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基于聚集混合粗化的代数多重网格并行算法 被引量:1
1
作者 赵莲 赵永华 迟学斌 《计算机工程与设计》 北大核心 2017年第1期81-85,共5页
为提高代数多重网格(algebraic multigrid,AMG)并行算法的可扩展性能,提出一种基于聚集粗化和最大独立集算法的混合并行粗化算法。在每个进程内部独立实现聚集粗化,在此基础上,进程间采用PMIS(parallel maximum independent set)算法对... 为提高代数多重网格(algebraic multigrid,AMG)并行算法的可扩展性能,提出一种基于聚集粗化和最大独立集算法的混合并行粗化算法。在每个进程内部独立实现聚集粗化,在此基础上,进程间采用PMIS(parallel maximum independent set)算法对边界点进行修正。针对现代多核处理器,结合细粒度的并行编程模型,实现MPI+OpenMP混合编程并行算法。数值实验结果验证了该算法的有效性,对于求解二维五点Laplace方程在集群"元"上并行规模达到256核,相对于AGMG软件包求解总时间提高了74%,测试结果优于hypre软件包,可扩展到128核心。 展开更多
关键词 代数多重网格 数据存储格式 PMIS粗化 聚集粗化 混合编程
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基于坐标分割的聚集型代数多重网格预条件研究
2
作者 吴建平 银福康 +1 位作者 彭军 杨锦辉 《计算机应用与软件》 北大核心 2018年第7期273-278,共6页
针对基于坐标分割的聚集型代数多重网格预条件,给出了三种进行坐标分割的方法,即正方分割、最小界面分割与逐步单向分割,并对其进行了高效实现。正方分割以每个子图接近于正方体或正方形的方式进行分割。最小界面分割遍历所有可能的分割... 针对基于坐标分割的聚集型代数多重网格预条件,给出了三种进行坐标分割的方法,即正方分割、最小界面分割与逐步单向分割,并对其进行了高效实现。正方分割以每个子图接近于正方体或正方形的方式进行分割。最小界面分割遍历所有可能的分割,并以每个子图表面积或周长之和最短的方式进行实际分割。逐步单向分割以分割数的素因子分解为基础,并按素因子从大到小的顺序,每次沿不同坐标数最大的方向进行分割,直到所有素因子遍历完为止。之后对从模型偏微分方程离散得到的稀疏线性方程组,通过V型、W型与K型等多种循环,从多重网格预条件共轭斜量法的效率上,对这三种分割算法进行了实验对比分析。结果表明,逐步单向分割更适合于Jacobi光滑、K-循环与强各向异性等情形。最小界面分割算法更适合于Gauss-Seidel光滑、系数矩阵具有较多非零元素等情形。 展开更多
关键词 稀疏线性方程组 聚集代数多重网格 预条件 共轭斜量法 坐标分割
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自顶向下聚集型代数多重网格预条件的边权选择
3
作者 吴建平 银福康 +1 位作者 彭军 杨锦辉 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2019年第2期191-196,共6页
针对基于图划分的自顶向下聚集型代数多重网格预条件,考察了利用METIS软件包进行多重网格构建的方法,并就该软件包只能处理整型权重,不能处理实型权重的问题,提出了一种将实型边权转化为整型边权的有效方法。之后将这种转化方法应用到ME... 针对基于图划分的自顶向下聚集型代数多重网格预条件,考察了利用METIS软件包进行多重网格构建的方法,并就该软件包只能处理整型权重,不能处理实型权重的问题,提出了一种将实型边权转化为整型边权的有效方法。之后将这种转化方法应用到METIS图划分软件中的边权选择,并用其给出了对自顶向下聚集型代数多重网格预条件的一种改进算法。通过对二维与三维模型偏微分方程离散所得稀疏线性方程组的数值实验表明,带边权的改进型算法大大提高了多重网格预条件共轭斜量法的迭代效率,特别是对各向异性问题,改进效果更加显著。 展开更多
关键词 稀疏线性方程组 聚集代数多重网格 预条件 共轭斜量法 图划分
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自顶向下聚集型代数多重网格预条件的健壮性与参数敏感性研究
4
作者 吴建平 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2018年第9期2617-2620,共4页
针对自顶向下聚集型代数多重网格预条件,首先对问题规模敏感性进行了研究,并与基于强连接的经典聚集型算法进行了系统比较,发现大部分情况下,该算法具有明显优势,特别是在采用Jacobi光滑时优势更显著;之后,对最粗网格层的分割数与每次... 针对自顶向下聚集型代数多重网格预条件,首先对问题规模敏感性进行了研究,并与基于强连接的经典聚集型算法进行了系统比较,发现大部分情况下,该算法具有明显优势,特别是在采用Jacobi光滑时优势更显著;之后,对最粗网格层的分割数与每次每个子图进行分割时的分割数这两个参数进行了敏感性分析。综合分析表明,自顶向下聚集型代数多重网格预条件具有较好的健壮性,特别是在采用Gauss-Seidel光滑,或采用九点差分离散时,健壮性表现更加充分。 展开更多
