一种求解线性方程组的SOR并行算法

逐次松弛迭代算法(SOR)是求解线性方程组的一种常用迭代算法,当系数矩阵正定时,它具有较快的收敛速度。但是,由于每个迭代步内存在数据相关,它难以实现并行计算。目前的SOR并行算法采用数据分解的方法,但由于该法并行区域过小,同步通讯代价大,并行效率低。本文提出了SOR的一种新型并行算法,该算法与传统SOR方法等价,具有相同的收敛性和迭代结果。该并行算法通过矩阵分块增大了可并行计算的区域,并引入流水线技术,利用各处理器间通讯与计算时间的重叠,获得较理想的并行加速效率。通过多核微机以及小规模集群上的数值实验证明,本文提出的SOR并行算法在求解大型稠密线性方程组时具有较好的并行效率。     

一种基于CORDIC算法的高精度反正切求解

传统的CORDIC(坐标旋转计算机)算法进行高精度反正切求解时存在迭代次数多、收敛速度慢、资源消耗大等问题,提出一种改进的高精度CORDIC算法.该方法利用传统的CORDIC算法迭代数次后得到正弦信息,并利用角度和正弦值近似的原理,对迭代后的结果进行误差补偿,有效提高了相同迭代步数下的计算精度.实验数据表明:32位改进...     

边缘海静力数值预报模式并行算法研究

边缘海静力数值模式是国内针对边缘海特点自主开发的数值预报模式,但该模式因物理求解方程较多且采用不宜并行化的SOR求解算法而程序计算时间过长。针对上述问题,提出基于三维网格和海洋模式特点的SOR并行求解算法,该算法在保留三维网格数据间依赖关系的同时,有效解决了SOR迭代算法难以并行化的问题。同时,引入通信避免算法,采用MPI非阻塞通信方式,细分计算和通信过程,利用计算有效隐藏通信开销,提高了并行程序效率。实验结果表明,并行后的边缘海静力数值模式程序的性能相对串行程序提升了60.71倍,3天(25920计算时间步)预报结果的均方根误差低于0.001,满足海洋数值预报的时效性和精度要求。     

基于Levenberg-Marquardt改进算法的图像拼接

通过对Levenberg-Marquardt(LM)算法每一步迭代过程设计评估因子以及迭代参数,建立了一种LM改进算法.与经典LM算法相比,改进算法避免了迭代中矩阵奇异性导致算法出现中断的缺陷,加快了误差能量函数迭代过程中的下降速度,减少了无效计算.算法的全局收敛性保证了图像拼接中能够有效地去除重影的存在.仿真实验表明,较经典的LM算法,该方法在全景图拼接质量上有较好改进.     

无线传感器网络中基于MDS的迭代定位算法优化

节点定位是无线传感器网络中的关键技术之一.介绍了定位算法的分类,论述了一种基于多维标度的迭代定位算法.该迭代定位算法的初始值一般为随机值,该算法定位精度较高,具有一定的优越性,但存在着迭代次数多,计算量大的问题,很难在硬件资源有限的无线传感器网络节点中实现.针对这一问题,对算法进行了改进,将参考节点的质心坐标设置为迭代初始值.仿真结果表明:改进后的MDS迭代定位算法,迭代次数大大减少,定位精度显著提高.改进算法可应用到实际的无线传感器网络的定位系统中.     

基于改进Levenberg-Marquardt算法的加速度计标定模型研究

对MEMS加速度计的标定模型进行研究是提高MEMS加速度计精度的重要方法.本文提出一种基于改进Levenberg-Marquardt算法的加速度计标定模型.基于静态多位置翻转法进行标定,根据误差建立数学模型即非线性最小二乘的求最小值问题,由于原始Levenberg-Marquardt算法在迭代求解最优估计值下降慢以及计算量大等问题,通过充分利用算法每次迭代的计算结果设置步长因子,获取最优估计值迭代次数减少,并在理论上证明了改进算法的收敛性.又针对标定后存在数值偏离真实值的问题,提出利用传感器状态信息对标定模型进行改进,使用改进标定模型的数值实验效果良好.     

