消息传递接口在偏微分方程中的并行计算

针对四冲程内燃机活塞在气缸套中的二阶运动轨迹的求解问题，提出基于消息传递接口（MPI）并行化求解非线性二阶偏微分方程，计算时用消息传递的并行编程模型对不存在数据相关的部分实施并行化。对各个模块的划分以及颗粒度的大小进行了论述。对求解问题中不同的求解精度要求和通信方式，分别在SUN工作站和上海超级计算中心神威机上进行计算，对各自的总计算时间和并行时间做了对比分析，并给出了加速比和适宜的进程数。研究表明，改进后的并行算法可以在较短的时间内得到高精度的结果，且具有很好的加速比。     

一种多传感器图像并行融合新方法

小波包变换能够为图像融合提供非常精细的分析。但是,在图像较大时融合的计算量大,耗时长,难以进行快速、实时融合。通过对小波包融合方法在单处理机上的执行效率的分析,针对算法固有的时间复杂性和并行性,提出了一种分布存储环境下的小波包并行融合算法。该算法针对小波变换计算的数据局部性特点,设计并实现了基于Pentium PC和1000Mbps交换式以太网的机群系统的MPI(Message Passing Interface)并行环境的并行小波包图像融合方法。针对不同大小图像、以及不同的集群规模,分析了并行计算的性能。在机群系统上对算法进行实现,结果表明该算法具有良好的并行性能。     

温特斯模型参数并行求解方法与应用

针对能源生产中压缩空气日产量具有明显周期性和规律变化的特性,提出了一种基于霍尔特-温特斯模型的参数并行计算预测方法。从时间序列分析、指数平滑以及最优平滑系数的并行求解入手,建立了压缩空气日产量预测模型。实验结果表明该预测模型在提高运算速度的同时具有较高预测精度。     

一个支持并行计算的前后台操作系统

针对并行计算机系统对操作系统的需求，分析了ＭＳＯＤＳ和ＵＮＩＸ中存在的问题，提出了一个能有效支持并行计算的前后台操作系统，着重讨论了系统的设计思想和实现技术。     

最大互信息系数的并行计算方法研究

针对最大互信息系数（Maximal Information Coefficient,MIC）近似算法在大规模数据场景下的计算时间复杂度高,计算时间增长快的问题,提出一种最大互信息系数并行计算（The Parallel Computing Maximal Information Coefficient,PCMIC）方法。分别在Spark和Spark-消息传递接口（Message Passing Interface,MPI）计算框架中,在不同的数据规模和不同的噪声水平下,利用PCMIC算法对十四种典型的相关关系做并行计算。另外在不同节点数的情况下,选择两种具有代表性的相关关系来测试PCMIC算法在两种计算框架中的性能。实验结果表明：（1）PCMIC算法在两种框架下的运算效果与原始MIC近似算法相比,同样具有普适性和均匀性,而且具有良好的可扩展性。（2）随着数据规模和节点数的增加,PCMIC算法在两种框架中运算的时间增长明显比MIC近似算法慢,而且在Spark-MPI框架下的并行加速比和效率略优于Spark。（3）Spark能够支持MPI任务的调度,为研究不同并行计算框架之间的融合奠定了一定的理论和应用基础。     

基于科学计算组件规范的高性能大地电磁正演模型研究*

为了提高基于有限元法构建的大地电磁正演模型的计算性能,以及解决模型计算的复杂性问题,提出了一种基于美国新近提出的大规模科学计算领域组件规范CCA(Common Component Architecture)构建的组件化分布式并行大地电磁正演MT模型。首先,基于CCA规范定义MT组件服务端口,定义MT组件; 其次,采用有限元方法将Maxwell方程离散为线性系统,采用GreenField算法对其求解,设计了一种频率域分解策略实现了一个分布式并行MT模型;最后,采用Babel编译生成了一个分布式并行MT模型组件。实验结果表明,该方法所构建的MT模型组件具有较高的计算性能、灵活性和可扩展性。     

