遥感影像并行处理中基于优先级的任务分配策略

对集群环境下大规模遥感影像并行计算中任务分配效率低、负载不均衡的问题进行分析讨论,在此基础上建立多机任务分配模型,提出一种基于计算节点优先级的任务分配算法。该算法综合考虑计算节点的负载和性能,在任务分配时实时地收集各个节点的信息,计算出各个计算节点的优先级,按照优先级的高低分配任务,保证在满足集群间负载均衡的前提下能合理地将任务分配到计算节点。实验结果表明,该算法能快速实时地进行任务分配,任务的分布更加合理和均匀,并且当任务个数增多时,算法的执行效率要比轮转调度算法高出约2倍。     

Particle-Mesh-Ewald(PME)算法在GPU上的实现

分子动力学模拟(MD)是分子模拟的一类常用方法,为生物体系的模拟提供了重要途径。由于计算强度大,目前MD可模拟的时空尺度还不能满足真实物理过程的需要。作为CPU的加速设备,近年来,GPU为提高MD计算能力提供了新的可能。GPU编程难点主要在于如何将计算任务分解并映射到GPU端并合理组织线程及存储器,细致地平衡数据传输和指令吞吐量以发挥GPU的最大计算性能。静电效应是长程作用,广泛存在于生物现象的各个方面,对其精确模拟是MD的重要组成部分。Particle-Mesh-Ewald(PME)方法是公认的精确处理静电作用的算法之一。本文介绍在本实验室已建立的GPU加速分子动力学模拟程序GMD的基础上,基于NVIDIACUDA,采用GPU实现PME算法的策略,针对算法中组成静电作用的三个部分即实空间、傅立叶空间和能量修正项,分别采用不同的计算任务组织策略以提升整体性能。使用事实上的标准算例dhfr进行的测试结果表明,实现PME的GMD程序,性能分别是Gromacs4.5.3版单核CPU的3.93倍,8核CPU的1.5倍,基于OpenMM2.0加速的Gromacs4.5.3GPU版本的1.87倍。     

基于计算缓存方法的分子动力学程序性能优化

分子动力学数值模拟程序在现代高性能计算机上的计算效率往往很低,只能发挥系统峰值性能的几个百分点。本文对并行分子动力学程序PMD3D在联想深腾6800超级计算机上进行性能优化。通过性能分析,我们发现粒子相互作用力计算中相互关联的浮点运算严重影响了处理器的指令级并行效率,为此我们应用计算缓存的方法,将大量不规则的浮点计算进行缓存,达到一定规模后再进行向量化计算。这样使得单机性能在优化后提升4倍多,达到处理器峰值性能5.2GFlops的32.3%。最后,在深腾6800的64个节点的256个CPU上进行了并行性能测试,达到峰值运算性能1.3万亿次的27%。     

Gromacs在神威蓝光超级计算机上的部署及应用

Gromacs是一个大型的分子动力学模拟软件。国家超算济南中心拥有两套高性能计算系统,分别为基于Intel CPU构建的高性能计算集群(理论峰值超过100T),以及基于国产SW1600 CPU构建的MPP超级计算系统(理论峰值超过1P)。本文介绍了Gromacs软件包在两个高性能计算平台的移植、部署,并以生物大分子作为实例在两个平台上进行了分子动力学模拟测试。     

异构Spark集群数据倾斜修正调度策略

异构Spark集群存在木桶效应,不合理的并行度导致任务分配与工作节点计算能力的适配性较差,进而影响集群计算效率和资源利用率。针对这一问题,首先建立模型,分析数据分布、并行度参数和节点任务分配的耦合关系,提出算法的优化目标,设计异构Spark集群的数据倾斜修正调度策略DSCS,包括并行度预估算法、数据倾斜修正算法和异构节点任务分配算法。预估算法对并行度进行先期设定,数据倾斜修正算法根据首个计算阶段的统计信息进行数据重新划分和并行度修正,由异构节点任务分配算法对集群不同计算能力的工作节点进行合理的任务分配,从而提高数据计算量与节点计算能力的适配性,优化Spark集群的整体性能。实验结果表明：在不同作业类型、不同数据集条件下,算法均取得了一定的性能提升,并能有效减少工作节点外存溢写的概率。     

