MiniBranRAP:极小化分支判断数的AMG粗网格矩阵计算并行算法

代数多重网格(AMG)是科学工程计算与工业仿真领域求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的算法之一。在启动(Setup)阶段的每个网格层,AMG需要基于限制算子R、当前细网格层矩阵A和插值算子P的稀疏矩阵乘积来计算粗网格矩阵A c=RAP,该过程是AMG并行性能的主要瓶颈。首先发现了主流AMG解法器中RAP并行算法由于分支判断的平方复杂度导致的性能瓶颈,并结合稀疏矩阵CSR的行主序特点,提出了具有线性复杂度分支判断数的RAP并行算法MiniBranRAP。该算法集成到JXPAMG解法器中,并通过实际应用算例验证了算法的有效性。测试结果表明,对于6个来自实际应用的典型算例,相对于Hypre最新版本的BoomerAMG解法器,基于MiniBranRAP的JXPAMG解法器在28个进程上将Setup阶段的计算效率平均加速3.3倍、最高加速9.3倍。

钢-混凝土组合箱梁桥空间网格计算模型研究

本文分析了钢-混凝土组合箱梁桥基本计算方法,指出了设计计算中应用单梁模型、梁格模型与实体模型的缺陷,详细介绍了空间网格模型的基本原理,将空间网格模型引入钢-混凝土组合箱梁计算中。为探究空间网格计算模型在钢-混凝土组合箱梁桥中的计算效率和可靠性,以一主跨480 m双塔五跨钢-混凝土组合箱梁桥为例,将主梁按照空间网格模型划分,分析成桥阶段恒载、活载以及设计标准荷载组合作用下主梁边、中跨关键截面的应力。结果表明:空间网格模型可以准确分析组合箱梁截面整体空间效应,无须单独建立局部模型就能考虑到混凝土顶板的剪力滞效应和活载局部效应,计算得出的应力结果直接用于配筋计算,为钢-混凝土组合箱梁桥分析提供新的思路和方向。

螺旋断层放射治疗计划系统中不同计算网格对肺癌立体定向放射治疗的剂量学影响

目的:探讨螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy,HT)计划系统中不同计算网格(calculation grid size,CGS)对非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy,SBRT)的剂量学影响。方法:选取2019年3月至2022年12月于某院初次接受放射治疗的9例NSCLC患者,采用Fine、Normal和Coarse 3种不同的CGS计划及相同的螺距、调制因子(modulation factor,MF)和优化条件,通过HT系统进行SBRT计划设计,观察比较3种CGS计划下靶区的适形性指数(conformity index,CI)、均匀性指数(homogeneity index,HI)、危及器官(organ at risk,OAR)的剂量学参数、点剂量验证通过率、治疗时间、机器出束量及Sinograms图等指标。使用SPSS 22.0进行统计学分析。结果:3种CGS计划下的靶区HI比较,Fine与Coarse、Normal与Coarse差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal差异无统计学意义(P>0.05);3种CGS计划下的靶区CI比较,Fine与Coarse差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal、Normal与Coarse差异无统计学意义(P>0.05)。3种CGS计划OAR的剂量学参数比较,Fine与Coarse心脏D_(max)、D_(mean),食管D_(max)、D_(mean),全肺和患侧肺V5、V_(20)、V_(30)、D_(mean),健侧肺V5、D_(max)及心脏V_(10)、V_(30)差异有统计学意义(P<0.05),Normal与Coarse食管D_(max)差异有统计学意义(P<0.05),其余剂量学参数差异均无统计学意义(P>0.05)。Fine、Normal、Coarse计划的点剂量通过率分别为0.96%、1.50%、1.77%。Fine与Coarse计划在治疗时间和机器出束量方面差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal、Normal与Coarse差异无统计学意义(P>0.05)。通过Sinograms图对比可知Fine计划正弦图子野色阶较为均匀,Coarse计划存在极深和极浅的色阶区域,Normal计划则介于二者之间。结论:在NSCLC患者的SBRT计划设计中,应尽可能使用小CGS设置以获取更为准确的剂量分布,从而更有利于患者放射治疗计划的顺利执行与不良反应的预防。

