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MiniBranRAP:极小化分支判断数的AMG粗网格矩阵计算并行算法
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作者 杜皓 毛润彰 +2 位作者 邓蕴桐 黄思路 徐小文 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2024年第7期1158-1166,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 粗网格矩阵计算 分支判断 Hypre JXPamg
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ALGEBRAIC MULTI-GRID METHOD IN TWO-DIMENSION ELECTRICALLY LARGE PROBLEMS
2
作者 Xu Yuan Fang Dagang (Millimeter Wave Technique Laboratory, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094) 《Journal of Electronics(China)》 2000年第1期77-83,共7页
In this paper the algebraic multi-grid principle is applied to the multilevel moment method, which makes the new multilevel method easier to implement and more adaptive to structure. Moreover, the error spectrum is an... In this paper the algebraic multi-grid principle is applied to the multilevel moment method, which makes the new multilevel method easier to implement and more adaptive to structure. Moreover, the error spectrum is analyzed, and the reason why conjugate gradient iteration is not a good relaxation scheme for multi-grid algorithm is explored. The numerical results show that our algebraic block Gauss Seidel multi-grid algorithm is very effective. 展开更多
关键词 MOMENT METHOD algebraic multi-grid METHOD BLOCK GAUSS Seidel algorithm
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Multi-focus Image Fusion Combined with CNN and Algebraic Multi-grid Method
3
作者 Ying Huang Gaofeng Mao +1 位作者 Min Liu Yafei Ou 《国际计算机前沿大会会议论文集》 2019年第2期127-129,共3页
The aim of the paper is to solve the problem of over-segmentation problem generated by Watershed segmentation algorithm or unstable clarity judgment by small areas in image fusion. A multi-focus image fusion algorithm... The aim of the paper is to solve the problem of over-segmentation problem generated by Watershed segmentation algorithm or unstable clarity judgment by small areas in image fusion. A multi-focus image fusion algorithm is proposed based on CNN segmentation and algebraic multi-grid method (CNN-AMG). Firstly, the CNN segmentation result was utilized to instruct the merging process of the regions generated by the Watershed segmentation method. Then the clear regions were selected into the temporary fusion image and the final fusion process was performed according to the clarity evaluation index, which was computed with the algebraic multi-grid method (AMG). The experimental results show that the fused image quality obtained by the CNNAMG algorithm outperforms the traditional fusion methods such as DSIFT fusion method, CNN fusion method, ASR fusion method, GFF fusion method and so on with some evaluation indexes. 展开更多
关键词 IMAGE SEGMENTATION IMAGE FUSION algebraic multi-grid CLARITY Evaluation index
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二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解 被引量:10
4
作者 周志阳 徐小文 +2 位作者 舒适 冯春生 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期475-483,共9页
针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三... 针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 自适应
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求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 被引量:12
5
作者 徐小文 莫则尧 安恒斌 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期1-8,共8页
在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系... 在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 Newton-Krylov(NK)
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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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并行代数多重网格算法可扩展性能分析 被引量:8
7
作者 徐小文 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期387-394,共8页
对当今求解大型稀疏线性代数方程组最有效的迭代方法之一——代数多重网格(AMG)算法的并行计算进行可扩展性能分析.给出一套并行计算可扩展性能分析方法,用于分析和指导并行迭代算法及实现技术的设计与优化并应用于并行AMG算法.分析表明... 对当今求解大型稀疏线性代数方程组最有效的迭代方法之一——代数多重网格(AMG)算法的并行计算进行可扩展性能分析.给出一套并行计算可扩展性能分析方法,用于分析和指导并行迭代算法及实现技术的设计与优化并应用于并行AMG算法.分析表明,网格算子的平均模式大小和迭代过程的算法效率分别制约了AMG算法启动阶段和迭代求解阶段并行性能的发挥,成为该类算法急需解决的两个关键问题. 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 迭代方法 并行计算 可扩展性分析
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基于加权最小二乘的主结构快速提取算法
8
作者 刘堂友 于符婷 张笑源 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期430-439,共10页
从复杂纹理图像中提取主结构是计算机视觉和图形应用的基本过程.针对加权最小二乘法依赖于梯度大小、无法去除对图像语义贡献很小的小规模、高对比度的振荡细节(如纹理)的问题,提出一种新的用于抑制图像纹理的权重算子,并对该权重算子... 从复杂纹理图像中提取主结构是计算机视觉和图形应用的基本过程.针对加权最小二乘法依赖于梯度大小、无法去除对图像语义贡献很小的小规模、高对比度的振荡细节(如纹理)的问题,提出一种新的用于抑制图像纹理的权重算子,并对该权重算子的有效性进行验证.为了解决在优化全局目标函数过程中需要求解大型稀疏拉普拉斯矩阵、计算成本高的问题,采用代数多重网格算法作为共轭梯度法的预处理算子加快稀疏矩阵方程的求解速度.实验表明,提出的权重算子能有效地抑制图像纹理,并且图像主结构的边缘不会被模糊,其滤除纹理、提取主结构的效果优于其他同类算法.另外,所用的加速算法和其他传统预处理算法相比,能将主结构的提取时间缩短很多. 展开更多
关键词 纹理 主结构提取 加权最小二乘 稀疏矩阵 代数多重网格 共轭梯度
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由扩散张量导出的各向异性扩散模型的隐式数值模拟 被引量:2
9
作者 刘朝霞 常谦顺 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期365-370,共6页
研究了由扩散张量导出的各向异性扩散的图像处理模型,并构造了隐式差分格式,形成了有13条对角线的大型稀疏矩阵.利用代数多重网格法求解了这个线性代数方程组.并进行了数值试验.