网络并行计算在轨道结构动力分析中的应用

针对车辆-轨道结构动力分析问题，提出了一种基于网络并行计算环境的并行求解方法．考虑车辆和轨道结构特征，建立车辆-轨道结构动力分析模型，推求动力响应微分方程．针对推导的微分方程，改进串行求解算法，提出一种宏流水并行算法．针对算法的性质分析了该算法的适用范围，并从理论上分析了最佳节点机个数和最大加速比．考虑车辆通过轨道不平顺情况，实现了求解轨道结构动力响应的宏流水并行程序．分别在工作站和个人计算机组成的网络并行环境中，测试了提出的宏流水算法性能．实验结果表明，宏流水并行算法可以获得良好的加速比．     

MPP上的并行松弛迭代算法

讨论了松驰迭代算法在大规模并行处理机（massively parallel processor，MPP）计算模型上的并行化，给出了在MPP上的并行算法。该算法将计算近似解向量各分量值的时间错开，从而使各个分量的迭代计算可并行进行。对算法性能进行的分析和在大规模并行处理机系统曙光2000中对算法进行的计算均表明：并行松驰迭代算法具有较好的收敛速度、较高的加速比和可扩放性。     

云环境下基于预分片的遥感数据并行重采样方法

面向海量高分辨率遥感影像数据快速发布需求,针对当前云环境下遥感影像数据并行重采样存在的难题,结合云平台MapReduce并行计算框架特性和遥感影像数据处理特点,提出了一种基于预分片的遥感影像数据并行重采样方法,通过预分片机制有效实现了该框架中对影像数据分片和并行重采样任务的控制,解决了MapReduce难以用于并行处理非结构化、具有空间位置特征的遥感影像数据的问题,从而实现了云环境下遥感影像数据的高效并行重采样.通过在开源云平台Hadoop上的实验和分析表明,该方法具有良好的重采样性能,能够实现高分辨率遥感影像数据的高效重采样.     

一个支持并行计算的前后台操作系统

针对并行计算机系统对操作系统的需求，分析了ＭＳＤＯＳ和ＵＮＩＸ中存在的问题，提出了一个能有效支持并行计算的前后台操作系统，着重讨论了系统的设计思想和实现技术     

MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

并行处理可视化监测环境

针对并行程序的工程化开发中缺乏有效的并行程序执行过程的可视化、性能监测与分析工具 ,该文设计和实现了一个面向并行程序的集成开发环境的可视化与监测分析工具。该环境集成并行过程的可视化、并行性能监测和评价于一体 ,根据它提供的直观可视信息 ,程序员能形象化地看到并行程序的运行状况 ,了解并行程序的执行性能 ,并通过性能监测分析比较并行算法 ,找出并行算法的性能瓶颈。该工具已应用于胜利油田的油藏数值并行模拟中 ,有效地支持了油藏数值模拟并行程序设计的开发 ,并获得了较好的效果     

耦合溶质运移和化学反应模拟的并行优化

针对TOUGHREACT程序在耦合溶质运移和化学反应计算过程中, 计算规模和时间需求的不断增加导致求解规模逐渐增大的问题, 提出了用耦合过程并行化对耦合模拟过程进行改进的方法. 该方法改进了原有的程序结构, 实现了化学反应计算并行化. 实验结果表明, 改进后的耦合计算部分在执行时间上有2~3倍的加速效果.     

适合于分布式并行计算的PCOCR方法

针对求解大型稀疏复对称线性方程组,提出了1种适合于分布式并行计算的并行化COCR(Conjugate A-Orthogonal Conjugate Residual)方法,简记为PCOCR.在保证计算次序、矩阵向量乘积和向量校正不变的情况下,通过利用等价的数学推导,PCOCR方法将COCR方法每个迭代步所需的2次全局通讯降为了1次,同时,2种方法具有相同的数值稳定性.性能分析部分表明,所提出的PCOCR方法比COCR方法具有更好的并行可扩展性,同时并行通讯性能改进比率趋于50%.     

