Some massively parallel algorithms from nature

We introduced the work on parallel problem solvers from physics and biology being developed by the research team at the State Key Laboratory of Software Engineering, Wuhan University. Results on parallel solvers include the following areas: Evolutionary algorithms based on imitating the evolution processes of nature for parallel problem solving, especially for parallel optimization and model-building; Asynchronous parallel algorithms based on domain decomposition which are inspired by physical analogies such as elastic relaxation process and annealing process, for scientific computations, especially for solving nonlinear mathematical physics problems. All these algorithms have the following common characteristics: inherent parallelism, self-adaptation and self-organization, because the basic ideas of these solvers are from imitating the natural evolutionary processes. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 60133010, No. 70071042, No. 60073043) and National Laboratory for Parallel and Distributed Processing Biography: Li Yan (1974-), female, Ph. D candidate, research direction: evolutionary computation.     

Beowulf型并行计算系统的管理软件研究

基于Winsock网络通信函数和MPI并行通信函数,采用Visual Basic和Visual Fortran混合编程的方法,编写了一套针对Beowulf并行系统的管理软件.该管理软件可在任意一台节点机上,完成整个并行系统中各个节点机的状态检测、文件远程拷贝、内存驻留进程查询、速度测试、远程关机、重新启动和注销等操作.该管理软件已成功运行于一套由16台微机组成的Beowulf并行系统上,大幅度地简化了该系统的操作,提高了管理效率.     

An introduction to the PMESC parallel programming paradigm and library for task parallel computation

Task-parallel problems are difficult to implement efficiently in parallel because they are asynchronous and unpredictable. The difficulties are compounded on distributedmemory computers where interprocessor communication can impose a substantial overhead. A few languages and libraries have been proposed that are specifically designed to support this kind of computation. However, one big challenge still remains: to make those tools understood and used by scientists. engineers, and others who want to exploit the power of parallel computers without spending much effort in mastering those tools. The PMESC programming paradigm and library presented here are designed to make programming on distributed-memory computers easy to understand and to make efficient parallel code easy to produce. The paradigm provides a methodology for structuring task-parallel problems that allows the separation of different phases in the computation. The library provides support for those phases that are application-independent allowing the users to concentrate on the applicationspecific oues.     

Fortran 90在图形和图像处理中的应用

介绍了Fortran 90绘图功能及函数的使用。通过对Fortran 90在图形、图像方面的应用实例研究表明：将Fortran 90强大的数组计算优势应用于图形、图像处理后,不仅可以提高编程效率,而且能够使程序结构更清晰、可读性好,确保了图形、图像处理程序的设计质量,因此,Fortran 90是实现科学计算可视化的有力工具之一。     

稀薄气体高超声流动的非结构DSMC的并行化计算

 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球（VHS）分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo（DSMC）源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。     

An object oriented C++ parallel compiler system

An object-oriented C++ parallel compiler system, called OOCPCS, is developed to facilitate programmers to write sequential programs using C++ or Annotated C++ language for parallel computation. OOCPCS bases on an integrated object-oriented paradigm and large-grain data flow model, called OOLGDFM, and recognizes automatically parallel objects using parallel compiling techniques. The paper describes the object-oriented parallel model and realization of the system on networks.     

C环境中调用FORTRAN程序

针对目前C语言编程的广泛使用,而过去许多工程计算问题则是采用FORTRAN语言编程,叙述实现在C程序中调用FORTRAN语言编写的功能模块,可用于解决一些实际问题。本文的目的就在于指出上述方式的调用过程中应该注意的一些问题。     

DSMC交互式并行化系统性能预测模型

对机群环境下的DSMC并行计算问题考虑了初始数据划分、系统负载平衡和网络通信情况等因素,建立了DSMC交互式并行化系统中的性能预测模型,分析了机群系统的物理参数如何影响DSMC并行模拟计算的效率。对两个实际DSMC问题的研究结果表明,性能预测结果与实际测试结果基本吻合。说明该方法是正确有效的。     

一类互补约束优化问题的一个扰动方法的收敛性

互补约束优化问题是一类重要的最优化问题,在科学和工程中有着重要的应用.交通规划的道路扩容问题,经济学领域的DICE模型都是互补约束优化问题.这类问题因为约束集合不满足通常的约束规范而不能用传统的非线性规划方法处理,往往用光滑近似的方法来克服这一困难.考虑一类互补约束优化问题的基于光滑化Fischer-Burmeister函数的扰动方法.证明了当光滑化参数μ↘0时扰动问题的值收敛到原问题的最优值,扰动问题的最优解集合的外极限包含在问题最优解集合中.说明扰动问题很容易满足通常的约束规范,并给出扰动问题的一阶必要性最优条件和二阶充分性最优条件.     

基于UML的快速原型化开发

随着计算机的普及和发展,人们对信息管理系统软件的需求日益增多,应用程序内部的业务逻辑也日益复杂。所以要求开发方法既能够满足软件系统的庞大、复杂的要求,又能满足制作规范、快速、低成本的要求。面向对象化是新一代软件技术发展的标志,为大规模的系统完成庞大繁杂的功能,提供了快速开发的基础。利用面向对象技术可以提高软件生产力,高质量地开发应用程序。为了达到这种效果,基于UML这种图形设计语言,采用面向对象方法进行原型开发,为软件开发的规范化、快速化提供了必要的基础和手段。     

计算流体力学的微机网络集群系统的研究

介绍了微机集群架构和PVM技术在计算流体力学复杂课题研究中的有效性.着重讨论了在微机并行机群上进行CFD计算,以及计算中的负载平衡等相关问题.给出了并行分区计算的方法,并给出了实际计算结果.结果证明本文介绍的方法是正确的,能有效地均衡计算负载,达到较理想的并行效率.     