关键词 图像处理 扩散张量 各向异性扩散 代数多重网格法
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Numerical prediction of inner turbulent flow in conical diffuser by using a new five-point scheme and DLR k-ε turbulence model 被引量:2
10
作者 蒋光彪 何永森 +1 位作者 舒适 肖映雄 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2008年第S1期181-186,共6页
The internal turbulent flow in conical diffuser is a very complicated adverse pressure gradient flow.DLR k-ε turbulence model was adopted to study it.The every terms of the Laplace operator in DLR k-ε turbulence mod... The internal turbulent flow in conical diffuser is a very complicated adverse pressure gradient flow.DLR k-ε turbulence model was adopted to study it.The every terms of the Laplace operator in DLR k-ε turbulence model and pressure Poisson equation were discretized by upwind difference scheme.A new full implicit difference scheme of 5-point was constructed by using finite volume method and finite difference method.A large sparse matrix with five diagonals was formed and was stored by three arrays of one dimension in a compressed mode.General iterative methods do not work wel1 with large sparse matrix.With algebraic multigrid method(AMG),linear algebraic system of equations was solved and the precision was set at 10-6.The computation results were compared with the experimental results.The results show that the computation results have a good agreement with the experiment data.The precision of computational results and numerical simulation efficiency are greatly improved. 展开更多
关键词 conical DIFFUSER turbulent flow DLR k-ε turbulence model 5-point scheme algebraic MULTIGRID method(amg)
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CONVERGENCE OF ALGEBRAIC MULTIGRID METHODS FOR SYMMETRIC AND POSITIVE DEFINITE MATRICES WITH WEAK DIAGONAL DOMINANCE 被引量:1
11
作者 黄维章 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 1991年第15期1241-1242,共2页
Consider an AMG for the linear system Au=f. Up to now, only the uniform convergence of two-level AMG is proved for symmetric and positive definite L-matrices with weak diagonal dominance. Using the new form (1), we ex... Consider an AMG for the linear system Au=f. Up to now, only the uniform convergence of two-level AMG is proved for symmetric and positive definite L-matrices with weak diagonal dominance. Using the new form (1), we extend the results in [1] to the case that A is a general symmetric and positive definite matrix with weak diagonal dominance. In the following, we shall use the same notations as in [1]. 展开更多
关键词 algebraic MULTIGRID (amg) method WEAK DIAGONAL DOMINANCE CONVERGENCE AMS 1980 subject classification: 65F10 65N20.