切线模量法计算筏板基础沉降的分块网格尺寸分析

切线模量法计算筏板基础沉降时需对板底土层在水平面上进行分块网格的划分,而在实际应用之中,网格尺寸与基础形状、基础尺寸以及人为的选取都有关系,为了探究在实际应用之中网格尺寸大小对于沉降计算结果的影响,该文针对一均匀深厚土层上的矩形筏板基础,将筏板分别视为柔性板与弹性板进行沉降计算分析,得到了网格尺寸对于沉降结果的影响在柔性板时可以忽略,在弹性板且荷载处于正常使用范围之内时可以忽略的结论,说明了切线模量法计算筏板基础沉降是一种较为实用的方法。

计算网格大小对脑转移瘤计划剂量计算精度的影响

目的:研究Eclipse计划系统Acuros XB算法不同计算网格大小对脑转移瘤计划验证通过率的影响。方法:选取17例脑转移瘤患者进行全脑及转移灶推量的放疗方式,使用Eclipse 15.5计划系统对所选病例进行3个全弧计划设计,采用Acuros XB算法,对每例患者分别使用0.25 cm、0.20 cm、0.15 cm、0.10 cm计算网格大小进行计划剂量计算,同时记录不同网格计划计算时间。利用电子射野影像装置(electronic portal imaging device, EPID)进行数据采集,用Portal Dosimetry分析得到3%/3 mm、3%/2 mm、3%/1 mm、2%/3 mm、1%/3 mm不同评判标准的Gamma通过率,并对不同网格大小的Gamma通过率进行比对分析。结果:随着剂量计算网格的减小,计划计算时间数倍增长差异具有统计学意义(P<0.05),当网格大小从0.15 cm降到0.10 cm时,计算时间平均增加18分钟。对于计划通过率,除0.10 cm与0.15 cm的3%/1 mm Gamma通过率无差异(P=0.356)外,计算网格大小为0.10 cm的Gamma通过率优于0.25 cm、0.20 cm和0.15 cm(P<0.05),同时随着计算网格的减小,通过率增加幅度逐渐变缓,0.10 cm与0.15 cm的通过率差异极小。结论:对于全脑及转移灶推量的计划,使用0.15 cm网格在不显著增加计算时间的同时,可以增加计划的通过率。

计算网格对乳腺癌改良根治术后调强放射治疗计划质量的影响

目的探讨计算网格(GS)对乳腺癌改良根治术后调强放射治疗(IMRT)计划质量的影响。方法选取2022年1月至2023年12月于医院接受乳腺癌改良根治术后IMRT的15例患者作为研究对象,首先采用3 mm GS设计IMRT计划(3 mm计划),然后改变GS为2 mm(其余参数不变),重新设计计划(2 mm计划)。比较两种计划的计划靶区(PTV)剂量学指标[包括D2%、D98%、D_(mean)、均匀性指数(HI)及适形性指数(CI)]、危及器官(OARs)剂量学指标(患侧肺V_(5)、V_(20)、V_(30)、D_(mean)及健侧肺V_(5)、心脏D_(mean)、脊髓D_(max)),以及机器跳数(MU)和优化时间(OT)。结果PTV剂量学指标中,2 mm计划的D_(mean)低于3 mm计划,CI高于3 mm计划,差异均有统计学意义(P<0.05);OARs剂量学指标中,2 mm计划的脊髓D_(max)低于3 mm计划,差异有统计学意义(P<0.05);2 mm计划的OT为3 mm计划的2.96倍,差异有统计学意义(P<0.05)。结论2 mm GS IMRT计划的剂量学指标优于3 mm计划,对脊髓的保护效果更优,但计算效率更低。因此,设计乳腺癌改良根治术后IMRT计划时,应合理选择GS,以达到剂量计算准确性和计算效率的最佳平衡。

基于Scilab的分布式并行计算方法的研究

文章利用Scilab构建分布并行计算的支撑环境,为实现分布并行计算提供了新方法。设计了Netbutterfly Grid Computing System(NGCS),讨论了NGCS的体系结构,任务分布、系统通信和容错机制等关键问题。最后给出网格计算环境下基于Scilab的一个分布并行计算实例,实验的结果是令人满意的。

动网格生成技术及非定常计算方法进展综述

对应用于飞行器非定常运动的数值计算方法(包括动态网格技术和相应的数值离散格式)进行了综述.根据网格拓扑结构的不同,重点论述了基于结构网格的非定常计算方法和基于非结构/混合网格的非定常计算方法,比较了各种方法的优缺点.在基于结构网格的非定常计算方法中,重点介绍了刚性运动网格技术、超限插值动态网格技术、重叠动网格技术、滑移动网格技术等动态结构网格生成方法,同时介绍了惯性系和非惯性系下的控制方程,讨论了非定常时间离散方法、动网格计算的几何守恒律等问题.在基于非结构/混合网格的非定常计算方法中,重点介绍了重叠非结构动网格技术、重构非结构动网格技术、变形非结构动网格技术以及变形/重构耦合动态混合网格技术等方法,以及相应的计算格式,包括非定常时间离散、几何守恒律计算方法、可压缩和不可压缩非定常流动的计算方法、各种加速收敛技术等.在介绍国内外进展的同时,介绍了作者在动态混合网格生成技术和相应的非定常方法方面的研究与应用工作.

