非连续变形分析(DDA)线性方程组的高效求解算法

非连续变形分析(DDA)方法对大规模工程问题的数值模拟耗时太长,其中线性方程组求解耗时可占总计算时间的70%以上,因此,高效的线性方程组解法是重要研究课题。首先,阐述了适用于DDA方法的基于块的行压缩法和基于试验-误差迭代格式的非0位置记录;然后,针对DDA的子矩阵技术,将块雅可比迭代法(BJ)、预处理的块共轭梯度法(PCG,包括Jacobi-PCG、SSOR-PCG)引入DDA方法,重点研究了线性方程组求解过程中的关键运算;最后,通过两个洞室开挖算例,分析了各线性方程组求解算法在DDA中的计算效率。研究表明:与迭代法相比,直解法无法满足大规模工程计算需要;BJ迭代法与块超松弛迭代法(BSOR)的效率差别不大,但明显不如PCG迭代法。因此,建议采用PCG迭代法求解DDA线性方程组,特别是SSOR-PCG值得推广;如果开展并行计算研究,Jacobi-PCG是较好的选择,当刚度矩阵惯性优势明显时,BJ迭代法同样有效。

多核多线程并行求解线性方程组

线性方程组求解在科学与工程计算领域具有广泛的应用。文章依据多核计算机共享二级缓存和私有一级缓存的容量,采取将线性方程组的增广矩阵按行划分并合理地分布存储到各级缓存中,各个处理核以多线程方式并行计算矩阵行的方法,给出了一种在多核计算机上实现的线程级并行求解n阶线性方程组的算法。实验结果表明,与原Gauss-Seidel并行算法相比,文中所提出的算法具有较好的加速比和可扩展性。

块三对角线性方程组的一类二维区域分解并行不完全分解预条件

基于二维重叠区域分解,对每个子区域上局部不完全LU分解所得到的上、下三角因子分别进行组合,给出一类全局并行不完全分解型预条件.所给出的并行化方法适用于任何不完全LU分解型预条件.对采用二维区域分解与一维区域分解时所得并行预条件的并行计算性能进行分析比较.实验结果表明,提出的并行化方法普遍优于加性Schwarz并行化方法,且当处理器个数相对较多时采用二维区域分解优于一维区域分解.

块三对角线性方程组不完全分解预条件的一种一维区域分解并行化方法

对块三对角线性方程组,不完全分解是最有效的预条件之一,但它本质上是一个串行计算过程,难以有效并行化.基于一维重叠区域分解,对局部不完全分解得到的上、下三角因子分别各自进行组合,构造一类全局的并行不完全分解型预条件.在具体实现时,给出两种具体途径,其中一种基于所有重叠部分对应分量的交换.之后,在仔细对其中的计算过程进行分析的基础上,给出一种只需要一条网格线上分量通信的实现算法,大大减少了通信量,且通信不随重叠度的增加而增加.这种并行化方法可以应用于块三对角线性方程组的任何不完全分解型预条件.实验结果表明,文中提出的并行化方法普遍优于加性Schwarz并行化方法.

基于不同误差函数的神经网络求解线性方程组

对于同一线性方程,存在多种不同的求解方法,而且由于求解方法的不同,其收敛速度也存在差异.对一个一般的线性方程设计2个不同的误差函数,利用梯度下降法建立2个梯度神经网络模型.借助Matlab仿真软件进行计算机仿真,根据不同的梯度神经网络模型求出线性方程的解,从而证实2个梯度神经网络模型的可行性.最后借助Matlab软件模拟利用2个梯度神经网络模型求解线性方程时的收敛情况,比较2个梯度神经网络求解线性方程的收敛速度.

