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典型结构稀疏线性方程组的异构并行优化方法研究

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典型结构稀疏线性方程组的异构并行优化方法研究

作者：刘淇齐鲁工业大学

学位级别：硕士

数值模拟在科学计算和工程计算领域扮演着至关重要的角色。天气预报、流体动力学、计算金融学等数值模拟问题往往归结为三对角、块三角等典型结构稀疏线性方程组的求解。随着科技的日新月异,超级计算机架构的革新突破,异构众核架构逐渐... 详细信息

数值模拟在科学计算和工程计算领域扮演着至关重要的角色。天气预报、流体动力学、计算金融学等数值模拟问题往往归结为三对角、块三角等典型结构稀疏线性方程组的求解。随着科技的日新月异,超级计算机架构的革新突破,异构众核架构逐渐成为高端系统的首要选择。本文面向新一代神威超级计算机,设计典型结构稀疏线性方程组的并行求解算法,并结合申威26010pro众核处理器结构特征,实现高效的异构并行优化。本文的研究工作主要有:(1)结合Thomas算法和并行分裂法的优点,提出一种并行Thomas分裂算法。对求解三对角线性方程组的Thomas算法和并行分裂法进行综合分析,具体分析数据依赖性、算法的计算复杂度、通信开销、内存占用,从而提出并行Thomas分裂算法,将Thomas算法用于缩减三对角线性方程组模块的求解。通过减少数据传输量降低通信开销,提高算法效率。该算法对比并行分裂法最高加速比为10.34,相比Thomas算法有2.12倍的加速比。(2)在(1)的基础上设计并实现了异构并行Thomas分裂算法。使用主从加速并行的模式完成进程以及从核间的并行,使用批量传输来完成数据的分块及反复读取。提出一种缩减策略完成缩减方程组模块的任务,更新回代求解模块。该算法相比纯主核的并行Thomas分裂算法,计算热点最高有38.31倍的加速比,总时间有2.78倍的加速比。(3)基于申威26010Pro众核处理器平台,对PaScal＿TDMA移植和热点分析,提出一种三对角线性方程组自适应异构算法。对三维热传导问题用PaScal＿TDMA进行求解的过程进行性能热点分析,结果表明并行消元模块占比达94.5%,更新模块占比5.4%。对计算热点问题--三对角线性方程组求解进行申威异构众核优化,通过优化循环结构提出一种自适应的数据分块方案,利用共享LDM空间实现离散数据的连续传输,大幅提高了算法的计算效率。与PaScal＿TDMA相比,本文的算法加速59.4倍。三对角线性方程组自适应异构算法具有良好的可扩展性,以2个核组为基准,并行规模扩展至2048个核组,并行效率保持69.2%。(4)设计实现块三对角方程组的一种异构并行求解算法。提出一种计算与通信重叠的MPI并行方案,根据数据特性划分数据块以实现负载均衡,在申威架构上调用x Math中的swblas数学库实现块三对角方程组的一种异构并行算法。以130主从核为基准,并行规模扩展至4160个主从核,并行效率达30%以上。

关键词：典型结构稀疏线性方程组申威众核处理器异构并行优化

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绿色低碳机器学习研究与应用专题前言

软件学报 2024年第4期35卷 1585-1586页

作者：封举富俞扬刘淇北京大学智能学院南京大学人工智能学院中国科学技术大学计算机科学与技术学院

近年来,随着学术界与工业界在机器学习和人工智能领域投入越来越多的关注,相关技术获得飞速发展,机器学习已经被应用到社会生活的方方面面,并产生巨大社会价值.在“生成式人工智能”“元宇宙”等科技概念越来越受欢迎的今天,机器学习面...

近年来,随着学术界与工业界在机器学习和人工智能领域投入越来越多的关注,相关技术获得飞速发展,机器学习已经被应用到社会生活的方方面面,并产生巨大社会价值.在“生成式人工智能”“元宇宙”等科技概念越来越受欢迎的今天,机器学习面临的数据量不断增长、模型规模逐步扩大,因而对计算能力的需求也在持续增长,导致了机器学习系统能耗的上涨.我国于2020年提出“双碳”目标,逐步引导绿色技术创新,实现经济增长和生态平衡的综合效益.面向“双碳”目标,如何高效使用数据和优化计算资源变得尤为关键.

