检索结果-南通市图书馆

人民黄河 2023年第1期45卷 82-86,92页

作者：赵亚威方洪斌黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003

针对中长期水量调度模型多变量、多约束、求解困难的问题,采用基于线性规划方法的线性求解器对中长期水量调度模型进行求解,以提高模型求解精度和效率。以北方某城市水资源系统中长期水量调度为例,采用Cplex、Lpsolver线性求解器对模型... 详细信息

针对中长期水量调度模型多变量、多约束、求解困难的问题,采用基于线性规划方法的线性求解器对中长期水量调度模型进行求解,以提高模型求解精度和效率。以北方某城市水资源系统中长期水量调度为例,采用Cplex、Lpsolver线性求解器对模型进行求解,并与遗传算法进行对比,结果表明:Cplex、Lpsolver表现出较高的求解精度和效率;当模型规模增大时,遗传算法计算时间明显增加,而Cplex、Lpsolver计算时间变化不大;该市水库从A河引水量的调节能力偏低,改变从A河的引水时机能够充分发挥已有水库的调蓄能力,减小系统总缺水量。

关键词：水资源系统水量调度优化调度线性规划线性求解器网络拓扑

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基于空域降采样快速双边滤波方法的研究与应用

基于空域降采样快速双边滤波方法的研究与应用

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作者：曹彦青江苏大学

学位级别：硕士

双边滤波器是一种典型的局部保边滤波算法,它能够很好的去除图像噪声而保持图像边界清晰。除此之外,双边滤波算法还可以扩展到图像处理的其他领域,例如,高范围动态成像(HDR),去雾等。该算法的提出,在图像处理领域具有里程碑式的意义。然... 详细信息

双边滤波器是一种典型的局部保边滤波算法,它能够很好的去除图像噪声而保持图像边界清晰。除此之外,双边滤波算法还可以扩展到图像处理的其他领域,例如,高范围动态成像(HDR),去雾等。该算法的提出,在图像处理领域具有里程碑式的意义。然而,双边滤波算法较低的运行效率,限制了它在图像领域的应用。时至今日,依旧有众多基于双边滤波算法的研究正在进行。研究的核心内容是在不损失图像质量的前提下,尽可能提高运行效率,本文也将以此为目的进行研究。具体研究内容如下:首先,本文提出一种通过对图像空域降采样的方式,估算双边滤波器的算法。该算法先对输入图像进行降采样,然后通过计算采样点之间以及采样点与输入图像像素点之间的相似度分别构建矩阵和矩阵。最后,利用矩阵和矩阵,通过Nystrom方法估算双边滤波器的相似度矩阵(2,从而达到近似双边滤波的效果。为了进一步提高效率,本文提出一种线性求解器,用于加速和简化求逆运算。实验表明,本文所提算法不但与原始双边滤波器的近似度极高,PSNR达到45以上。与此同时,运行效率也优于其他近似算法。其次,基于双边滤波核本文提出一种新的局部保边滤波器。该算法先采用区域插值的方法对输入图像进行降采样,进而得到一个极小的相似度矩阵。然后使用该矩阵对输入图像进行滤波。该方法实现了一种时间复杂度为常数的算法,其运行时间几乎不随参数的变化而变化。尽管,在图像质量的表现上略低于上文所提的近似双边滤波器的算法,但运行效率提高了35倍之多。最后,为了更好的展示研究成果,以及与目前优秀的近似双边滤波算法进行比较,本文设计了一款原型系统。该系统可展示不同方法的滤波结果,以及任意两种方法结果的差异图。除此之外,还展示了本文所提方法,在滤波以外领域的一些应用。

关键词：保边滤波双边滤波线性求解器计算摄影空域降采样

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一种大型河网洪水演进快速计算方法

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水电能源科学 2019年第5期37卷 38-41,184页

作者：纪国良周曼王海中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理局湖北宜昌443100

对于大型河网洪水演进过程,一维圣维南方程组离散后的线性方程组规模较大,导致系数矩阵存储和方程组求解难度较大。对此,在矩阵存储方面,采用十字链表法和按行(列)压缩存储法,只存储非零元素,节省存储空间;在求解器方面,研究不同直接法... 详细信息

对于大型河网洪水演进过程,一维圣维南方程组离散后的线性方程组规模较大,导致系数矩阵存储和方程组求解难度较大。对此,在矩阵存储方面,采用十字链表法和按行(列)压缩存储法,只存储非零元素,节省存储空间;在求解器方面,研究不同直接法和迭代法的求解效率,总结适合大型河网的求解方法。对三峡库区2014、2017年的洪水演进过程的复核计算结果表明,稀疏矩阵压缩存储方法能节约存储空间99.22%;LU分解法能在1ms左右求解线性方程组,效率明显高于传统多级解法。