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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
12
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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电缆方程的多重网格并行代数法(英文)
13
作者 MURATOVA G V BAVIN V V 《应用数学与计算数学学报》 2018年第2期202-211,共10页
致力于研究求解线性代数方程组的多重网格并行算法,该算法是基于构建矩阵序列的经典Runge-Stuben(RS)方法及其改进的并行修正独立集合(PMIS)方法的.展示了求解离散电缆方程式所得到的线性代数方程组的结果,而电缆方程是用作描述电信号... 致力于研究求解线性代数方程组的多重网格并行算法,该算法是基于构建矩阵序列的经典Runge-Stuben(RS)方法及其改进的并行修正独立集合(PMIS)方法的.展示了求解离散电缆方程式所得到的线性代数方程组的结果,而电缆方程是用作描述电信号传播的.在求解中用到了GPUPU技术.展示了模型问题在不同尺度的模拟区域上的数值结果. 展开更多
关键词 多重网格代数法 线性代数方程组 并行修正独立集合(PMIS) 电缆方程
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求解大规模稀疏线性代数方程组序列的自适应AMG预条件策略 被引量:4
14
作者 徐小文 莫则尧 安恒斌 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2016年第10期1411-1420,共10页
时间相关偏微分方程隐式离散后,通常需要求解一个稀疏线性代数方程组序列.利用序列中相邻方程组性质的差异性与相似性,自适应地选取预条件子,提升方程组序列的并行求解效率,从而缩短总体求解时间,是一个值得研究的问题.本文针对科学与... 时间相关偏微分方程隐式离散后,通常需要求解一个稀疏线性代数方程组序列.利用序列中相邻方程组性质的差异性与相似性,自适应地选取预条件子,提升方程组序列的并行求解效率,从而缩短总体求解时间,是一个值得研究的问题.本文针对科学与工程计算中广泛使用的代数多重网格(AMG)预条件子,设计了方程组序列相关的自适应预条件策略.通过惯性约束聚变(ICF)的辐射流体力学数值模拟典型应用,验证了该策略的有效性.测试结果表明,在某高性能计算机的3125个CPU核上,自适应预条件策略可将并行效率从47%提升到61%,将模拟总时间从19.7 h降为14.5 h. 展开更多
关键词 稀疏线性解法器 迭代方法 预条件子 代数多重网格算法(amg) 并行计算
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一种新的并行代数多重网格粗化算法 被引量:7
15
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 新算法
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基于局部松弛和粗化策略的代数多重网格方法 被引量:3
16
作者 徐小文 莫则尧 刘旭 《数值计算与计算机应用》 CSCD 北大核心 2009年第2期81-91,共11页
受强振荡、间断系数和非均匀网格步长的影响,由偏微分方程离散所得的稀疏线性代数方程组的系数矩阵呈现多尺度性质,即同一行的非对角元素可相差几个数量级,使得经典代数多重网格(AMG)算法难以适应.本文提出一种新的AMG方法(LRC-AMG),基... 受强振荡、间断系数和非均匀网格步长的影响,由偏微分方程离散所得的稀疏线性代数方程组的系数矩阵呈现多尺度性质,即同一行的非对角元素可相差几个数量级,使得经典代数多重网格(AMG)算法难以适应.本文提出一种新的AMG方法(LRC-AMG),基于强弱相邻关系分离某些具有特殊性质的点结成网格子块,仅在局部块内进行光滑和粗化,可有效地消除多尺度性对收敛速度的影响.数值实验在文中给出. 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 预条件子 结块 局部松弛 局部粗化 LRC-amg
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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:10
17
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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求解二维三温能量方程的半粗化代数多重网格法 被引量:16
18
作者 肖映雄 舒适 +2 位作者 张平文 莫则尧 许进超 《数值计算与计算机应用》 CSCD 北大核心 2003年第4期293-303,共11页
§1.引言 二维三温辐射流体动力学方程组的求解是数值模拟的重要组成部分,而求解能量方程是一个十分重要的环节,而且在整个系统的计算中,能量方程求解所占的机时比重相当大(约80%以上).因此,寻求一个收敛快、稳定性好的二维三温能... §1.引言 二维三温辐射流体动力学方程组的求解是数值模拟的重要组成部分,而求解能量方程是一个十分重要的环节,而且在整个系统的计算中,能量方程求解所占的机时比重相当大(约80%以上).因此,寻求一个收敛快、稳定性好的二维三温能量方程数值解法是一个值得探讨的问题.二维三温能量方程可表示为非线性抛物型方程组,在二维柱对称Lagrange坐标系下,二维三温能量方程的标量式经简化得到如下方程组: 展开更多
关键词 半粗化代数多重网格法 二维三温能量方程 流体动力学 数值模拟 抛物型方程组
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A New Algorithm for Total Variation Based Image Denoising 被引量:2
19
作者 Yi-ping XU 《Acta Mathematicae Applicatae Sinica》 SCIE CSCD 2012年第4期721-730,共10页
We propose a new algorithm for the total variation based on image denoising problem. The split Bregman method is used to convert an unconstrained minimization denoising problem to a linear system in the outer iteratio... We propose a new algorithm for the total variation based on image denoising problem. The split Bregman method is used to convert an unconstrained minimization denoising problem to a linear system in the outer iteration. An algebraic multi-grid method is applied to solve the linear system in the inner iteration. Furthermore, Krylov subspace acceleration is adopted to improve convergence in the outer iteration. Numerical experiments demonstrate that this algorithm is efficient even for images with large signal-to-noise ratio. 展开更多
关键词 image denoising total variation split Bregman method algebraic multi-grid method Krylov subspace acceleration
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并行代数多重网格粗化算法的优化
20
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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