关键词：

考虑未知约束空间的空地导弹最优弹道预测方法

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宇航学报 2024年第8期45卷 1290-1300页

作者：刘淇粟华刘松语龚春林西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学陕西省空天飞行器设计重点实验室西安710072

现代作战任务更加复杂多变,空地导弹的发射条件、作战环境以及目标特征愈加复杂。传统导弹设计依赖于少量离线典型弹道,无法满足现代战争任务的多样化需求,且在线弹道规划无法满足任务快速性,因此迫切需要发展兼顾准确性和快速性的最优... 详细信息

现代作战任务更加复杂多变,空地导弹的发射条件、作战环境以及目标特征愈加复杂。传统导弹设计依赖于少量离线典型弹道,无法满足现代战争任务的多样化需求,且在线弹道规划无法满足任务快速性,因此迫切需要发展兼顾准确性和快速性的最优弹道生成方法。针对这一问题,提出了一种考虑未知约束空间的空地导弹最优弹道预测方法。构建空地导弹最优弹道预测问题,根据未知约束空间先验未知的特点改进了拉丁超立方采样方法和蒙特卡洛打靶法,提出了基于动态Kriging模型的最优弹道预测流程,针对某空地导弹开展了模型预测准确性与快速性的验证。结果表明:提出方法所预测的中末制导交接点平均弹道倾角误差在0.5°以内,预测时间仅需0.15 s。

关键词：弹道预测未知约束动态Kriging模型 U学习函数 SLE-CLHS算法

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上榆泉煤矿智能铁路装车系统的研究及应用

洁净煤技术 2024年第S1期 529-533页

作者：白龙宋万军刘淇国家能源集团国神公司上榆泉煤矿

针对上榆泉煤矿铁路装车系统存在的无车型检测、依赖于车方式依赖于人工操作，容易出现人为错误、低效率、质量不稳定等问题，缺少智能管控平台、历史数据不可回溯、装车自动化系统、防冻液喷洒控制等流程环节相互独立，系统之间无法进... 详细信息

针对上榆泉煤矿铁路装车系统存在的无车型检测、依赖于车方式依赖于人工操作，容易出现人为错误、低效率、质量不稳定等问题，缺少智能管控平台、历史数据不可回溯、装车自动化系统、防冻液喷洒控制等流程环节相互独立，系统之间无法进行联动控制，缺少装车质量检测系统，容易出现超载偏载现象等问题，设计了以智能装车控制系统、智能装车管控平台、智能视频识别系统、智能偏载检测系统为主体的智能装车系统，通过车厢信息识别、车厢状态检测、装车质量检测、自动补煤等功能模块实现了全自动智能装车，提高了装车效率、提升安全水平、提高装车质量、提高管理效率、推动智能化发展，提高企业的竞争力。

关键词：智能装车铁路运输选煤厂智能化装车质量

基于固相微萃取-气相色谱-质谱和电子舌分析不同处理秋刀鱼烤后的风味特征

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食品科学 2024年第11期45卷 186-191页

作者：赵玲王琳曹荣刘淇王善宇胡梦月中国水产科学研究院黄海水产研究所山东青岛266071 中国海洋大学食品科学与工程学院山东青岛266003

本实验以不同处理的秋刀鱼(鲜秋刀鱼、腌制秋刀鱼和紫外+冷风干制秋刀鱼)为原料进行烤制,采用电子鼻和固相微萃取-气相色谱-质谱(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GCMS)分析其挥发性风味物质的... 详细信息