HPSEPS软件包及其千核应用

基于自主开发的并行软件包HPSEPS所提供的大规模对称特征问题并行求解器,讨论了对称特征问题的并行计算方法,给出了HPSEPS的架构.HPSEPS软件包开发基于多级并行实现技术,并提供包括求解稠密和稀疏特征问题在内的多个并行求解器.在深腾7000平台上对不同大规模特征问题的并行求解进行了性能测试,实验结果表明HPSEPS在上千处理器核上具有很好地可扩展性.通过第一性原理,在上千处理器核上将Si金刚石结构计算由400个原子提升到2 000个原子,并给出了1 200个原子碳纳米管和纳米量子点计算.     

等混合法的数据处理

近年来,等混合法在矿产预报,区域构造分析,气象预报数据处理等领域中得到广泛的应用,但由于其计算工作浩繁,而只能在大型计算机上进行运算。本文使用IBM-PC微型机和应用FORTRAN77语言编制程序,实现了对某地区的构造分析,完成了等混合法的全部运算。     

结构动力分析显式积分并行算法与实现

在分布式并行计算机环境下开展有限元并行算法研究是计算力学领域的前沿课题之一。基于区域分裂法，提出了结构动力分析两种形式的显式积分法的并行算法及步骤；同时，在用Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ组成的分布式ＭＩＭＤ并行计算机上，采用３Ｌ并行Ｆｏｒｔｒａｎ编写了计算程序，并将其移植到串并行混合有限元分析软件ＰＦＥＭ中；最后，通过对三维空间钢架结构的实际分析，不仅验证了算法和程序设计的正确性，而且结果表明算法具有较高的并行效率。当２个和３个ＣＰＵ工作时，并行效率分别为０．８和０．７。     

渗滤分离过程的数值模拟

建立了渗滤分离过程的偏微分方程组，并给出了数值解的迭代公式。通过Fortran编程进行数值模拟，对模拟效果进行了分析。     

Solid phase based DNA solution of the coloring problem

DNA computing has the potential to tackle computationally difficult problems that have real-world implications.The parallel search capabilities of DNA make it a valuable tool for approaching intractable computational problems,for which conventional computers have limited potentials.Up to now,many accomplishments have been achieved to improve its performance and increase its reliability.In this paper,the coloring problem has been solved by means of molecular biology techniques.The coloring problem is a well-known NP-complete problem.This work represents further evidence for the ability of DNA computing to solve NP-complete problems.     

异构任务图的实现模型

任意异构程序映射到任意异松系统上执行,是并行程序计算最复杂的情况,为此提出了异构任务图的定义,它是异构程度直观和有效描述方法,还研究了异构任务图的实现模型,它是异构计算环境中软件和硬件的桥梁,分别给出了任务图的分簇算法、系统图的分簇算法和映射算法及应用实例,利用该模型可设计出可移植的并行程序,然后调度到可动态配置的异构计算机组织上运行。     

Design of efficient parallel algorithms on shared memory multiprocessors

The design of parallel algorithms is studied in this paper. These algorithms are applicable to shared memory MIMD machines. In this paper, the emphasis is put on the methods for design of the efficient parallel algorithms. The design of efficient parallel algorithms should be based on the following considerations: algorithm parallelism and the hardware parallelism; granularity of the parallel algorithm; algorithm optimization according to the underling parallel machine. In this paper, these principles are applied to solve a model problem of the PDE. The speedup of the new method is high. The results were tested and evaluated on a shared memory MIMD machine. The practical results were agree with the predicted performance.     

面向对象分析建模策略及相关讨论

首先介绍了面向对象的软件分析建模的重要性;并在分析比较目前流行的几种面向对象分析建模策略的基础上,着重介绍了在开发青鸟系统系列工具中采用的一种基于面向对象技术的分析建模策略;对分析建模过程中涉及的一些关键问题进行了探讨.     

电子计算机与数理逻辑

由于数理逻辑的兴起以及电子技术的发展,于二十世纪中期导致电子计算机的产生,从而可以用机器代替人们进行推理与计算。数理逻辑还给出了可以使用电子计算机的准则,即当存储量以及计算时间可以无界地增大时,它恰巧可以计算一般递归函数(可能行计算的函数),如果考虑到计算机的现实的物质设备时,则只能计算其时间(空间)复杂度受多项式所界的函数(可现行计算的函数)。使用电子计算机时,必须先进行程序设计,而且我们不应该枝节地就逐个问题而考虑编程序,而应该有一套关于程序设计的理论(软件理论),这其中将讨论程序正确性的核实,程序在运行过程中如有出错如何检查,不同程序之间其优劣如何判定(这又牵涉到程序的结构问题),此外还可讨论计算复杂性对程序的影响等等,这些问题的研究都涉及数理逻辑。最近人们常常谈到第五代计算机,这其间从理论,总体设计(平行计算问题)到具体设计都有大量的数理逻辑问题,是有待探索与解决的。可以说,数理逻辑是计算机科学的一个主要支柱。