关键词：圣维南方程组线性方程组压缩存储线性求解器洪水演进

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基于多GPU的大规模拓扑优化并行计算方法及其应用

基于多GPU的大规模拓扑优化并行计算方法及其应用

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作者：王宇杰湖南大学

学位级别：硕士

基于拓扑优化的结构设计方法已经广泛应用于多行业产品开发的轻量化设计以及结构的创新性设计等领域,其能够在满足结构性能要求的前提下降低产品成本。但是,随着优化模型规模增大,拓扑优化过程的计算量快速增长,计算效率低的问题开始突... 详细信息

基于拓扑优化的结构设计方法已经广泛应用于多行业产品开发的轻量化设计以及结构的创新性设计等领域,其能够在满足结构性能要求的前提下降低产品成本。但是,随着优化模型规模增大,拓扑优化过程的计算量快速增长,计算效率低的问题开始突出,限制了拓扑优化技术的工程实用性。近几年,基于GPU的并行计算技术已经在数值计算各领域中被广泛使用,其在具有高性价比的前提下,通过对算法进行并行改造处理,能够极大地提升计算效率。因此,采用GPU并行计算技术可以有效缩短拓扑优化计算时间。为此,本文全面系统地研究了基于GPU的拓扑优化并行计算方法,创新性地提出了一种高效组装算法,开发出了快速线性求解器,实现了多GPU计算平台上的拓扑优化全流程细粒度并行。首先,为了解决拓扑优化有限元分析中刚度矩阵组装效率低、并行性差的问题。本文针对拓扑优化计算特点,创新性地提出了一种高效的刚度矩阵组装算法,该算法主要分为符号组装和数值组装两个部分,其中符号组装只需要在拓扑优化第一次迭代过程计算,后续迭代过程只需要计算数值组装。该算法大大减少了刚度矩阵组装时间,并且算法可并行度较高,可以在GPU设备上实现有效的并行加速计算。与常用的无矩阵法相比,没有给线性求解带来额外的计算任务,真正地提升了拓扑优化计算效率。其次,本文开发出了基于GPU的迭代求解器来对拓扑优化过程中的线性系统进行快速求解。求解器采用共轭梯度算法来实现线性方程迭代求解,并结合雅克比预处理算子来增加迭代收敛速度,提升算法稳定性。利用GPU对迭代算法实现细粒度并行,通过矢量内核利用Warp特性对稀疏矩阵向量乘(Sp MV)实现高效加速计算。测试结果表明,与商业求解器Pardiso相比本文提出的GPU迭代求解器可以实现更快求解,并且内存占用更小。然后,本文在GPU上实现了基于SIMP拓扑优化方法中灵敏度计算、敏度滤波、优化准则与密度更新三个部分的加速计算,使用TFE(Thread For Element)的计算策略来进行细粒度并行。整个拓扑优化过程通过CPU进行迭代控制,GPU负责并行计算,MBB梁数值算例表明,对于120万自由度的连续体结构拓扑优化,Nvidia RTX 2080ti GPU相对Intel i9-9880H CPU可获得超过70倍的加速比。最后,为了应对超大规模问题并进一步提高计算效率,本文实现了拓扑优化全流程的多GPU并行计算。通过自主设计的分区算法对有限元模型和计算数据进行数据分区,针对不同计算过程提出了最佳数据分区策略将拓扑优化单GPU算法移植到多GPU平台计算。使用计算统一设备架构(CUDA)结合Open MP进行编程,建立了单节点多GPU并行计算模型,其中Open MP和CUDA分别控制主机端的粗粒度并行和设备端的细粒度并行。此外,本文针对拓扑优化多GPU计算过程实现了一种基于Nv Link的设备通信优化方法,通过采用P2P传输方案大大提升了GPU之间的数据传输带宽,减少了数据通信在整个计算过程中的时间占比。最终通过400万自由度的系杆拱桥与1000万自由度的散热器两个大规模算例对本文提出的拓扑优化多GPU计算方法进行验证,结果显示,对于系杆拱桥三维连续结构拓扑优化问题,与Intel i9-9880H CPU的串行计算相比,两块Nvidia RTX 2080ti GPU并行计算的速度提升达220倍,热传导实例散热器的加速度也超过90。

关键词：拓扑优化多GPU并行计算线性求解器高效组装算法 OpenMP CUDA

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