本实验以不同处理的秋刀鱼(鲜秋刀鱼、腌制秋刀鱼和紫外+冷风干制秋刀鱼)为原料进行烤制,采用电子鼻和固相微萃取-气相色谱-质谱(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GCMS)分析其挥发性风味物质的变化规律,进一步采用电子舌测定其滋味特征,并结合感官评价综合描述烤秋刀鱼的风味特征。电子鼻分析结果表明烤制后3组鱼肉具有完全不同的气味轮廓。3组烤秋刀鱼中共检测到38种挥发性风味化合物,由11种醛类物质、4种醇类物质、5种酮类物质、13种烃类物质以及含氮化合物组成,共同形成了烤秋刀鱼以油脂香为主,带有青草香、鱼腥味的风味特征。3组烤秋刀鱼关键风味化合物的含量有显著差异,紫外+冷风干制秋刀鱼烤制后累积了更多的挥发性风味化合物,增添了清香、焦香味,使得其风味特征更加丰富。电子舌分析结果显示,咸味、鲜味和鲜味回味是烤秋刀鱼的重要味觉指标,紫外+冷风干制通过丰富烤秋刀鱼的咸味和鲜味回味从而提升其滋味。感官评价分析结果表明,经紫外+冷风干制的秋刀鱼在烤制后外观、气味、滋味和口感均得到了改善,其色泽金黄、肉质紧实,具有丰富的油脂香气、适宜的滋味和回味,感官可接受度显著提高。综上,3种不同处理的秋刀鱼中,经紫外+冷风干制的秋刀鱼烤后被赋予了更丰富的风味。

关键词：烤秋刀鱼挥发性风味滋味感官评价

基于镜像虚拟电阻技术的三相光伏逆变器直流电压波动抑制策略

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太阳能学报 2024年第3期45卷 555-564页

作者：刘淇伟曾江冯健磊陈伟国华南理工大学电力学院广州510641 广东省电网智能量测与先进计量企业重点实验室广州510663

针对光伏逆变器直流侧电容电压波动的问题,根据光伏逆变器直流电压波动的机理和其主要输出有功功率的特点,提出一种镜像虚拟电阻技术用以解决光伏逆变器直流电压波动的问题。该策略只需在逆变器正常工作的基础上增加少量计算,具有较高... 详细信息

针对光伏逆变器直流侧电容电压波动的问题,根据光伏逆变器直流电压波动的机理和其主要输出有功功率的特点,提出一种镜像虚拟电阻技术用以解决光伏逆变器直流电压波动的问题。该策略只需在逆变器正常工作的基础上增加少量计算,具有较高实用性。对于谐波分量,光伏逆变器等效为一个与基波等效电阻大小相等、方向相反的镜像虚拟电阻吸收电网谐波功率,同时可显著减小直流侧电压波动的问题。仿真和实物实验结果均验证了该策略的有效性。

关键词：直流电压波动瞬时无功功率虚拟电阻镜像虚拟电阻谐波抑制光伏逆变器

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我国行业间尾部风险溢出的测度及时空驱动因素研究

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统计研究 2024年第2期41卷 64-76页

作者：李政李丽雯刘淇天津财经大学金融学院南开大学经济学院财金研究所

基于经济金融的共生共荣关系,本文采用LASSO分位数回归构建我国金融与实体行业间的尾部风险网络,利用复杂网络分析法对行业间尾部风险溢出进行测度分析,并从时空两个维度探讨行业尾部风险溢出的驱动因素。研究结果显示,第一,我国经济金... 详细信息

基于经济金融的共生共荣关系,本文采用LASSO分位数回归构建我国金融与实体行业间的尾部风险网络,利用复杂网络分析法对行业间尾部风险溢出进行测度分析,并从时空两个维度探讨行业尾部风险溢出的驱动因素。研究结果显示,第一,我国经济金融系统中的31个行业形成了“牵一发而动全身”的尾部关联网络,金融行业间、实体行业间以及金融与实体行业之间均存在密切的尾部关联,而且在与实体行业的互动中,金融行业内部存在结构性不平衡。第二,经济金融系统中的风险传染源既可能来自金融行业,也有可能来自实体行业,银行、医药生物、计算机和建筑装饰是经济金融系统中重要的“风险驱动者”。第三,在空间维度上,行业间投入产出关联越密切,其尾部风险溢出水平越高,且相比前向关联,后向关联对行业间尾部风险溢出的解释力更强,即尾部风险主要沿产业链从下游向上游行业进行逆向传导;两两行业间的收益相关性和波动相关性越高,尾部风险溢出越强;行业自身风险水平越高,其接收其他行业的尾部风险溢出越强。在时间维度上,宏观经济环境和融资环境是行业尾部风险溢出动态变化的主要驱动因素。

