本文關(guān)鍵詞：并行組合數(shù)學(xué)模型方式研究及初步應(yīng)用

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【摘要】：復(fù)雜問題模擬和計算機多核心的發(fā)展趨勢要求改變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型單一串行模型程序的開發(fā)方式。本文針對工程領(lǐng)域常見的時間過程模擬模型,基于多進程和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),提出了一種通用的并行組合數(shù)學(xué)模型開發(fā)方式(PMDA)。將復(fù)雜過程模擬變成簡單模型的進程級并行計算與數(shù)據(jù)交換。論文主要工作與成果如下: 1、分析了數(shù)學(xué)模型要求和計算機技術(shù)發(fā)展趨勢,得出PMDA是解決數(shù)學(xué)模型發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)之一的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上提出了PMDA研究的目標、任務(wù)和技術(shù)路線。 2、針對時間過程數(shù)學(xué)模型提出一種通用的PMDA方法�？蓮臅r間步長層面比較方便地組合不同尺度和性質(zhì)的模型并行計算、模擬一個復(fù)雜過程。該方法采用中央控制的框架結(jié)構(gòu),只需在模型的時間循環(huán)內(nèi)插入一個過程函數(shù)即可將模型組件化,采用網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕臼侄?采用“物理量—位置—時間”來描述交互數(shù)據(jù),采用分層方式來管理模型間組合信息,采用擴展權(quán)重法實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換,設(shè)計了“按時間,有節(jié)奏”的時間調(diào)度方法、顯式和半隱式兩種耦合方式和空間與時間的平滑處理方法。 3、利用C++和Fortran混合編程技術(shù)對本文所提的PMDA進行了具體實現(xiàn),開發(fā)了相關(guān)軟件系統(tǒng)。提供了模型組件化中間件和組件化編程模板、組合控制平臺和用于分布式計算的遠程模型管理客戶端,極大地簡化了模型組合時的難度,使PMDA很容易被一般科研人員接受和使用。 4、利用本文的PMDA方法和系統(tǒng)對幾種典型的組合問題進行了研究,并對模型的組合特性進行了初步分析。初步檢驗表明,并行組合方式在模型間物理量交互、邏輯控制和分區(qū)并行計算方面具有廣泛的應(yīng)用前景。對三峽水庫城陵磯補償調(diào)度研究表明三峽水庫對長江中游來洪有很大的調(diào)蓄作用。 5、提出了并行組合數(shù)學(xué)模型標準(綱要),從子模型開發(fā)和PMDA系統(tǒng)開發(fā)兩個方面指出了PMDA開發(fā)中應(yīng)該注意的問題,為今后提出正式標準奠定了基礎(chǔ)。 PMDA充分利用現(xiàn)代計算機多計算核心技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)趨勢避免數(shù)學(xué)模型向無限復(fù)雜化的方向發(fā)展,為多計算核心環(huán)境下的復(fù)雜大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型開發(fā)探尋更簡單、有效和合理的途徑。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP311.52;O242.1

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本文編號：1199595