关键词 稀疏线性代数方程组 聚集代数多重网格 预条件 克里洛夫子空间方法 图分割
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基于光滑聚集代数多重网格的有限元并行计算实现方法 被引量:1
5
作者 武立伟 张健飞 张倩 《计算机辅助工程》 2017年第6期16-22,共7页
基于光滑聚集代数多重网格法实现一种用于结构有限元并行计算的预条件共轭梯度求解方法。对计算区域进行均匀划分,将这些子区域分配给各个进程同时进行单元刚度矩阵的计算,并组合形成分布式存储的整体平衡方程。采用光滑聚集代数多重网... 基于光滑聚集代数多重网格法实现一种用于结构有限元并行计算的预条件共轭梯度求解方法。对计算区域进行均匀划分,将这些子区域分配给各个进程同时进行单元刚度矩阵的计算,并组合形成分布式存储的整体平衡方程。采用光滑聚集代数多重网格预条件共轭梯度法对整体平衡方程进行并行求解,在天河二号超级计算机上进行数值试验,分析代数多重网格的主要参数对算法性能的影响,测试程序的并行计算性能。试验结果表明该方法具有较好的并行性能和可扩展性,适合于大规模实际应用。 展开更多
关键词 有限元法 光滑聚集 代数多重网格 共轭梯度法 可扩展性
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使用代数多重网格进行多聚焦图像融合 被引量:5
6
作者 黄颖 解梅 +1 位作者 李伟生 高靖淞 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期272-277,共6页
针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源... 针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源图像分块进入融合图像。为了避免分块之间的不连续性,采用了自适应的策略。实验结果表明,自适应图像融合的结果没有丢失有效信息,能够最大程度地将清晰物体保留在融合图像之中。 展开更多
关键词 自适应算法 代数多重网格 图像融合 图像重构 多聚焦图像
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大型稀疏法方程组的代数多重网格解法 被引量:5
7
作者 郭飞霄 杨力 +1 位作者 刘荣 汪菲菲 《测绘科学技术学报》 北大核心 2012年第1期5-8,共4页
测量平差中经常会遇到大型稀疏法方程组的求解。传统的线性方程组迭代解法能够很快平滑误差分量中的高频分量;但对于低频分量衰减很慢。代数多重网格算法通过建立多重网格,并在不同的网格层上分别处理高低频误差分量,将所有层相互协调... 测量平差中经常会遇到大型稀疏法方程组的求解。传统的线性方程组迭代解法能够很快平滑误差分量中的高频分量;但对于低频分量衰减很慢。代数多重网格算法通过建立多重网格,并在不同的网格层上分别处理高低频误差分量,将所有层相互协调起来求解同一问题。这对于大规模稀疏线性方程组的求解,具有高效性。这里介绍了代数多重网格算法,并进行了改进,得到了AMG-CG算法。数值算例表明,代数多重网格算法(AMG)以及改进的AMG-CG算法对求解大型稀疏法方程组具有高效性和数值稳定性,改进后的AMG-CG算法在计算效率上进一步提高,对于大型稀疏法方程组的求解是可行有效的算法。 展开更多
关键词 大型法方程组 稀疏 迭代法 代数多重网格算法 高效性
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一种新的代数多重网格法及其在CFD中的应用 被引量:3
8
作者 明平剑 张文平 朱明刚 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2009年第1期87-90,共4页
提出了一种面向对象的代数多重网格(algebraic multi-grid,AMG)算法,以每一层网格作为研究单元.网格粗化过程中,形成各单元,同时记录其前后单元,形成双向链表.粗化过程采用Ruge和Stüben算法,光滑算子用Gauss-Seidel迭代.由于AMG算... 提出了一种面向对象的代数多重网格(algebraic multi-grid,AMG)算法,以每一层网格作为研究单元.网格粗化过程中,形成各单元,同时记录其前后单元,形成双向链表.粗化过程采用Ruge和Stüben算法,光滑算子用Gauss-Seidel迭代.由于AMG算法与网格信息无关,可以作为"即插即用"型的线性方程组求解器.对CFD计算过程耗时最多的压力修正方程作了研究,分别对二维后台阶流动模型在不同网格划分情况进行了计算,代数多重网格方法与单重网格的不完全分解共轭梯度法对比发现,前者具有明显的优势,随着网格数目增加,优势表现更为明显.最后与AMG1r5相比,开发的程序内存占用较少,最高只有AMG1r5的36%. 展开更多
关键词 代数多重网格 计算流体力学 面向对象算法 后台阶流动
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多重网格技术在SIMPLE算法中的应用及结果的不确定性分析
9
作者 张玮 徐忠 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2001年第2期228-234,共7页
