由于结构紧凑、体积小、制备工艺简单和成本较低等优点,其常被用于光电探测和成像系统等领域。利用银和二氧化硅交替膜制备的周期性超材料狭缝阵列,实现了在可见光范围中心波长可调的窄带过滤颜色性能。研究了狭缝宽度、狭缝周期、金属银膜厚度与介质层厚度之间的比值和超材料厚度对该滤色片透射性能的调控规律,得到了具有较高透射效率且中心波长可调的窄带滤色片。最终实现半峰全宽17～30 nm、透射率约50%、在可见光500～760 nm波段实现中心波长可调且色纯度较好的滤色片。该结果为新型窄带滤色片的设计提供了崭新的思路。     

高温作业专用服装材料的热传导模型研究

本文根据热传递的基本原理,运用数据拟合、拉普拉斯等算法,建立了高温作业专用服装材料热传导模型,并通过分步求解找到各层材料的最优厚度。由题设限定时间内温度不超过44℃的条件得到第一个厚度的值的集合记为H1,再在H1中找满足温度不超过47℃的厚度值的集合记为H2,最后在中即可以找到最优厚度。     

等离子弧异质异构增材制造构件的组织与力学性能分析

采用等离子弧增材系统实现了不锈钢/高强钢异质异构增材构件制备，等离子弧增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能.为揭示叠合方式对等离子弧异质增材构件的宏微观组织和力学性能特征影响，研究采用了体视显微镜、金相显微镜、拉伸及硬度等测试方法.结果表明，不锈钢/高强钢异质异构增材构件中存在两种过渡形式，即以奥氏体枝晶过渡和马氏体组织过渡.增材构件横截面硬度波动较大，主要是混合过渡区域的高合金元素导致的组织变化引起的.叠合方式的改变能够显著影响材料性能，在强度下降不多的情况下，提高材料的冲击韧性.     

基于L0优化的网格曲面特征线提取算法

基于网格曲面特征线的稀疏分布,提出一种优化的特征线提取算法。对于给定的网格,在每个面上计算一个值或向量作为输入。对输入的度量建立L_0优化模型,使其在网格边上的跃变尽可能少且优化前后的变化较小。给出基于变量分裂技术与罚函数方法的交替方向优化算法,并引入一种迭代的策略提升解的稀疏性,以取得更高质量的特征线。实验结果表明,该算法能有效提取网格曲面的特征线,与Crest lines算法、变分算法等相比,提高了特征线提取的质量和带噪数据的鲁棒性。