一种线性方程组解的存在性判断方法

对线性方程组提出1种解的存在性判断方法并构造了迭代法求解公式。

矩阵在解线性方程组中的应用

线性方程组的求解是代数学中一个比较重要的内容,线性方程组求解过程中,掌握各种求解线性方程组的方法是至关重要的。基于线性方程组和矩阵之间的联系,可以用线性方程组系数和常数项所构成的行列式矩阵来研究线性方程组的求解问题。本文主要讨论矩阵的秩在方程组的解的判断中的应用以及线性方程求解中如何应用矩阵的初等变换。

面向GPU平台的并行结构化稀疏三角方程组求解器

稀疏三角线性方程组求解(SpTRSV)是预条件子部分的重要操作,其中结构化SpTRSV问题,在以迭代方法求解偏微分方程组的科学计算程序中,是一种较为常见的问题类型,而且通常是科学计算程序的需要解决的一个性能瓶颈.针对GPU平台,目前以CUSPARSE为代表的商用GPU数学库,采用分层调度(level-scheduling)方法并行化SpTRSV操作.该方法不仅预处理耗时较长,而且在处理结构化SpTRSV问题时会出现较为严重GPU线程闲置问题.针对结构化SpTRSV问题,提出一种面向结构化SpTRSV问题的并行算法.该算法利用结构化SpTRSV问题的特殊非零元分布规律进行任务划分,避免对输入问题的非零元结构进行预处理分析.并对现有分层调度方法的逐元素处理策略进行改进,在有效缓解GPU线程闲置问题的基础上,还隐藏了部分矩阵非零元素的访存延迟.还根据算法的任务划分特点,采用状态变量压缩技术,显著提高算法状态变量操作的缓存命中率.在此基础上,还结合谓词执行等GPU硬件特性,对算法实现进行全面的优化.所提算法在NVIDIA V100 GPU上的实测性能,相比CUSPARSE平均有2.71倍的加速效果,有效访存带宽最高可达225.2 GB/s.改进后的逐元素处理策略,配合针对GPU硬件的一系列调优手段,优化效果显著,将算法的有效访存带宽提高了约1.15倍.

浅谈n元线性方程组的解法

在高等数学中解n元线性方程组是比较困难的,因此,本文讨论方程组有无解,在有解的情况下,是唯一解,还是无穷解的基础上,举例求解,从而得出求解的一般方法。

线性方程组的反问题及其应用

线性方程组是我们在解决日常生活问题中常用的一种手段。线性方程组是指一种方程中所有的未知数都是一次的方程组，即方程的最高次数是一次，比如我们初高中时就学过的二元一次方程组，是最简单的线性方程组了。所谓反问题，是指已知有一组复数,之后要求构造一个矩阵A，使其具有某种性质，并且求得的矩阵A的特征值也恰好是我们之前知道的那组复数。在本文中，我们通过与线性方程组的反问题相关的两组例题，了解了每道例题的解题方法，以及该问题中涉及到的对于线性方程组反问题的应用，还有一些相关的定理和推论的证明以及应用。

用Excel求解线性代数问题

众所周知,Microsoft Excel有强大的制表功能。在数据处理问题上,Excel也同样有强大的数据分析和求解功能。在线性代数上有一些典型问题:如线性方程组求解,矩阵运算,投入产出模型,线性规划问题等等,Excel都有十分简便有效的求解方法。 (一)矩阵的运算问题 在线性代数中,矩阵的运算主要有:(1)求转置矩阵,(2)同型矩阵求和运算,(3)求矩阵的乘积,(4)矩阵的求逆,(5)求行列式的值。对于上述这些运算,利用Excel所提供的函数工具,均可方便地求得结果。现以求两矩阵乘积为例,讨论Excel求解矩阵运算问题的一般方法。