关键词：尾部风险溢出驱动因素投入产出关联 LASSO分位数回归

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近十年塔里木河干流中游蜿蜒形态演变规律

长江科学院院报 2024年

作者：张小莹刘淇肖玉磊戴文鸿李琳新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆维吾尔自治区塔里木河流域干流管理局河海大学水利水电学院

为了揭示塔里木河干流典型蜿蜒型河流形态的形成及河道冲淤演变规律，基于遥感影像，用套绘的形式总结了塔里木河中游乌斯满至阿其克段近十年河道边界的平面形态变化类型。结合实测大断面和水文资料，用河相关系分析了河道在不同时间下... 详细信息

为了揭示塔里木河干流典型蜿蜒型河流形态的形成及河道冲淤演变规律，基于遥感影像，用套绘的形式总结了塔里木河中游乌斯满至阿其克段近十年河道边界的平面形态变化类型。结合实测大断面和水文资料，用河相关系分析了河道在不同时间下横断面的稳定性。结果表明：①塔里木河中游乌斯满至阿其克段河流平面几何形态演变主要分为四种单一变形（正偏、负偏、延伸、缩拢）以及四种组合变形（正偏+延伸、正偏+缩拢、负偏+延伸、负偏+缩拢）共八种形式，研究段正偏+延伸变形占比最大。②提出描述河道平面的主要演变类型的形态参数偏移度与展宽度及其计算方法，发现影响偏移度的最主要因素是年径流量，其次是年输沙量和造床流量，洪水是影响展宽度的重要因素。③研究河段近年来河相系数增大，河床纵向趋于稳定，河床横向的稳定性沿程增大。该研究对于塔里木河中游蜿蜒型河流防洪工程建设、河道整治具有重要的参考价值。

关键词：塔里木河蜿蜒型河道河流演变河相关系河道整治

不同干燥方式对仿刺参性腺脂质、营养价值及挥发性物质的影响

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食品科学 2024年第8期45卷 176-184页

作者：王天雪刘淇赵玲孙慧慧高昕曹荣中国海洋大学食品科学与工程学院山东青岛266003 中国水产科学研究院黄海水产研究所山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋药物与生物制品功能实验室山东青岛266235

为探究仿刺参性腺较优的干燥方式,分析对比热风、冷风、微波、真空冷冻4种干燥方式对样品脂质组成、脂质稳定性、脂肪酸营养价值、挥发性物质等的影响。结果表明,经干燥处理后,总脂、磷脂、甘油三酯、虾青素含量均不同程度降低,过氧化... 详细信息

为探究仿刺参性腺较优的干燥方式,分析对比热风、冷风、微波、真空冷冻4种干燥方式对样品脂质组成、脂质稳定性、脂肪酸营养价值、挥发性物质等的影响。结果表明,经干燥处理后,总脂、磷脂、甘油三酯、虾青素含量均不同程度降低,过氧化值均显著降低,硫代巴比妥酸值均显著升高(P<0.05)。在脂肪酸营养价值方面,动脉粥样硬化指数、血栓形成指数在干燥处理后不同程度降低,低胆固醇脂肪酸/高胆固醇脂肪酸指数显著升高(P<0.05)。电子鼻分析结果显示不同干燥方式样品的气味特征有明显差异。气相色谱-离子迁移谱从新鲜和干燥样品中鉴定出28种挥发性物质,其中2,5-二甲基吡嗪仅在微波干燥样品中被检测到,而戊醛、乙酸乙酯是冷风干燥样品中特有的气味活性物质。综上,真空冷冻干燥有效减缓了脂质氧化的速率,但样品气味相对平淡;热风、冷风、微波干燥均促进了脂质氧化,但提高了脂肪酸的营养价值,丰富了样品的气味特征。研究结果可为仿刺参性腺的加工利用提供理论基础。

关键词：仿刺参性腺干燥方式脂质组成营养价值挥发性物质