BP网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用

研究了BP人工神经网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用.提出了以BP网络为基础的动、静压和修正参数的改进算法,并对其应用Matlab软件进行了验证.改进算法首先应用广义逆矩阵简化方程组,然后应用BP网络求解非线性方程.计算结果表明,改进算法在精度、可靠性等方面可以满足系统的设计要求.在实时性上由于改进算法避免了迭代运算,达到同样的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的5%,比迭代方法具有更大实时性优势.     

基于曲率圆的平面参数曲线求交算法

主要讨论了平面参数曲线求交的迭代算法,提出了迭代过程中迭代可信度的概念,并给出了计算方法.在此基础上,改进了MAF求交算法,给出了曲率圆迭代算法,即使用二次曲线对参数曲线的局部形状进行近似,进行迭代交点和迭代步长的计算.     

基于Sherman-Morrison公式的K-FAC算法

二阶优化方法可以加速深度神经网络的训练,但是二阶优化方法巨大的计算成本使其在实际中难以被应用.因此,近些年的研究提出了许多近似二阶优化方法的算法.K-FAC算法提供了一种近似自然梯度的有效方法.在K-FAC算法的基础上,结合拟牛顿方法的思想,提出了一种改进的K-FAC算法.在开始的少量迭代中利用KFAC算法计算,在后续迭代中构造秩–1矩阵,通过Sherman-Morrison公式进行计算,大大降低了计算复杂度.实验结果表明,改进的K-FAC算法比K-FAC算法有相似甚至是更好的实验表现.特别的,改进的K-FAC算法与KFAC算法相比减少了大量的训练时间,而且与一阶优化方法相比,在训练时间上仍具有一定的优势.     

一种基于SMP的并行逐次超松弛迭代法

逐次超松弛迭代方法被广泛应用于油藏数值模拟中压力方程的求解.其并行实现是提高模拟速度的重要途径.传统并行方案大都只是在一次迭代内进行数据划分,而没有进一步将数据划分与迭代空间划分相结合,故针对SOR算法和SMP（symmetric multi-processors）系统的特点,以OpenMP为并行化实现工具,提出了基于SMP的并行逐次超松弛迭代方法（parallelSOR）.方法通过改变不同迭代步内数据点的更新次序,使不同区域内的数据点可以并行执行多次迭代.总结出针对三维油藏区域在数据空间划分和迭代空间合并上相对较优的策略,分析了迭代过程中网格块的生长形状.与传统的并行策略相比,该方法具有可减小同步开销、改进数据局部性、cache命中率高等优点.实验结果表明,该方法具有较高的加速比和效率.     

Case-based reasoning investigation of therapy inefficacy

ISOR is a case-based reasoning system for long-term therapy support in the endocrine domain and in psychiatry. ISOR performs typical therapeutic tasks, such as computing initial therapies, initial dose recommendations and dose updates. ISOR deals especially with situations where therapies become ineffective. Causes for inefficacy have to be found and better therapy recommendations should be computed. In addition to former already solved cases, ISOR uses further knowledge forms, especially medical histories of query patients themselves and prototypes. Furthermore, the knowledge base consists of therapies, conflicts, instructions, etc. So, different forms and steps of retrieval are performed, while adaptation occurs as an interactive dialog with the user.     

ILU预处理Newton-Krylov方法的潮流计算

由于电力系统修正方程组具有高维、稀疏的特点,本文提出将预处理Krylov子空间方法应用于潮流修正方程组的求解,形成预处理Newton-Krylov的潮流计算方法。结合ILU预处理方法,比较了最常用的3类Newton-Krylov方法求解潮流方程的计算效果。通过对 IEEE30、IEEE118、IEEE300 和3个Poland大规模电力系统进行潮流计算,结果表明：3类Newton-Krylov方法是电力系统潮流计算的有效方法,呈现出良好的收敛特性和计算效率。     

双机械手对称协调力/位混合控制——模型、控制算法与实现

该文研究双手协调运动和力控制方法.基于一组面向对象的广义运动和力向量的定义, 考虑对象动力学,建立了面向对象的双手对称协调运动方程,该运动方程显式地表示了对象的 运动、内力及环境接触力与双手关节力矩间的关系.据此设计出广义工作空间一级的双手对 称协调力/位混合控制算法,并解决了算法的分解与并行实现问题.在两台PUMA562机械手 上进行的实验表明,本文研究的方法,可以在双手协调运动过程中实现对被操作对象的运动、 内力和环境接触力的混合控制.     

