并行组合数学模型方式研究及初步应用

发布时间：2017-11-18 11:16

  本文关键词：并行组合数学模型方式研究及初步应用

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【摘要】：复杂问题模拟和计算机多核心的发展趋势要求改变传统数学模型单一串行模型程序的开发方式。本文针对工程领域常见的时间过程模拟模型,基于多进程和网络技术,提出了一种通用的并行组合数学模型开发方式(PMDA)。将复杂过程模拟变成简单模型的进程级并行计算与数据交换。论文主要工作与成果如下: 1、分析了数学模型要求和计算机技术发展趋势,得出PMDA是解决数学模型发展瓶颈的关键技术之一的结论。在此基础上提出了PMDA研究的目标、任务和技术路线。 2、针对时间过程数学模型提出一种通用的PMDA方法。可从时间步长层面比较方便地组合不同尺度和性质的模型并行计算、模拟一个复杂过程。该方法采用中央控制的框架结构,只需在模型的时间循环内插入一个过程函数即可将模型组件化,采用网络作为数据传输的基本手段,采用“物理量—位置—时间”来描述交互数据,采用分层方式来管理模型间组合信息,采用扩展权重法实现了不同数据之间的转换,设计了“按时间,有节奏”的时间调度方法、显式和半隐式两种耦合方式和空间与时间的平滑处理方法。 3、利用C++和Fortran混合编程技术对本文所提的PMDA进行了具体实现,开发了相关软件系统。提供了模型组件化中间件和组件化编程模板、组合控制平台和用于分布式计算的远程模型管理客户端,极大地简化了模型组合时的难度,使PMDA很容易被一般科研人员接受和使用。 4、利用本文的PMDA方法和系统对几种典型的组合问题进行了研究,并对模型的组合特性进行了初步分析。初步检验表明,并行组合方式在模型间物理量交互、逻辑控制和分区并行计算方面具有广泛的应用前景。对三峡水库城陵矶补偿调度研究表明三峡水库对长江中游来洪有很大的调蓄作用。 5、提出了并行组合数学模型标准(纲要),从子模型开发和PMDA系统开发两个方面指出了PMDA开发中应该注意的问题,为今后提出正式标准奠定了基础。 PMDA充分利用现代计算机多计算核心技术和网络化技术趋势避免数学模型向无限复杂化的方向发展,为多计算核心环境下的复杂大系统的数学模型开发探寻更简单、有效和合理的途径。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP311.52;O242.1

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本文编号：1199595