Sherman-Morrison公式及其应用

Sherman-Morrison公式是求矩阵之和的逆矩阵的一种特殊方法,在最优化BFGS算法和循环三对角线性方程组的求解等方面有着重要的应用。

矩阵重排序算法在结构分析快速求解中的应用

结构有限元分析中最基本的计算是大规模线性方程组的求解,求解方法有直接法和迭代法两种.由于收敛性问题迭代法的应用受到很大限制,而解决求解规模和速度问题是直接法应用的关键.用直接法求解线性方程组,可通过减小矩阵的带宽与轮廓来减少数据存贮量及浮点运算次数,从而提高求解规模和速度.本文基于图论原理并针对结构总刚矩阵的一维变带宽存贮特点,对RCM算法进行了改进,以减少总刚矩阵的轮廓及带宽.算例表明,本文提出的在大规模线性方程组求解中采用改进的RCM算法快速求解技术,其算法是高效的,编制的计算程序是稳定、可靠的.

巧析线性代数解题方法

矩阵初等行变换法是线性代数的主要方法。

对静电场电势求解的有限差分法和逐次超松弛迭代法的研究

通过有限差分法求得静态场的差分方程组,利用超松弛迭代法求解差分方程组,可以得到静态场的近似解.本文以静态场的求解问题为例,利用Python编写程序并绘制图像,验证了此方法的正确性.同时,研究了逐次超松弛迭代法中迭代次数对误差的影响以及逐次超松弛迭代法中最优松弛因子与有限差分法中网格密度的关系,为有限差分法和逐次超松弛迭代法在工程问题中的应用提供科学参考.

基于对称矩阵分解的无线传感网密钥恢复攻击

密钥协议是保障无线传感网络(WSN, wireless sensor network)安全性的关键技术之一。Parakh等基于矩阵分解提出一种传感网密钥协议,然而研究表明该协议存在安全隐患。利用对称矩阵和置换矩阵性质,提出针对该协议的密钥恢复攻击方法。在截获节点行、列向量信息基础上,进行初等变换,构造线性代数攻击算法,求解出等价密钥,计算复杂度为O(N6)。实验结果表明,在多项式计算复杂度内,该方法可恢复出上述协议的等价密钥,内存开销在可接受范围内。此外,为了抵抗线性代数攻击,通过引入随机扰动矩阵,给出一种密钥协商修正方案,并进行了正确性与安全性分析。

基于自适应矩阵低秩分解的三维电容提取计算加速

为了加速直接边界元法电容提取,利用方程组系数矩阵的局部低秩性进行定精度的低秩分解,用分解因子代替原矩阵参与线性方程组的迭代求解,在保持一定精度的同时加快求解速度.为了降低矩阵分解带来的额外开销,提出分解算法针对矩阵向量乘这一下游任务进行优化.在大量三维互连线结构上的实验结果表明,所提快速自适应低秩分解fastQB算法相比现有的randQB_EI算法的加速比达到1.5,引入矩阵低秩分解后方程组的迭代求解加速比达到16.8.

浅淡数学在经济管理中的应用

浅淡数学在经济管理中的应用程灵芝在蓬勃发展的经济建设中，现代化的经济管理方法已从过去的经济定性概念发展为定量分析或量性分析相结合。因而，微积分、矩阵代数、概率统计、运筹学等数学方法在经济管理工作中显示出了它极其广泛的用途。本文将对其中较为简单的应用，...

Cramer法则在水泥生料配料调整计算中的应用

水泥生料配料是水泥熟料生产的重要环节,配料调整的计算往往需要经验丰富的配料人员甚至工程师才能够完成。通过多阶方程组求解的方法对生料配料过程进行逆运算,快速得出正确的配比,能够提高荧光检测配比调整的准确性和水泥企业质量控制水平。

Preconditioners for Incompressible Navier-Stokes Solvers

In this paper we give an overview of the present state of fast solvers for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations discretized by the finite element method and linearized by Newton or Picard's method.It is shown that block preconditioners form an excellent approach for the solution,however if the grids are not to fine preconditioning with a Saddle point ILU matrix(SILU) may be an attractive alternative. The applicability of all methods to stabilized elements is investigated.In case of the stand-alone Stokes equations special preconditioners increase the efficiency considerably.