Computational methods for the tubular chemical reactor

The numerical methods that have been successfully applied to the tubular reactor are here reviewed. After demonstrating the essential stiffness of the equations, the Newton-Raphson iteration and collocation methods are described for the steady state. For the calculation of transients the collocation methods can be usefully supplemented by quasilinearization.     

Optimal Multi-Agent Coordination Under Tree Formation Constraints

This paper presents a framework for studying the centralized optimal multi-agent coordination problem under tree formation constraints. The geodesic equations characterizing the optimal coordinated motions are derived in a suitably chosen coordinate system for general tree formation constraints. The solutions to these equations, however, may fail to be optimal once extended beyond certain points called the conjugate points due to the failure of the second-order optimality condition. For the particular class of star formations, two methods for computing the conjugate points along a natural candidate solution are introduced. Using these methods, we derive analytically the conjugate points, as well as the better solutions once the candidate solution is extended beyond its first conjugate point. The optimal centralized coordinated motions derived in this paper will yield a performance lower bound for those generated by decentralized algorithms.     

Pseudospectral methods with open boundary conditions for the study of atmospheric wave phenomena

We consider Chebyshev pseudospectral methods for the study of atmospheric wave phenomena. The governing equations are the two-dimensional Euler equations for gas dynamics with gravity included, where accurate numerical approximation of the nonlinear behaviour is important. The methods are efficiently implemented on a Cray X-MP, and run at nearly optimal speed on one processor. In this case, space derivatives are calculated more efficiently with matrix multiplication than by the Fast Fourier Transform. The boundaries are artificial and we simulate open boundaries by using the characteristic variables of the equations. Different choices of such boundary conditions and their effects on the solutions are discussed. Numerical calculation of an example where the solution may be analytically verified is presented, and the pseudospectral method is seen to be well suited for these computations.     

非线性系统最小二乘估计的目标补偿算法

本文提出了求解非线性系统最小二乘估计问题的一种新的分解协调方法,该方法通过对各子问题的目标直接引入适当的补偿项进行协调,具有协调计算简单,子问题仍为最小二乘形式等优点,文中对该方法收敛性进行了较为详细的研究,仿真和实际应用表明,它的收敛速度快,优于整体算法和目标协调法。     

谱方法求解水声传播问题的优化与并行

水声传播数值计算的效率是各类水声学应用关心的核心因素之一,谱方法作为求解微分方程的一种数值方法,具有精度高、收敛速度快等优点,因此,近年来利用简正波-谱方法求解水声传播方程引起了许多学者的关注;然而,谱方法计算量更大,计算时间更长,在求解大范围海域声传播问题时,难以满足实时性的需求.因此,需要借助现代高性能计算机系统,...     

从拟人的角度谈控制系统智能水平的评价

从拟人的角度出发提出了对控制系统的评价体系结构。指出其评价过程分为系统的描述、评价指标分配、分布测试、智商计算、智能水平评价、评价结果输出。利用系统分析和设计以及系统仿真的方法,对系统的组织层、协调层和测试层进行了设计和实施。给出了典型仿真系统的评价过程和评价结果。     

The application of newton-euler recursive methods to the derivation of closed form dynamic equations

The article presents, in tutorial format, a development of the Newton-Euler (NE) approach to the analysis of robot dynamics. Beginning with fundamental concepts drawn from vector calculus and mechanics, a set of recursive equations are developed which allow the calculation of the dynamics of a manipulator in closed form. An example based on conventional manipulator design is evaluated in some detail and shows that, for kinematic models of some complexity, the NE approach is as fast as other techniques based on Lagrangian methods for deriving closed form dynamical equations.