网格计算及其原型实现研究

一简介 互联网络的普及和高速网络成本的大幅度降低,计算机计算能力的迅速增长,使得在改变传统计算方式的同时,也改变了人们对计算机的使用方式.将地理上分布的计算资源(包括数据库、贵重仪器等其它的各种资源)充分利用起来,协同解决复杂的大规模问题,这就是网格计算(GridComputin-g)[1-3.117].近几年来,网格计算已经逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势,它可以解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题.

网格地图与网格计算

源远流长 ,古朴简易的网格地图方法 ,仍可作为空间分析、空间数据挖掘 (SDM)的工具之一。以遥感像元数据为基础 ,结合四分树、三角网等数据处理技术的网格地图获得了新的活力和现代功能。当面临全球互联网走向网格计算新技术的机遇时 ,如果能够将各自优势互补 ,网格地图就将推陈出新 ,生机无限。在数字化城市的应用方面 ,它也有可能与城市规划和建设中的网格化趋向相融合 ,成为“数字城市”

网格计算中任务调度研究综述

阐述了网格计算领域任务调度的特点和目标;综述了现有的任务调度技术和算法,包括启发性智能任务调度,基于Agent的任务调度,基于Petri网的任务调度,基于成本的任务调度等算法,以及任务调度的负载均衡问题,最后给出任务调度的研究展望。

近壁面网格尺寸对湍流计算的影响

采用不同的网格划分策略,利用FLUENT软件对长直圆管管内湍流进行数值计算.计算结果与半经验理论曲线的比较和分析表明,降低网格渐变率、提高径向网格数目以及调整壁面层网格的y+值均能够有效改善计算结果的精确性,而y+在其中起主要作用.针对同一网格划分策略,改变边界条件对计算结果精确性的影响相对较大,而改变模型引起的影响则相对较小,因此,不同边界条件应采取相应的网格划分策略尤其是选择合适的近壁面网格尺寸.

网格单元形状对数值计算的影响

实现了二维非结构化网格上的N-S方程的离散,编制了非结构化同位网格上的SIMPLE程序,针对CFD/NHT 中几个有基准解的问题进行了试算考核。结果表明,在步长基本相同的情况下,四边形网格的收敛速度和解的精度都优于 三角形网格,尤其是收敛速度更明显;使用考虑边界贴体特性的边界层网格,解的精度优于均匀网格。

气象计算网格平台资源监视模块的设计与实现

气象计算网格聚合的计算资源具有地理分布、系统异构、运行状况与使用负载各不相同等特点。气象计算网格平台软件系统的资源监视模块,涉及了远程气象网格节点、资源状态信息获取、web展示等3个层次。资源状态信息获取层可分为轮询、收集、整理等功能,web展示通过资源地理视图和资源列表栏目实现。基于ARCON客户工具箱技术开发实现了资源信息轮询和收集功能。现已实现对国家级网格节点及北京、成都、广州、沈阳4个区域级中心网格节点和安徽省级网格节点的10个高性能计算机系统的集中监视。

基于代理的网格计算中间件

WADE系统是基于代理技术实现的一个可屏蔽异构和分布性的动态自适应的校园计算网格 提出了基于代理技术在校园网格内实现并行计算的方法 ,详细论述了基于代理的网格计算中间件的体系结构和主要模块功能 ,阐述了利用代理实现异构编译、协同计算的过程 ,给出了代理的Java实现方法 利用软件代理实现网格计算中间件 ,可以解决异构计算平台下多种并行编程环境的协同计算问题 ,为用户提供统一的服务接口 。