基于leader-follower算法的超级节点研究

基于leader-follower算法的超级节点P2P网中,研究如何处理新进节点与各超级节点语义不匹配问题,有利于提高节点匹配效率和超级节点性能。引入通用类节点和分裂算法,将与各超级节点语义不匹配的新节点交由通用类节点管理,当管理的节点数目达到一定规模后,采用分裂算法将其分裂为若干语义相似簇,最后用合并排序算法从中选择最优节点作为超级节点。实验表明所提方法提高了节点匹配效率和超级节点性能,具有良好的可行性。     

MPI+TBB混合并行编程模型在分子动力学中的应用

为了提高分子动力学模拟在对称多处理(SMP)集群上的计算速度,在分子动力学并行方法中引入MPI+TBB的混合并行编程模型。基于该模型,在分子动力学软件LAMMPS中设计并实现混合并行算法,在节点间采用MPI及空间分解技术实施进程级并行,节点内采用TBB及临界区技术实施线程级并行。在SMP集群中的测试表明,该方法在体系较大以及节点数较多时可以明显减少通信时间,使加速比在纯MPI模型上提高45%。结果表明,MPI+TBB混合并行编程模型可促进分子动力学并行模拟且效率明显提升。     

近程作用分子动力学模拟的两级并行

分子动力学作为一种重要的计算手段在许多领域有着广泛的应用，由于它的计算量比较庞大，因此并行计算方法被越来越多地引入到分子动力学的模拟中。本文在目前常见的SMP集群系统上，根据系统的结构特点，针对分子动力学的三种并行算法：区域分解法、原子分解法和力分解法，利用MPI Pthread的混合编程模型，采用节点间消息传递模式以及节点内部共享存储的编程模式，实现了近程作用分子动力学的两级并行计算。计算结果表明，不同的算法采用了两级并行的方式和原来只有消息传递的并行方式相比，具有不同的计算效率，但是从总体来说采用两级并行的计算方式可以利用更多的计算资源，从而有助于提高计算能力。     

基于SMP集群的激光化学反应模拟效率分析*

基于半经典分子动力学模型,在SMP集群中实现激光化学反应双层并行模拟系统。结合粗粒度的原子分解算法和细粒度的矩阵并行乘法实现激光化学反应模拟中力计算部分的并行化,分析粒度划分对半经典分子动力学模拟并行效率的影响。在SMP集群中测试表明,采用128个处理器模拟由500个C原子构成的分子体系,并行效率可达70%。在CPU数量固定的情况下,SMP节点内的细粒度的并行对提高半经典分子动力学模拟并行效率影响较大。该系统能够模拟大分子体系的激光化学反应,在提高加速比的同时保证计算资源的利用效率,满足激光化学反应模拟需求。     

Map/Reduce下快速剪枝算法在复杂任务调度中的应用

云环境下传统任务分配与调度算法对于复杂任务调度的整体效率较低,为了提高Map/Reduce对复杂任务分配调度的整体效率,提出了一种基于任务处理时间的快速剪枝算法。该算法首先将复杂任务按照任务依赖关系大小进行最佳拓扑排序,使任务按顺序执行,从而提高调度准确率。然后使用节点处理任务的预测时间与节点处理能力的比值作为子任务在每个节点的处理时间进行量化建模,建立任务和处理时间的度量矩阵,通过采用按阶剪枝方法逐渐缩小任务分配规模,对N个节点处理N个任务的分配问题,进行N-1次操作可获得任务分配的最优解。运用Hadoop平台进行实验验证,从任务调度效率与资源使用率角度将剪枝算法与公平调度算法、遗传算法和GRAPHENE算法进行对比验证。实验结果表明剪枝算法能明显提高任务调度的整体效率,充分利用各节点的计算能力提高Map/Reduce调度效率。     

