基于CUDA编程模型的稀疏对角矩阵向量乘优化

稀疏矩阵向量乘是很多科学计算问题中的核心问题。本文针对稀疏对角矩阵,在DIA存储格式的基础上,设计了一种新型压缩存储格式CDIA,结合CUDA编程模型的特点,在计算线程上进行了细粒度的任务分配,同时为满足CUDA对存储器的合并访问要求,将压缩矩阵做了相应的转置处理,设计了细粒度算法与程序,并根据稀疏矩阵向量乘特点,做了相应的程序优化。实验数据显示,这种存储格式能够很好地发挥CUDA在数据处理方面的优势,在测试数据中,最高获得了单精度39.6Gflop/s和双精度19.6Gflop/s的浮点计算性能,性能在Nathan Bell和Michael Garland的基础上分别提高了7.6%和17.4%。     

一种改进的基于深度神经网络的偏微分方程求解方法

偏微分方程求解是计算流体力学等科学与工程领域中数值分析的计算核心。由于物理的多尺度特性和对离散网格质量的敏感性,传统的数值求解方法通常包含复杂的人机交互和昂贵的网格剖分开销,限制了其在许多实时模拟和优化设计问题上的应用效率。提出了一种改进的基于深度神经网络的偏微分方程求解方法TaylorPINN。该方法利用深度神经网络的万能逼近定理和泰勒公式的函数拟合能力,实现了无网格的数值求解过程。在Helmholtz、Klein-Gordon和Navier-Stokes方程上的数值实验结果表明,TaylorPINN能够很好地拟合计算域内时空点坐标与待求函数值之间的映射关系,并提供了准确的数值预测结果。与常用的基于物理信息神经网络方法相比,对于不同的数值问题,TaylorPINN将预测精度提升了3~20倍。     

一种高可扩展的通用CFD软件架构设计与原型系统实现

基于国内自主通用计算流体力学CFD软件研制的现状,分析了高可扩展的通用CFD软件架构设计的目标,提出了一种基于面向对象的、高度解耦的层次化通用CFD软件架构,并基于该架构设计实现了一款软件原型系统。最后通过一个完整的CFD案例对原型系统进行了测试与分析,验证了该软件架构的可行性。      

YH-ACT：热工流体力学并行应用程序

商业CFD程序已广泛应用于反应堆的热工水力模拟,但不能完全满足反应堆的应用需求;开源CFD程序有部分应用,但与商业CFD程序相比,在物理模型全面性、计算精度、计算效率及易用性等方面仍存在差距。为更好地满足局部精细热工水力分析的需求,需要更全面的物理模型、较高的计算精度和较好的并行计算效率,因此有必要开发自主热工CFD程序。详细描述了热工流体力学并行应用程序YH-ACT的设计、实现方案以及测试结果。选取3个典型案例,通过与典型商业软件Fluent计算结果进行对比验证软件正确性, 程序并行计算规模达到400个结点共9 600个进程,稳态计算加速比为111.7,并行效率为27.9%,瞬态计算加速比为37.2,并行效率为9.3%。     

基于RMC的蒙特卡罗程序性能优化

蒙特卡罗MC方法是核反应堆设计和分析中重要的粒子输运模拟方法。MC方法能够模拟复杂几何形状且计算结果精度高,缺点是需要耗费大量时间进行上亿规模粒子模拟。如何提高蒙特卡罗程序的性能成为大规模蒙特卡罗数值模拟的挑战。基于堆用蒙特卡罗分析程序RMC,先后开展了基于TCMalloc动态内存分配优化、OpenMP线程调度策略优化、vector内存对齐优化和基于HDF5的并行I/O优化等一系列优化手段,对于200万粒子的算例,使其总体性能提高26.45%以上。     

战时物流配送车辆路径优化问题

采用一种新的信息素更新方式对传统蚁群算法进行改进,有效解决了带硬时间窗的车辆路径优化问题;建立考虑战场环境中敌方火力打击影响的物流配送车辆路径优化模型,采用所提算法得出优化路线;进一步考虑不同作战单元对物资需求的可能变化,将排队策略用于算法求解过程,得出适应需求变化的后续配送路线,并通过仿真实验结果验证了相应配送路线的合理性.     

网络传输态势感知的研究与实现

将态势感知的先进思想引入网络传输领域,以空间流量聚类为基本思想,建立网络传输态势感知(NTSA)模型;围绕模型关键技术,依据信息增益和互信息的等价性执行态势因子选择,提出了一种面向传输模式划分的高维数据流聚类算法,并且基于图论进行拓扑重要性分析;设计并且实现了NTSA原型系统.基于真实数据集的实验验证了系统的时效性、准确性以及可扩展性.     

基于WebGIS网络拓扑可视化的研究与实现

网络拓扑结构是整个网络管理系统的基础,将复杂的网络拓扑结构进行置于地理位置的可视化是直观准确地掌握其结构的有效方法.针对这一问题提出了一个适合中等规模网络拓扑、基于WebGIS的可视化方法,该方法的特点是在反映实际地理位置的地图上以分层的方式来显示网络拓扑结构,背景、结点、链路和子网属于不同的显示层次,整个拓扑清晰、明了.详细阐述了该方法的主要思想以及实现过程中用到的关键技术.