将多重网格技术应用于SIMPLE算法 ,对方腔顶盖驱动流问题进行求解 ,并运用Richardson外推法进行了计算结果的不确定度分析 .与单重网格计算的对比表明 ,多重网格技术的应用不仅大大减少了计算的迭代次数、CPU占用时间 ,加速收敛的效果明... 将多重网格技术应用于SIMPLE算法 ,对方腔顶盖驱动流问题进行求解 ,并运用Richardson外推法进行了计算结果的不确定度分析 .与单重网格计算的对比表明 ,多重网格技术的应用不仅大大减少了计算的迭代次数、CPU占用时间 ,加速收敛的效果明显 ,而且使计算结果的不确定度分析工作量减小 。 展开更多
关键词 多重网格技术 RICHARDSON外推法 不确定度 SIMPLE算法 代数方程组 收敛
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代数多重网格法与多水平不完全LU分解法
10
作者 史培林 《华北工学院学报》 CAS 2004年第6期405-409,共5页
 介绍代数多重网格(AlgebraicMulti-Grid,AMG)法和多水平不完全LU分解(Multi-eliminationIncompleteLUPreconditioner,ILUM)法的基本算法,分析二者的关系.给出了用ILUM方法思想建立的代数多重网格方法的理论特征,证明了此类AMG算法的...  介绍代数多重网格(AlgebraicMulti-Grid,AMG)法和多水平不完全LU分解(Multi-eliminationIncompleteLUPreconditioner,ILUM)法的基本算法,分析二者的关系.给出了用ILUM方法思想建立的代数多重网格方法的理论特征,证明了此类AMG算法的两网格收敛性,说明了此类算法和基本算法一样也不一定具有与层数无关的收敛性. 展开更多
关键词 LU分解 收敛性 多重网格 代数 证明 算法 多重网格方法 解法 理论特征 思想
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几类典型应用的代数多重网格算法并行可扩展瓶颈分析
11
作者 毛润彰 杜皓 +3 位作者 田鸿运 黄思路 张鹏 徐小文 《计算物理》 CSCD 北大核心 2024年第4期403-417,共15页
对于大规模稀疏线性代数方程组,代数多重网格(AMG)是具有最优计算复杂度的求解算法,但由于其算法流程复杂,导致难以取得理想的并行可扩展性能,难以定位和分析其并行可扩展瓶颈。通过分析AMG算法的性能骨架和通信模式,归纳了三类可扩展... 对于大规模稀疏线性代数方程组,代数多重网格(AMG)是具有最优计算复杂度的求解算法,但由于其算法流程复杂,导致难以取得理想的并行可扩展性能,难以定位和分析其并行可扩展瓶颈。通过分析AMG算法的性能骨架和通信模式,归纳了三类可扩展性能瓶颈,并引入稀疏矩阵通信域的概念来刻画稀疏模式对并行通信性能的影响。针对辐射流体力学、结构力学、航空发动机三类实际应用的6个具有不同稀疏模式特征的典型算例,实现了多粒度并行可扩展性能瓶颈的定位与分析,总结了未来AMG并行性能优化方向。 展开更多
关键词 代数多重网格 并行预条件算法 并行可扩展性 性能分析 性能瓶颈
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一种新的并行代数多重网格粗化算法 被引量:7
12
作者 徐小文 莫则尧 《计算数学》 CSCD 北大核心 2005年第3期325-336,共12页
近年来,受实际应用领域中大规模科学计算问题的驱动,在大规模并行机上实现代数多重网格(AMG)算法成为数值计算领域的研究热点。本文针对经典AMG方法,提出一种新的并行网格粗化算法——多阶段并行RS算法(MPRS)。我们将新算法集成到了高... 近年来,受实际应用领域中大规模科学计算问题的驱动,在大规模并行机上实现代数多重网格(AMG)算法成为数值计算领域的研究热点。本文针对经典AMG方法,提出一种新的并行网格粗化算法——多阶段并行RS算法(MPRS)。我们将新算法集成到了高性能预条件子软件包Hypre中。大量数值实验结果显示,新算法适合更广泛的问题,相对其他并行粗化算法,明显地改善了AMG并行计算的可扩展性。对三维27点格式有限差分离散的Poisson方程,在64个处理机上并行AMG求解,含8百万个未知量,新算法比RS3算法减少了近60的三维Poisson方程,近32万个未知量,在16个处理机上并行AMG-GMRES求解,新算法所需的迭代步数大约为其他粗化算法的一半,显示了很好的算法可扩展性。 展开更多
关键词 代数多重网格(AMG) 并行计算 网格粗化 大规模并行机 代数多重网格 粗化算法 POISSON方程 可扩展性 GMRES 算法
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并行代数多重网格算法:大规模计算应用现状与挑战 被引量:12
13
作者 徐小文 《数值计算与计算机应用》 2019年第4期243-260,共18页
代数多重网格(AMG)是求解偏微分方程离散线性代数方程组最有效的算法之一,广泛应用于科学与工程计算领域实际问题的大规模数值模拟.随着超级计算机性能不断提升,实际数值模拟的计算规模和并行规模越来越大,同时.实际问题应用特征和计算... 代数多重网格(AMG)是求解偏微分方程离散线性代数方程组最有效的算法之一,广泛应用于科学与工程计算领域实际问题的大规模数值模拟.随着超级计算机性能不断提升,实际数值模拟的计算规模和并行规模越来越大,同时.实际问题应用特征和计算机体系结构特征越来越复杂,AMG面临并行可扩展、算法可扩展和浮点性能优化的严峻挑战.本文结合大规模计算的发展趋势,特别是面向即将到来的百亿亿次(E级)计算,分析AMG算法在这三个方面的挑战,总结研究现状与进展,展望未来研究重点. 展开更多
