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.     

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.     

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。     

伸缩臂式起重机阶梯柱模型的临界力计算对比

为解决大型全地面起重机伸缩臂稳定性的临界力的问题,针对五阶以上n阶阶梯柱理论计算的空白和国家标准的缺失。基于微弯曲理论列写微分方程,得到理想柱的挠曲线,使用此曲线和瑞利李兹法可得理想柱欧拉临界力。对于n阶阶梯柱,使用理想柱挠曲线和抛物线两种假设曲线结合瑞利李兹法,可分别求得阶梯柱的临界力和等效长度系数。基于纵横弯曲理论,建立n阶伸缩臂的阶梯柱的分段微分方程组,并利用数学归纳法推导出n阶阶梯柱压杆稳定性的递推公式。针对递推公式当中的超越方程,结合结构受力特征,列写补充方程,使用Levenberg-Marquardt数值最优化算法求解具有n个未知数的超越方程组,利用此算法能够求解出n阶阶梯柱的长度系数。以上三种方法得到的长度系数与GB3811-2008,ANSYS 17.0结果进行对比。研究结果表明,提出数值算法的精度最高;并且在阶梯柱的阶数较高时,传统的前两种算法将产生较大误差。     

弧齿锥齿轮四轴展成运动位置求解及加工仿真

以开发经济实用性数控铣齿机、降低弧齿锥齿轮生产成本为目的,提出了四轴数控铣齿机加工弧齿锥齿轮的方法。首先,建立了四轴数控铣齿机机床结构模型,分析了机床的加工运动;其次,建立了四轴数控铣齿机的运动数学模型和展成加工基本数学模型。基于数控加工及机械式加工两者之间的运动等效转换关系,计算了四轴数控铣齿机运动轴的位置坐标。基于VERICUT数控加工软件对弧齿锥齿轮四轴展成加工进行了切齿仿真,在此基础上进行了切实加工实验。结果表明,所建机床的数学模型及运动位置求解是正确可行的。     

基于目标级联技术的含风电互联电网机组组合策略

针对含风电互联电网日前安全约束机组组合的规模大、约束复杂、求解困难等问题,提出基于目标级联分析技术的分散协调优化策略。将问题分解为负责区域间边界节点电压相角协调的上层优化问题和以并行方式独立优化各区域发电计划的下层优化问题。下层优化以弃风电量期望和电量不足期望,量化各区域内风电、负荷预测误差,以及常规机组强迫停运等系统运行不确定性所带来的风险,并以罚函数的形式引入目标函数,以综合优化系统可靠性与经济性。2区域12节点系统和IEEE RTS96三区域互联系统算例仿真验证所建模型和算法的有效性。     

SCVerify:抗功耗侧信道攻击软件实现的验证

功耗侧信道攻击,通过使用统计分析技术推断出加密算法中的密钥,已成为物理网络设备的一个巨大威胁.随机掩码是一种被广泛使用的用来消除密钥数据和侧信道泄露数据之间关联性的对策.尽管现有技术可以验证加密软件代码是否被随机掩码保护,但是它们在准确性和可扩展性方面受到限制.为消除此类限制,提出了一种基于原有技术改进过的验证随机掩码策略的方法,该方法比已有的基于句法类型的推断技术更准确,比使用SAT(SMT)模型计数的方法更具有可扩展性.实际上,该方法使用一系列语义类型推导规则去推导分布类型,这些规则最初保持抽象以允许快速推导,然后具体化那些抽象规则推导解决不了的验证问题.此类细化方法集成在验证工具SCVerify中,并使用包含AES和MAC-Keccak等加密算法的测试用例进行了验证,实验结果表明此方法在准确性和可扩展性方面明显优于当前的技术.     

采用POSIT算法的中餐宴会台面的测距方法

针对中餐宴会台面人工测量餐具间距离出现的问题,将图像处理和人工智能技术引入台面摆台效果评判中,提出一种POSIT算法求解中餐宴会台面上餐具间距离的方法。首先,利用Hough圆检测算法识别出中餐宴会台面摆台上的餐碟、汤碟、味碟、水杯、葡萄酒杯和白酒杯上的圆,通过K-means聚类算法对中餐宴会客人人数和餐桌中心花瓶进行聚类;其次,在设计的黑白标定板中选取4个共面点,利用共面POSIT算法估算相机在目标坐标系下的旋转矩阵和平移向量,根据摄像机模型得出聚类标号为10上各餐具间的实际距离。实验结果表明,与人工测量相比,该方法测量精度高、稳定性良好。