多重网格格子Boltzmann方法的并行算法

针对复杂流动数值模拟中的格子Boltzmann方法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点,提出了基于三维几何边界的多重笛卡儿网格并行生成算法,并基于该网格生成方法提出了多重网格并行格子Boltzmann方法（LBM）。该方法结合不同尺度网格间的耦合计算,有效减少了计算网格量,提高了收敛速度;而且测试结果也表明该并行算法具有良好的可扩展性。     

基于格子Boltzmann方法的换热器优化模拟

为优化换热器的结构设计,用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)结合多孔介质模型模拟换热器内的换热,研究雷诺数、普朗特数和热扩散率比的变化对温度场和换热性能的影响.模拟结果表明:在小雷诺数范围内,随着雷诺数的增加,努塞尔数先增加后减小,即存在一个使换热性能达到最好的雷诺数;随着普朗特数的增加,努塞尔数减小,换热性能降低;随着热扩散率比的增加,换热性能提高.分析不同管柱排列方式对换热性能的影响,结果表明:叉排的换热效果明显优于顺排,当横向节距等于2时,对于均匀顺排或叉排,努塞尔数均随纵向节距的增加而减小,这与实验结果相符;对于非均匀叉排,采用"前密"或"中间密"的排布方式有利于换热.     

后台阶流动的非均匀格子Boltzmann方法模拟

使用非均匀格子Boltzmann方法对后台阶流动进行了数值模拟.将流体流动区域划分为不同的子区域:对于每个子区域内部,分布函数使用均匀网格计算;对于区域边界,分布函数采用嵌套网格方法进行处理.数值计算结果与其它实验、数值结果相吻合.     

求解二维对流扩散方程的格子Boltzmann方法

针对二维对流扩散方程,基于D2Q4格子速度,用Chapman-Enskog多尺度分析技术,将时间尺度取为二阶,空间尺度取为一阶,推导了各个速度方向上的平衡态分布函数所满足的条件,给出了简单且对称的平衡态分布函数表达式,所得到的平衡态分布函数能正确地恢复出二维对流扩散方程,从而构建了一种新的求解二维对流扩散方程的D2Q4格子Boltzmann（LB）模型。用所给LB模型对扩散方程和两个不同初边界条件的对流扩散方程进行了数值求解,数值实验结果表明数值解与精确解吻合较好,与相关文献结果比较边界误差要小得多,验证了模型的有效性。     

一维Tyson反应扩散系统的格子Boltzmann方法模拟

建立基于格子Boltzmann模型的一维Tyson反应扩散系统的数值求解法.利用浓度分布的Chapmann-Enskogz展开及多尺度技术,获得激励介质在反应与扩散机制同时作用的一维反应扩散方程,用于求解Tyson反应扩散的反应物和催化剂随时间的浓度空间分布值.数值结果表明本文中所提供的方法是有效的.     

格子Boltzmann方法多GPU并行性能的研究

基于CUDA和MPI实现了格子Boltzmann方法的多GPU并行计算,利用程序对Tesla K80和Tesla P100的性能进行了测试,结果表明:Tesla P100有着远超Tesla K80的计算性能。单GPU下,P100在计算规模为2563达到最大值2880.0 MLUPS,K80在规模为384~3达到最大值801.6 MLUPS;在多GPU并行时,GPU间通信会带来计算性能的损失,但是P100较K80仍具有较大的提升;测定函数LBCollProp在不同规模下运行时间以及其在程序总运行时间中的占比,由此可以预估程序运行一定时间步的耗时。     

一类偏微分方程的格子Boltzmann模型

研究了对流扩散方程、Burgers方程和Modified-Burgers方程等具有相同形式的一类偏微分方程。并且构建了带修正函数项的D1Q3格子Boltzmann模型求解这类方程。为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和修正函数的具体表达式。数值计算结果表明该模型是稳定、有效的。     

格子Boltzmann算法并行性能的系统分析

从处理器映射方式、域分解方式、通信开销、通信模式、可扩展性等方面对格子Boltzmann算法的并行性能作了全面系统的分析,并提出了对该类并行程序效率定量化分析的方法。经过相应的测试与分析,说明该方法对提高大规模并行计算的效率具有指导作用。     

一种判断类间空间分布情形的有效方法

层次结构设计是层次支持向量机应用中的关键问题,不同层次结构下,层次支持向量机的分类性能有很大差别.分析了层次支持向量机及其存在的问题,提出了一种有效判断类间空间分布情形的简单方法.仿真试验表明,基于该方法设计的层次支持向量机与基于传统方法设计的层次支持向量机相比,具有较高的分类精度.     

基于格子Boltzmann方法的一维Burgers方程的数值模拟

基于格子Boltzmann方法(LBM)的一维Burgers方程的数值解法,已有2-bit和4-bit模型。文中通过选择合适的离散速度模型构造出恰当的平衡态分布函数; 然后, 利用单松弛的格子Bhatnagar-Gross-Krook模型、Chapman-Enskog展开和多尺度技术, 提出了用于求解一维Burgers方程的3-bit的格子Boltzmann模型,即D1Q3模型,并进行了数值实验。实验结果表明,该方法的数值解与解析解吻合的程度很好,且误差比现有文献中的误差更小,从而验证了格子Boltzamnn模型的有效性。     

异构平台下格子Boltzmann方法实现及性能分析

对CPU+GPU异构平台下的多种并行编程模式进行了研究,并针对格子Boltzmann方法实现了CUDA,MPI+CUDA,MPI+OpenMP+CUDA多级并行算法。结果表明,算法具有较好的加速性能;提出的根据计算量比例参数调节CPU和GPU之间负载均衡的方法,对于在异构平台上实现多级并行处理及资源的有效利用具有一定的参考和应用价值。     

