逻辑进程范型的形式语义、算法评估及其在空间随机仿真中的应用

发布时间：2021-04-20 15:45

　　当前,传统空间随机仿真方法已无法满足大规模、细粒度生化反应网络等研究的应用需求。首先,由于缺乏形式化表示方法,目前基于逻辑进程范型的并行仿真开发普遍基于特定的仿真平台进行,使得其执行语义与实现平台紧耦合,且难以采用形式化方法对模型行为进行分析;其次,大规模空间并行随机仿真性能对所采用的算法非常敏感,而其并发执行中模型行为的复杂性和平台物理特征等多种因素导致了难以使用计算复杂性分析手段进行有效的仿真性能评估。因此,结合形式化方法与实验算法学理论,研究提出逻辑进程范型的形式语义与算法实验性评估方法,解决空间随机仿真并行化中的结果一致性问题以及仿真算法选择问题,对于拓展并行离散事件仿真应用范围,丰富和发展并行离散事件仿真建模方法学和算法评估手段,提高空间随机仿真的运行效率等具有重要的理论和实践意义。论文以空间随机仿真的高效并行执行为需求背景和目标,对逻辑进程范型的形式语义、算法评估方法、及其在大规模空间随机仿真并行化的正确性论证和算法优选中的应用等进行了深入的研究。论文的主要工作和创新点如下:（1）提出了面向逻辑进程范型的分割事件图建模范式。当前基于逻辑进程范型的并行离散事件仿真平台由于缺乏... 

【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 立题背景
    1.2 国内外相关研究及面临的主要问题
        1.2.1 空间随机仿真
        1.2.2 逻辑进程范型建模范式
        1.2.3 逻辑进程范型仿真算法性能评估
        1.2.4 当前研究面临的主要问题
    1.3 课题研究目标及意义
    1.4 论文的主要工作与创新
        1.4.1 主要工作
        1.4.2 论文结构
第二章 基于逻辑进程范型的并行仿真技术概述
    2.1 引言
    2.2 离散事件仿真
    2.3 相关概念与术语
    2.4 逻辑进程范型
        2.4.1 概述
        2.4.2 事件执行序与同时性
        2.4.3 逻辑进程范型的时间管理算法
        2.4.4 并行离散事件仿真应用
    2.5 基于逻辑进程范型的空间随机仿真
        2.5.1 计算系统生物学与随机离散事件模型
        2.5.2 主方程方法与空间随机仿真
    2.6 小结
第三章 面向逻辑进程范型的形式化建模范式研究
    3.1 引言
    3.2 相关研究工作与局限性
    3.3 分割事件图范式
        3.3.1 约束与假设
        3.3.2 事件图与逻辑进程
        3.3.3 分割事件图范式定义
        3.3.4 分割事件图语法
        3.3.5 执行语义
    3.4 分割事件图范式的结构操作语义
        3.4.1 定义
        3.4.2 事件图模型的结构操作语义
        3.4.3 分割事件图模型的结构操作语义
        3.4.4 墙钟时间执行的路径等价性
    3.5 小结
第四章 逻辑进程范型仿真算法实验性评估技术
    4.1 引言
    4.2 相关研究工作与局限性
    4.3 逻辑进程范型仿真算法的实验性评估方法
        4.3.1 DeMo 框架下逻辑进程范型本体定义
        4.3.2 逻辑进程仿真算法体系
    4.4 逻辑进程范型的建模与仿真框架
        4.4.1 逻辑进程的建模框架
        4.4.2 逻辑进程范型仿真算法可扩展框架
        4.4.3 虚拟运行平台
        4.4.4 仿真算法实验部署方法
    4.5 基准模型与仿真算法插件库
        4.5.1 基准模型
        4.5.2 逻辑进程相关仿真算法算法库
    4.6 典型算法的实验性评估与结果
        4.6.1 多线程实验
        4.6.2 多进程实验
    4.7 小结
第五章 基于逻辑进程范型的空间随机仿真并行化技术
    5.1 引言
    5.2 相关研究与局限性
    5.3 抽象下一子空间法
        5.3.1 模型表示
        5.3.2 同时状态更新与子空间边界一致性
        5.3.3 并行仿真结果的统计一致性证明
    5.4 仿真算法实验
        5.4.1 乐观执行下伪随机数序列质量实验性评估
        5.4.2 异步并行精确算法
    5.5 小结
第六章 领域相关模型的大规模空间并行随机仿真
    6.1 引言
    6.2 相关研究与局限性
    6.3 领域相关模型的并行离散事件仿真方法
        6.3.1 分割事件图驱动的领域相关建模框架
        6.3.2 一般事件图模型向分割事件图模型的转换方法
        6.3.3 领域相关语言脚本到分割事件图范式的映射关系
    6.4 生化反应网络的大规模空间并行随机仿真实验
        6.4.1 领域语言向仿真平台表示的模型转换
        6.4.2 实验设置
        6.4.3 Lotka-Volterra 系统种群数量动力学特征
        6.4.4 乐观时间管理算法性能比较
        6.4.5 基于MPI 的并行执行加速能力评估
        6.4.6 仿真效率与范型效率评估
        6.4.7 扩散/ 反应常数比例对仿真性能的影响
    6.5 小结
第七章 总结与未来工作
    7.1 论文工作的总结
    7.2 课题研究展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的主要学术论文
攻读博士学位期间参加的主要科研工作
重要符号表


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于并行处理的分析仿真解决方案[J]. 姚益平,张颖星.  系统仿真学报. 2008(24)
[2]并行离散事件仿真框架研究[J]. 林健,杨新华.  系统仿真学报. 2001(02)

博士论文
[1]分布式大规模虚拟环境中的序一致性[D]. 张伟.国防科学技术大学 2010
[2]仿真模型可移植性规范的多核并行化研究[D]. 苏年乐.国防科学技术大学 2010
[3]面向生化网络的计算技术研究[D]. 钮俊清.中国科学技术大学 2008
[4]通用并行离散事件仿真环境及相关技术研究[D]. 张耀程.国防科学技术大学 2008
[5]分布式仿真系统动态重构技术研究[D]. 韩守鹏.国防科学技术大学 2007
[6]并行仿真引擎及其相关技术研究[D]. 乔海泉.国防科学技术大学 2006
[7]基于扩展事件图的复杂仿真系统因果追溯分析方法[D]. 石峰.国防科学技术大学 2006



本文编号：3149962