多种燃料锅炉效率曲线的辨识方法

多种燃料锅炉的运行优化是钢铁联合企业节约能源的一个主要方法,但是这种锅炉的效率曲线的辨识却是一个复杂而困难的非线性最小二乘问题。借鉴大系统递阶算法的思想,本文提出了一种新的两级递阶辨识的算法。这种算法通过预估关联量,将非线性最小二乘问题转化为两级线性最小二乘问题。实验的结果证明:这种算法是一种有效的算法。     

仿生机器鱼的动力学仿真

仿生机器鱼的研究受到各国越来越多的研究工作者的重视,并取得了一定的成果.本文着重研究了仿生机器鱼的尾鳍的动力学并建立了仿生机器鱼的运动模型,并对该模型进行了计算机仿真,研究探索了仿生机器鱼的前进速度与尾鳍摆角、摆动频率、摆动幅度之间的关系.     

并发代码的继承问题

文献[1]提出了一种新的刻划并发行为的方法.本文继续讨论这种方法在面向对象的程序设计中是如何解决并发代码在继承过程中的冲突问题的.     

溴代胞嘧啶对三螺旋DNA稳定性的影响

研究了三螺旋ＤＮＡ中胞嘧啶被５－溴有包嘧啶取代后的稳定性问题。通过建立ＣＧＣ、ＣＧＢｒＣ,ＢｒＧＣ和ＢｒＣＧＢｒＣ４种模型。并２ＩｎｓｉｇｈｔⅡ软件包中的Ｄｉｓｃｏｖｅｒ程度进行计算模拟,骼５－溴胞嘧啶取代三螺肇ＤＮＡ分子中的胞嘧啶后,整个分子的稳定性与有所降低。同时,当用５－溴胞嘧啶取代三螺旋ＤＮＡ不同链上的胞嘧啶时,被取代链的碱基堆积能显著增高,导致分子人稳定性降低,但被取代链和相邻链同相互和     

人体三围特征计算的研究与实现

文中提出了一个基于多边形逼近和凸包球取的人体三围特征计算方法。首先给出了一个具有确定性的高效的多边形逼年算法，运用该算法对人体横截面边界进行特征化处理，再通过特征识别抽取人体三围的特征多边形，最后通过计算凸包的方法获取人体三围特征值。文中提出的方法已运用于一个综合化的服装ＣＡＤ系统中。     

表的等价性的NP完全性的讨论

本文给出了表的等价性判定的一些结果：三元可满足性问题，表达式的ＮＰ完全性，表的ＮＰ完全性，还给出了函数依赖对表的影响，强等价性的复杂性的一些讨论。为对表的进一步研究屯指出了方向。     

独立边界自增强方法

提出了独立边界的自增强算法.使用反复随机搜索获得各种可能的独立边界轨迹;使用搜索轨迹的自增强代替过去的固定点的领域增强方法;采用搜索轨迹的积累技术代替过去的迭代操作.实验证明:该方法克服了过去的方法对噪声和局部错误极度敏感的缺点,能够在进行边缘增强的同时有效地抑制噪声.     

计算机仿真系统的可信度评估

相似理论是计算机仿真的基础,它在建立仿真模型、仿真可信性评估等方面都有很好的指导作用,在文中分析相似理论中的序结构定律的基础上,将序结构定律运用于计算机仿真系统的相似评定中,并给出了具体的算法。对如何评估仿真系统的相似度问题,在理论上作了一定的研究和探讨。     

PERCEPTION OF AREA OF INTERPOLATED FIGURES

The area perception of incomplete (interpolated) geometric figures is studied. The obtained data are discussed in order to compare them with the results of our previous experiments where complete figures were studied. The results of the present experiment support the validity of the model of area perception that is based on the concept of image function. The different contributions of the perceptual processes as well as of the cognitive processes to the area estimation are discussed.     

利用关联矩阵的秩判断Petri网的公平性

本文对有界Ｐｅｔｒｉ网的公平性与分组公平性以及无界Ｐｅｔｒｉ网的公平性分别得到了利用关联矩阵的秩进行判断的一组充要条件，这些条件使用起来是非常方便的．