关键词 科学与工程计算 数值模拟 代数多重网格(AMG) 预条件子 并行算法 E级计算
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标准Criss-Cross剖分下线性有限元方程的快速AMG算法
14
作者 阳莺 舒适 喻海元 《湘潭大学自然科学学报》 CAS CSCD 2001年第4期9-13,共5页
首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多... 首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多重网格法相比较 。 展开更多
关键词 Criss-Cross剖分 代数多重网格 快速算法
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CPU/GPU集群上求解偏微分方程的可扩展混合算法 被引量:2
15
作者 罗力 杨超 +1 位作者 赵宇波 蔡小川 《集成技术》 2012年第1期84-88,共5页
当前世界上排前几位的超级计算机都基于大量CPU和GPU组合的混合架构,它们对某些特殊问题,譬如基于FFT的图像处理或N体颗粒计算等领域可获得很高的性能。但是对由有限差分(或基于网格的有限元)离散的偏微分方程问题,于CPU/GPU集群上获得... 当前世界上排前几位的超级计算机都基于大量CPU和GPU组合的混合架构,它们对某些特殊问题,譬如基于FFT的图像处理或N体颗粒计算等领域可获得很高的性能。但是对由有限差分(或基于网格的有限元)离散的偏微分方程问题,于CPU/GPU集群上获得较好的性能仍然是一种挑战。本文提出并测试一种基于这类集群架构的混合算法。算法的可扩展性通过区域分解算法实现,而GPU的性能由基于光滑聚集的代数多重网格法获得,避免了在GPU上表现不理想的不完全分解算法。本文的数值实验采用32CPU/GPU求解用差分离散后达三千万未知数的偏微分方程。 展开更多
关键词 PDES CPU/GPU集群 区域分解 代数多重网格 可扩展算法
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并行代数多重网格粗化算法的优化
16
作者 朱哮锋 董兰芳 《电子技术(上海)》 2011年第1期18-21,共4页
近年来,随着日常生活等实际应用领域中大规模稀疏矩阵求解问题的推动,代数多重网格(AMG)算法及其并行化的研究成为了数值计算领域的热点。本文在原始AMG算法和MPRS算法的基础上,对现有的并行AMG算法提出了一种优化的动态阈值算法(DVRS)... 近年来,随着日常生活等实际应用领域中大规模稀疏矩阵求解问题的推动,代数多重网格(AMG)算法及其并行化的研究成为了数值计算领域的热点。本文在原始AMG算法和MPRS算法的基础上,对现有的并行AMG算法提出了一种优化的动态阈值算法(DVRS)。在Visual Studio 2008环境下,数值计算实验结果表明,新算法适用于更广泛的领域,与原有的并行AMG算法相比,改善了AMG并行计算的可扩展性。 展开更多
关键词 代数多重网格(AMG)算法 并行计算 二维水波
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求解静电场偏微分方程的新代数多重网格法 被引量:1
17
作者 李明 李郴良 匡前义 《广西物理》 2008年第4期33-36,共4页
多重网格法是求解偏微分方程大规模离散化方程最有效的方法,针对静电场偏微分方程,讨论一致线性有限元剖分下的拉格朗日有限元方程的代数多重网格法,给出了一种新的粗化算法和构造插值算子的途径。数值实验表明,新的代数多重网格法的有... 多重网格法是求解偏微分方程大规模离散化方程最有效的方法,针对静电场偏微分方程,讨论一致线性有限元剖分下的拉格朗日有限元方程的代数多重网格法,给出了一种新的粗化算法和构造插值算子的途径。数值实验表明,新的代数多重网格法的有效性。 展开更多
关键词 静电场 偏微分方程 粗化算法 插值矩阵 代数多重网格
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Three-dimensional forward modeling of DC resistivity using the aggregation-based algebraic multigrid method 被引量:4
18
作者 陈辉 邓居智 +2 位作者 尹敏 殷长春 汤文武 《Applied Geophysics》 SCIE CSCD 2017年第1期154-164,192,共12页