一种有效的指纹细节点提取方法

提出一种指纹细节点提取方法,在得到指纹二值化图像后,分别对脊线和谷线进行细化,从 脊线细化图和谷线细化图中提取分支点作为指纹的特征点。这样得到指纹的细节点比较准确,而虚假 点也比较容易除去。实验证明,这种方法得到细节点的数目也相对较少,有利于进一步的指纹匹配。     

一种有效的指纹奇异点提取方法

在指纹方向场分割的基础上提出了一种称之为方向丰富度的特征,并据此形成了一种有效的指纹奇异点提取方法。该方法首先将指纹方向场分割为一系列互不重叠的同质区域;然后通过同质区域边缘检测及边缘端点提取实现了奇异点快速定位;最后依据已定位点的poincare index值确定奇异点类型。与目前占据绝对主流的poincare index方法在FVC2002指纹库上的对比实验表明:在准确性方面,两者各有优、缺点,该文方法的误检率明显低于后者,漏检率略高于后者;在简单实用性方面,该文算法的平均提取速度是后者的14.2倍,具有明显优势。     

有限体积格子Boltzmann方法的算法改进及性能分析

有限体积格子Boltzmann方法(LBM)能够将标准LBM的应用范围扩展到非结构网格,但是比起标准的LBM这个方法需要更多的内存用量和计算量。针对此问题采用了优化计算顺序、简化计算方程的方法对有限体积LBM算法进行改进。科学的分析和实验的结果表明,改进后的算法能够在不增加计算量的基础上减少内存用量,在一些情况下还可以大量减少计算时间。     

多松弛时间格子Boltzmann方法在GPU上的实现

近年来,随着统一计算设备构架(CUDA)的出现,高端图形处理器(GPU)在图像处理、计算流体力学等科学计算领域的应用得到了快速发展.属于介观数值方法的格子Boltzmann方法(LBM)是1种新的计算流体力学(CFD)方法,具有算法简单、能处理复杂边界条件、压力能够直接求解等优势,在多相流、湍流、渗流等领域得到了广泛应用.LBM由于具有内在的并行性,特别适合在GPU上计算.采用多松弛时间模型(MRT)的LBM,受松弛因子的影响较小并且数值稳定性较好.本文实现了MRT-LBM在基于CUDA的GPU上的计算,并通过计算流体力学经典算例--二维方腔流来验证计算的正确性.在雷诺数Re=[10,104]之间,计算了多达26种雷诺数的算例,并将Re=102,4×102,103,2×103,5×103,7.5×103算例对应的主涡中心坐标与文献中结果进行了对比.计算结果与文献数值实验符合较好,从而验证了算法实现的正确性,并显示出MRT-LBM具有更优的数值稳定性.本文还分析了在GPU上MRT-LBM的计算性能并与CPU的计算进行了比较,结果表明,GPU可以极大地加快MRT-LBM的计算,NVIDIA Tesla C2050相对于单核Intel Xeon 5430 CPU的加速比约为60倍.     

一维非定常流的格子Boltzmann模拟

本文建立了一维非定常流的一般格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型，并利用２－速度模型研究了激波管和激波的形成，反射以及相互作用。给了了不同的初始条件和边界条件的模拟结果，它与理论分析放数据分析的结果十分吻合。     

一种自适应的十字型六边形格点搜索算法

论文针对H.264/AVC运动估计的特点及运动矢量的统计特性,提出一种上下文自适应的十字型六边形格点搜索算法(CACH),它依据相邻块间运动矢量相关性,判断当前块的运动剧烈程度,选择从不同的阶段开始进行搜索;它根据搜索块不同的形状,选择不同十字形进行搜索.该算法结合简单六边形搜索和UMHexagonS算法的优点,达到很好的编码速率和编码效率的平衡.     

一种有效的本体创建方法——面向对象法

针对目前语义网中的本体缺少有效和统一的方法,在综合传统的构建领域本体方法的基础上,将面向对象的思想引入到领域本体的构建过程中,提出了一种有效构建本体的新方法——面向对象构建法。通过在果品领域本体的构建,定义类及层次,定义类之间关系,定义类的属性,定义类之间的同义、近义关系,并将其映射为本体体系,与检索系统的应用结合起来。实践证明,该方法易学、易用,可减少领域专家的参与,减少开发系统的工作量,并且使得本体的半自动和自动构建问题成为可能。     

一种有效的本体创建方法——面向对象法

针对目前语义网中的本体缺少有效和统一的方法,在综合传统的构建领域本体方法的基础上,将面向对象的思想引入到领域本体的构建过程中,提出了一种有效构建本体的新方法--面向对象构建法.通过在果品领域本体的构建,定义类及层次,定义类之间关系,定义类的属性,定义类之间的同义、近义关系,并将其映射为本体体系,与检索系统的应用结合起来.实践证明,该方法易学、易用,可减少领域专家的参与,减少开发系统的工作量,并且使得本体的半自动和自动构建问题成为可能.     

一种基于偶数格的格型矢量量化方法

提出一种适用于音频信号的格型矢量量化方法,该方法利用偶数格的特点实现快速的索引分配以及基础码本的压缩存储;将基础码本与球型扩展方法相结合,减小感知重要频带的量化误差。经实验验证,此方法与ITU-T的G729.EV标准中矢量量化效果相当。