适合于分布式并行计算的PCOCR方法

针对求解大型稀疏复对称线性方程组,提出了1种适合于分布式并行计算的并行化COCR(Conjugate A-Orthogonal Conjugate Residual)方法,简记为PCOCR.在保证计算次序、矩阵向量乘积和向量校正不变的情况下,通过利用等价的数学推导,PCOCR方法将COCR方法每个迭代步所需的2次全局通讯降为了1次,同时,2种方法具有相同的数值稳定性.性能分析部分表明,所提出的PCOCR方法比COCR方法具有更好的并行可扩展性,同时并行通讯性能改进比率趋于50%.     

BSP编程环境下的调试器设计及实现

并行调试器对于并行程序的开发有着非常重要的意义．介绍了ＢＳＰ计算模型及ＢＳＰ编程环境下的一个并行调试器的设计和实现过程，调试器的设计利用了ＢＳＰ并行模型中的“超步”机制对并行调试器的支持和代码嵌入技术．文中设计和实现的并行调试器运行在ＵＮＩＸ平台上，并带有图形界面接口．ＢＳＰ并行调试器作为ＢＳＰ并行编程环境的一部分，将方便程序员进行并行程序的开发．     

基于改进粒子群优化的弹道并行求解算法

弹道解算精度与解算时间直接影响了火控系统的整体性能,然而精度与时间往往是相互矛盾的两个因素,在不损失精度的情况下提高解算速度具有重要意义. 基于改进粒子群优化的弹道并行求解算法,采用并行求解算法充分发挥多核计算机的性能,从而在不损失精度的前提下有效地提高了弹道解算的效率. 该方法首先通过引入粒子群优化算法将弹道解算转化为一个寻优过程,利用周氏迭代修正公式计算得到的修正角度引导粒子群更新加快算法的收敛速度;然后通过将粒子分配到并行域的线程中将弹道解算方法并行化. 数值实验表明本方法可以有效提高弹道解算的收敛速度,将计算时间平均缩短为原有时间的1/5.      

并行CORBA在网络并行计算中的应用研究

讨论了一个通用对象请求代理体系结构(CORBA)的扩展一并行CORBA，井详细分析了它的原理．以油气储层随机建模计算模型为例，研究了基于并行CORBA的油气储层随机建模计算模型，实现了基于并行CORBA技术油气储层随机建模的软件．结果表明，并行CORBA技术大大提高了油气储层随机建模的计算效率，有效地利用了网络资源．     

基于区域分解法的地下水有限元并行数值模拟

地下水系统概念的出现对地下水模拟技术、地下水决策支持管理提出了新的要求，比如地下水系统中同时包含包气带模型和饱和带模型，或在饱和带中同时出现孔隙介质模型和裂隙介质模型，更可能在建造地下水模型的同时必须结合考虑地表水模型，所有的这些顾虑和可能均会使模型复杂化，且不说用目前流行的数值方法难于求解，就算能求解也势必造成计算工作量的剧增，这就需要借助高性能计算机来担任这项工作．相对于代价高昂的共享内存多处理器技术，基于分布式模型的机群计算技术为此项工作的实现提供了可能．讨论了如何利用机群计算技术，实现地下水有限元并行数值模拟．从地下水有限元模型的并行求解可能、基于区域分解法的并行算法、并行编程以及并行计算的实现各方面着手，系统地阐述了地下水有限元并行模拟的关键技术，并将该方法应用于一个理想的地下水溶质运移模型中，取得了成功．还讨论了方法的应用前景，包括利用机群计算技术实现对整个流域的地下水进行准实时模拟，为地下水调度提供决策依据．     

基于并行计算的消声器三维数值模拟

针对某款汽车复杂消声器建立了三维数值计算模型,采用并行计算技术对该模型进行计算．通过分析数值计算结果,找到该款消声器产生压力损失和再生噪声的主要部位分别是消声器进气内插管开孔处和出气内插管的进口处．据此提出了相应的改进方案．计算结果显示,改进后消声器的背压比原消声器背压大幅度下降,最大可下降20%左右．这种基于计算流体力学理论结合并行数值模拟技术的设计方法,计算一个算例仅需20 min左右,降低了设计周期和设计成本．