一种验证网格质量与CFD计算精度关系的方法

针对网格质量衡量准则与计算精度之间关系验证过程中的难题,提出一种准确验证它们之间关系的方法。该方法首先生成一系列不同单元数的网格,接着采用三维线性插值算法,获得相邻两套网格单元速度相对误差,当该误差小于某一阈值时,则认为此网格计算得到的数值解为网格独立解。此外,在网格独立解的基础之上,获得不完善网格中各单元的计算误差,并与各单元的度量值建立相应的数据库,采用不同的统计方法对其进行对比分析,获得它们之间的关系。研究结果表明:同质量衡量准则QEVS和QEAS相比,本文提出的质量衡量准则QNEW1和QNEW2在误差较大的区间内(E re>0.15),与计算精度有较好的关系。因此,在网格生成过程中,采用QNEW1和QNEW2能够正确地评判出对计算精度影响较大的单元,而QEVS和QEAS则不能。

计算流体力学中的网格生成方法及其应用

讨论了多种网格生成方法及其流场的数值模拟。给出了一种生成现代双立尾战斗机外形的分区对接网格和Ｅｕｌｅｒ方程分区解。给出了一种带副翼偏转的三维机翼分区网格及绕流的Ｅｕｌｅｒ方程解。以二维多段翼型为对象分别讨论了分区重叠结构网格方法、非结构网格方法和自适应的笛卡尔网格法。

高超声速气动热数值计算壁面网格准则

首先对高超声速气动热数值模拟中的3种壁面法向网格准则(平均自由程(MFP)、自由来流参数网格雷诺数和壁面参数网格雷诺数准则)进行了分析.随后,提出了壁面参数预估方法,使得壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则无需进行试算即可直接预估壁面法向网格尺度.其次,运用提出的壁面参数预估方法结合不同网格准则,在同一实验条件下确定多个壁面法向网格尺度,通过与实验数据对比研究各网格准则确定的壁面法向网格尺度是否满足热环境模拟精度要求,并对提出的壁面参数预估方法进行验证.最后,开展了高超声速二维完全气体及真实气体效应算例、三维钝双锥算例的数值模拟.研究表明,壁面参数预估方法是可靠的;自由来流参数网格雷诺数准则随来流静温变化所确定的网格尺度变化趋势与物理推理相悖;基于壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则主要受壁面温度影响,其在同一条件下所确定的网格尺度基本一致,并满足热环境模拟的精度要求.

计算网格环境下一个统一的资源映射策略

由于资源具有广域分布、异构、动态等特性,计算网格环境下资源的管理和调度是一个非常复杂且具有挑战性的问题.提出了计算网格环境下一组相互独立的计算任务(meta-task)的资源映射策略.该策略采用重复映射方法,以更好地适应网格计算环境下的动态性和自治性.算法考虑到任务的输入数据位置对映射效果的影响;通过定义效益函数,该策略在追求较小的任务完成时间的同时兼顾任务的服务质量(QoS)需求.模拟实验结果显示,该映射策略更符合计算网格的复杂环境,能够更好地满足不同用户的实际需要.

计算网格大小对Eclipse治疗计划系统剂量计算的影响

目的：探讨治疗计划系统（TPS）中不同大小计算网格对靶区剂量以及危及器官（OAR）受量的影响,为临床应用提供依据。方法：10例接受固定野调强放射治疗的鼻咽癌患者,采用3A（AAA）算法,对每例患者分别制作计算网格为2.50 mm的对照组和计算网格分别为5.00、4.00、3.00、2.00和1.25 mm的实验组共6种治疗计划;采用笔形束（PBC）算法,对每例患者分别制作计算网格为2.50 mm的对照组和计算网格分别为10.00、5.00和1.25 mm的实验组共4种治疗计划。利用剂量体积直方图,分析不同计算网格大小对靶区剂量最大值、最小值、均值和适形度指数、均匀度指数,以及脑干受量最大值、左晶体受量最大值、左视神经受量最大值、视交叉受量最大值和脊髓受量最大值的影响。结果：与对照组比较,采用3A算法,计算网格变大,靶区剂量最大值、均值和适形度指数变大,均匀度指数变小,OAR左晶体受量最大值变小（P〈0.05）。采用PBC算法,计算网格变大,靶区剂量最大值、最小值、均值和适形度指数变大,均匀度指数变小,OAR左晶体受量最大值和脊髓受量最大值变小,视交叉受量最大值变大（P〈0.05）。结论：靶区的剂量分布以及OAR的受量随计算网格的变化而改变,选择合适的计算网格大小,可精确评估靶区及OAR受量。在临床使用中,计算网格一般应选择2.50~5.00 mm,推荐使用2.50 mm。