To speed up three-dimensional (3D) DC resistivity modeling, we present a new multigrid method, the aggregation-based algebraic multigrid method (AGMG). We first discretize the differential equation of the secondar... To speed up three-dimensional (3D) DC resistivity modeling, we present a new multigrid method, the aggregation-based algebraic multigrid method (AGMG). We first discretize the differential equation of the secondary potential field with mixed boundary conditions by using a seven-point finite-difference method to obtain a large sparse system of linear equations. Then, we introduce the theory behind the pairwise aggregation algorithms for AGMG and use the conjugate-gradient method with the V-cycle AGMG preconditioner (AGMG-CG) to solve the linear equations. We use typical geoelectrical models to test the proposed AGMG-CG method and compare the results with analytical solutions and the 3DDCXH algorithm for 3D DC modeling (3DDCXH). In addition, we apply the AGMG-CG method to different grid sizes and geoelectrical models and compare it to different iterative methods, such as ILU-BICGSTAB, ILU-GCR, and SSOR-CG. The AGMG-CG method yields nearly linearly decreasing errors, whereas the number of iterations increases slowly with increasing grid size. The AGMG-CG method is precise and converges fast, and thus can improve the computational efficiency in forward modeling of three-dimensional DC resistivity. 展开更多
关键词 agmg DC resistivity method 3D modeling finite difference method
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基于SA-AMG的弹塑性有限元计算的并行实现 被引量:1
19
作者 张倩 张健飞 《计算机应用与软件》 北大核心 2019年第3期62-67,共6页
利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线... 利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线性化后的方程组。基于Trilinos开发相应的并行程序,并在天河二号超级计算机上进行数值实验,验证算法和程序的正确性。分析光滑聚集代数多重网格法的主要参数对计算性能的影响,测试程序的并行性和可扩展性。 展开更多
关键词 弹塑性有限元法 光滑聚集代数多重网格 并行性 可扩展性
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求解多尺度稀疏矩阵的代数界面优先AMG光滑子 被引量:1
20
作者 刘笑 徐小文 《数值计算与计算机应用》 2023年第1期1-11,共11页
光滑子是影响代数多重网格算法(AMG)求解效率的重要组件之一.本文考虑实际应用中普遍出现的一类多尺度稀疏矩阵,由于多尺度性质的影响,现有AMG光滑子的光滑效果不理想,从而影响AMG算法求解该类方程的效率.借助代数界面的概念,本文分析... 光滑子是影响代数多重网格算法(AMG)求解效率的重要组件之一.本文考虑实际应用中普遍出现的一类多尺度稀疏矩阵,由于多尺度性质的影响,现有AMG光滑子的光滑效果不理想,从而影响AMG算法求解该类方程的效率.借助代数界面的概念,本文分析了代数界面对松弛型光滑子的影响,并通过扩展代数界面的内涵,设计了一种代数界面优先的光滑子(AI-Smoother).以Gauss-Seidel(GS)光滑子为例,通过三维模型问题和实际问题测试了该光滑子(AI-GS)的有效性.测试表明,与自然序GS光滑子相比,AI-GS有效改善了AMG算法的收敛速度.对于三维随机系数扩散方程百万自由度算例,AI-GS可获得28.2%的加速,对于激光聚变应用中的三温方程百万自由度算例,AI-GS可获得28.8%的加速. 展开更多
关键词 代数多重网格算法(AMG) 光滑子 多尺度稀疏矩阵 代数界面
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