用GPU加速求解线性方程组的高斯消元法

提出了应用图形处理器(GPU)加速求解线性方程组的高斯消元法,用二维四通道纹理表示系数矩阵与常数向量构成的矩阵,在该矩阵内完成归一化、消元等操作.提出了新的纹理缩减算法,该算法不要求纹理的边长是2的幂,把该纹理算法应用于高斯消元法的列主元搜索和确定主元行号.根据这些算法,使用OpenGL着色语言编程,用图形处理器实现加速求解线性方程组的高斯消元法,运算时间与基于CPU的算法比较,随着方程组未知量数量增多,基于GPU的算法具有较快的运算速度,证实图形处理器能加速线性方程组的求解.     

用部分选主元的高斯消去法并行求解线性方程组

高斯消去法,又称高斯消元法,实际上就是我们俗称的加减消元法。数学上,高斯消去法或称高斯-约当消去法,由高斯和约当得名(很多人将高斯消去作为完整的高斯-约当消去的前半部分),它是线性代数中的一个算法,用于决定线性方程组的解,决定矩阵的秩,以及决定可逆方矩阵的逆。当用于一个矩阵时,高斯消去产生行消去梯形形式。用高斯消去法求解线性方程组的解是一种比较常见的解线性方程组的方法,这种方法尤其在利用计算机求解线性方程组时是更是常用。但大多数情况下都是用串行的算法来解方程组,该文介绍了利用高斯消去法并行求解线性方程组的方法。     

分段对称反向高斯-约当消元法及其应用

求解变系数方程的高斯消元法与高斯-约当消元法计算原理类似、问题相近,但前者计算速度高于后者.提出分段对称反向高斯-约当消元法,其中包括根据系数矩阵结构特点构成特殊增广阵,以展示和应用元素的变化规律,并分段对上下三角元素消元以大大提高计算效率.对矩阵下三角元素正向消元及对称计算可简化所有下三角元素计算,而对上三角元素反向消元可再省略所有上三角元素计算,而取倒后的对角元素作为规格化因子可大大减少除法计算.根据单位矩阵结构特点,对其规格化或对系数矩阵上下三角元素消元时均仅计算部分对角元素和下三角元素可进一步提高计算效率.所有元素均用四角规则计算而无需计算公式以简化计算和编程.新方法大大减少了高斯-约当消元法中元素的计算,且原理简单、易于编程,可快速求解各种变系数方程,还可利用元素对称性求解常系数的节点阻抗矩阵.与高斯消元法和高斯-约当消元法相比,新方法计算速度大大提高.     

并行PCG算法在电法勘探中的应用研究

采用有限元法进行电法勘探时,会产生大型稀疏线性方程组,如何提高方程组的求解效率成为物探研究的关键。针对传统直接法难以实现并行求解的缺点,提出了在Beowulf集群环境下,采用并行PCG算法求解物探系统线性方程组。在集群环境下,该算法具有机器间相互通讯少、时间复杂度低等优点,并且易于并行实现。实验结果表明,采用PCG算法获得了良好的并行效果。     

并行PCG算法在电法勘探中的应用研究

采用有限元法进行电法勘探时,会产生大型稀疏线性方程组,如何提高方程组的求解效率成为物探研究的关键。针对传统直接法难以实现并行求解的缺点,提出了在Beowulf集群环境下,采用并行PCG算法求解物探系统线性方程组。在集群环境下,该算法具有机器间相互通讯少、时间复杂度低等优点,并且易于并行实现。实验结果表明,采用PCG算法获得了良好的并行效果。     

并行PCG算法在电法勘探中的应用研究

采用有限元法进行电法勘探时，会产生大型稀疏线性方程组，如何提高方程组的求解效率成为物探研究的关键。针对传统直接法难以实现并行求解的缺点，提出了在Beowulf集群环境下，采用并行PCG算法求解物探系统线性方程组。在集群环境下，该算法具有机器间相互通讯少、时间复杂度低等优点，并且易于并行实现。实验结果表明，采用PCG算法获得了良好的并行效果。     

一种快速求解二值线性方程组的并行结构

针对求解GF(2)域的线性方程组问题,改进现有的高斯消元算法,提出一种快速求解未知向量的硬件并行结构,通过增加消元与行循环位移的并行操作以降低时间复杂度,采用一类仿“smart memory”基本单元的互联完成整个算法在硬件上的映射。对结构的性能分析表明,对于密度远大于或小于0.5的n阶二值增广矩阵,并行结构平均计算时间约为2n个时钟周期,远小于软件算法时间(1/4n3)。在 3阶~50阶的二值非稀疏增广矩阵上的实现结果表明,与软件实现相比,该结构的性能可提高约2个数量级。     

基于分布式集群的线性方程组求解

在很多应用领域中都需要求解大规模的线性方程组,然而由于单机和多处理器系统的计算能力有限,这个问题没有得到很好地解决。该文提出了一种求解这类方程组的并行算法及其在Linux集群上的实现。在介绍了该算法的矩阵分块、通信机制和改进的高斯消元法之后,描述了该算法的实现流程,并进一步对其通信开销、计算开销和存储需求进行了分析。     

利用OpenMP技术实现线性方程组并行求解

文章介绍了OpenMP的并行执行原理和语言规范,讨论了OpenMP的循环并行化、迭代相关、数据共享、任务调度等问题.接着研究了高斯-约当消元法固有的并行性,提出并行高斯-约当消元法,并基于多处理器平台HP Z620进行了测试.实验结果表明,理论分析与实验结果是一致的.     

Excel的逆矩阵法

本刊98年第4期的“用Excel求解线性方程组”,利用高斯消元法和Excel的粘贴功能对方程组求解。这里介绍逆矩阵方法。 我们知道,所有线性方程组都可以表示为: AX=B或X=A~(-1)B 利用Excel提供的矩阵求逆函数MINVERSE,可以直接求出A~(-1),然后利用逆矩阵乘法函数MMULT,算出A~(-1)与B矩阵的乘积,即可得出方程组的解。假设有一方程组: