SMTLOC:基于多源频谱的SMT求解器缺陷定位

SMT求解器作为重要的基础软件,其存在的缺陷可能会导致依赖于它的软件功能失效,甚至带来安全事故.然而,修复SMT求解器缺陷是一个十分耗时的任务,因为开发者需要花费大量的时间和精力来理解并找到缺陷的根本原因.虽然已有许多软件缺陷定位方面的研究,但尚未有系统的工作研究如何自动定位SMT求解器缺陷.因此,提出一种基于多源频谱的SMT求解器缺陷定位方法SMTLOC.首先,对于给定的SMT求解器缺陷,SMTLOC提出一种枚举算法,用以对触发该缺陷的公式进行变异,从而生成一组不触发缺陷,但与触发缺陷的公式具有相似执行路径的证人公式.然后,SMTLOC根据证人公式的执行路径以及SMT求解器的源码信息,提出一种融合覆盖频谱和历史频谱的文件可疑度计算方法,从而定位可能存在缺陷的文件.为了验证SMTLOC的有效性,收集60个SMT求解器缺陷.实验结果表明,SMTLOC的缺陷定位效果明显优于传统的频谱缺陷定位方法,SMTLOC可以将46.67%的缺陷定位在TOP-5的文件内,定位效果提升了133.33%.

适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究

基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼求解器对准确模拟非静力大气垂直运动显得十分关键。LLF(Local Lax-Friedrich)、LMARS(Low Mach Approximate Riemann Solver)和HLLC(Harten-Lax-van Leer Contact)为计算流体力学(CFD)中常用的3种近似黎曼求解器,它们的计算代价和复杂程度逐渐增加。一维标准数值试验表明:LLF计算最为经济,但具有较强的耗散;LMARS具有适用于大气流动的假设,对于数值粘性的控制较好且计算量不大;HLLC建立的三波模型可以避免对中间特征场的过度数值耗散。基于LLF近似黎曼求解器计算经济的特点,通过优化LLF近似黎曼求解器各特征波动的粘性系数,能够实现与LMARS、HLLC近似黎曼求解器相同的性能,且计算代价最小。二维非静力数值试验表明,优化的LLF近似黎曼求解器能够规避常规LLF近似黎曼求解器的数值耗散过大问题,正确模拟小尺度非静力垂直运动,达到更复杂的LMARS、HLLC近似黎曼求解器模拟效果且并未增加计算量,这为非静力大气数值模式提供了良好的参考价值。

基于多样性SAT求解器和新颖性搜索的软件产品线测试

软件产品线测试是一项非常具有挑战性的工作.基于相似性的测试方法通过提升测试集的多样性以达到提高测试覆盖率和缺陷检测率的目的.因其具有良好的可拓展性和较好的测试效果,目前已成为软件产品线测试的重要手段之一.在该测试方法中,如何产生多样化的测试用例和如何维护测试集的多样性是两个关键问题.针对以上问题,提出一种基于多样性可满足性(SAT)求解器和新颖性搜索(novelty search,NS)的软件产品线测试算法.具体地,所提算法同时采用两类多样性SAT求解器产生多样化的测试用例.特别地,为了改善随机局部搜索SAT求解器的多样性,提出一种基于概率向量的通用策略产生候选解.此外,为同时维护测试集的全局和局部多样性,设计并运用两种基于NS算法思想的归档策略.在50个真实软件产品线上的消融和对比实验验证多样性SAT求解器和两种归档策略的有效性,以及所提算法较其他主流算法的优越性.

基于PARDISO直接求解器的三维自然电位正反演

近年来自然电位法在海底硫化物资源的勘探和评价中发挥了重要作用。本文开展的是基于PARDISO直接求解器的3D自然电位正反演算法研究。首先,利用有限体积法离散自然电位控制方程,采用PARDISO直接求解器提高正演计算的效率,通过数值解与解析解对比,验证了正演算法的可靠性。其次,在3D反演算法中考虑了地形因素,同时将最小支撑约束与深度加权加入目标泛函中,理论模型数据的反演结果很好地恢复了矿体的结构。最后,利用该算法对室内沙箱实验获得的自然电位数据进行反演,结果显示得出的电流密度异常与金属棒的位置基本一致。因此,本文提出的反演算法在未来大规模自然电位数据反演中具有重要作用。

高焓流动中的可压缩颗粒两相流并行求解器:数值方法及其验证

在极端力学环境下可压缩点力颗粒两相流理论方程的基础上,提出一种基于动态链表数组的并行颗粒求解器,使其与可压缩流体求解器耦合。与基于欧拉坐标系的携带流体相不同,基于拉格朗日坐标系的求解器采用动态链表数组对弥散颗粒相进行内存分配,可以解决因使用全局数组解决拉格朗日/欧拉坐标系转换带来的弥散颗粒群内存利用率低和计算效率低下问题。最后对多物理效应的可压缩颗粒两相流求解器进行验证,并在马赫数渐进趋于零的情况下,对两个不可压缩槽道颗粒湍流标模进行验证。

面向众核CPU的稠密线性求解器性能评测与优化

稠密线性求解器在高性能计算和机器学习等领域扮演着重要的角色。其典型的并行算法实现通常构建在著名的fork-join或task-based编程模型之上。尽管采用fork-join模型的主流稠密线性代数库能将大部分的计算转移到高度优化、高性能的BLAS 3例程上,由于fork-join不灵活的执行流,它们仍然未能高效地利用众核CPU的计算资源。采用task-based编程模型的开源库能实现更加灵活、负载更均衡的算法,因此能获得明显的性能提升。然而,在众核CPU平台上,尤其是对于中等矩阵规模的问题而言,它们仍然有较大的优化空间。对稠密线性求解器的性能进行了全面的测评,以定位性能瓶颈,并提出了2种优化策略,以提高程序性能。具体地,通过重叠LU分解和下三角求解的计算过程,减少同步开销线程的空等,从而提高算法的并行性;进一步通过减少冗余的矩阵打包操作,降低算法的访存开销。分别在2个主流的众核CPU平台(Intel®Xeon Gold®6252N(48核)和HiSilicon Kunpeng 920(64核))上进行了性能评估。实验结果表明,该优化的稠密线性求解器在上述两个CPU平台上,相比最佳开源实现分别取得了10.05%(Xeon)和13.63%(Kunpeng 920)的性能提升。

结构力学求解器在“结构力学”课程中的应用研究

为了有效提升“结构力学”课程的教学效果,本文简要介绍了结构力学求解器并对其在课程教学中的应用进行了探究。通过对静定和超静定结构的示例分析,可知结构力学求解器能够完成力学实验,并直观地反映不同结构体系的受力特点。通过对结构几何组成分析和静定桁架内力计算的示例可知,结构力学求解器能够加深学生对力学问题的理解,培养并提升解决工程实践问题的能力和素养。结构力学求解器具有良好的教学效果,但也存在一定的局限性,需要进一步的探究和开发,以提高求解器在教学过程中的应用效率。

基于Kokkos模板元编程的性能可移植求解器开发

【目的】解决面向多样化异构计算架构的求解器应用编程问题。【应用背景】超级计算机的硬件架构日益多样化,新的异构架构因生态不够完善,往往导致软件移植研发门槛过高、研发周期过长,以及存在针对不同硬件反复适配、移植等问题。【方法】在Kokkos代数算子库基础上,开发一套面向国产E级计算环境的“性能可移植”模板元接口开源框架,用于线性代数求解器编程。【结果】本文给出其用于Krylov子空间算法的简单编程示范,实现了面向国产异构处理器的线性代数求解器移植,部分求解器相较于10核超线程Xeon CPU有数十倍以上加速。【结论】性能可移植编程可成为应对多样化异构计算的解决方案。

船舶排气热特征求解器开发及结果影响因素分析

为了分析船舶中排气羽流热和气体组分的流动特性,更好地揭示其热分布及红外辐射特征,以某现代常规动力船舶为例,基于开源软件OpenFOAM开发了recRhoSimpleFoam可压缩羽流热特征求解器,该求解器能够计算船舶羽流温度的热分布及各气体组分的分布特性,在此基础上分析不同网格数量、离散格式和边界条件对排气羽流温度和气体组分流动的影响。结果表明,网格划分精细度能够影响其数值模拟的求解结果,精细网格对于热特征的分析更为有利,离散格式和边界条件的改变对于其羽流温度的影响较小。该研究可为下一步流场的优化以及红外仿真工作提供参考依据。

基于自主开发求解器的蒸汽发生器二次侧流场分析

针对蒸汽发生器二次侧复杂流动传热现象,基于iconCFD开发了新的物理模型和求解器,采用多孔介质模型完成了对蒸汽发生器二次侧的流动和换热现象的数值模拟分析。计算模型中通过映射的方法实现了不同区域之间的数据的相互交换和更新,计算结果与ATHOS软件计算的结果相比对,通过比较一次侧出口温度、二次侧出口水蒸气质量流量和二次侧进口和出口处压力,此3项与ATHOS软件计算结果误差均小于1%,验证了新求解器的有效性和可靠性。

一类新型自适应反扩散近似Riemann求解器及其应用

对于包含激波、剪切层等复杂结构的流动问题,为了精确模拟剪切层等精细结构,且保证激波计算的稳定性,必须采用低耗散且强鲁棒的数值通量方法。传统的HLL近似Riemann求解器的耗散性较大,Roe、HLLEM和HLLC等近似Riemann求解器在计算某些含有强激波的物理问题时会出现非物理解,容易导致不稳定。针对这一问题,本文在Riemann求解器中通过合理设计反扩散矩阵,发展了一类具有自适应反扩散的新型Riemann求解器,并将其应用到高阶加权紧致格式,实现了高阶精度求解。通过典型数值算例验证了新型方法的计算精度和稳定性,结果表明本文提出的新型自适应反扩散Riemann求解器克服了传统Riemann求解器的缺陷,既能准确识别剪切层等精细结构,又能保证激波解的稳定性。

乏汽供热用大型蒸汽射汽器性能试验与研究

对乏汽供热用大型射汽器的性能进行了全面分析和研究。结合射汽器的固有特性,在300 MW等级机组的乏汽供热系统中对射汽器变工况性能进行了试验研究,得到了不同机组背压、动力蒸汽压力和出口压力下射汽器的性能曲线。建立了一种射汽器全工况特性的性能参数求解方法。结果表明:性能参数求解结果与试验数据吻合度高。

基于SQUID传感器的超导单通道磁力仪研制

针对地球物理勘探中高精度磁场信号测量与靶目标大小方位检测难题,本文基于SQUID传感器研制了一种超导单通道磁力仪。首先,介绍了超导磁力仪工作原理,重点设计了其总体结构框架、控制单元、XYZ单元、无磁杜瓦瓶和供电模块;然后,提出了自适应滤波算法用于抑制运动磁场噪声干扰,静磁学逆向求解算法用于反演靶目标大小及方位;最后,采用半径0.2 m的圆铁球和边长5 m的地表立方空洞体进行检测实验,实验结果表明:本文超导磁力仪稳定可靠并满足地下勘探要求。

改进蛇算法的七电平逆变器SHEPWM研究

多电平逆变器控制策略中的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)能够以较低的开关频率得到较好的电压输出波形,重点在于开关角的求取。在多电平逆变器SHEPWM调制的开关角求解算法上提出改进蛇优化算法,对传统蛇优化算法采用Tend混沌映射初始种群,使初始种群分布更加均匀;引入Levy飞行策略增强算法的全局搜素能力,能够更加精准快速得到全局开关角的最优解。仿真结果表明,改进蛇优化算法所求的开关角相较于传统算法更好地消除低次谐波,并降低了输出线电压的畸变率,充分验证了该方法的可行性。

两种通用CFD软件求解器的对比研究

国产软件的自主开发与创新对发展我国信息技术产业至关重要。选取行业内两种主流的通用CFD软件求解器FLUENT和STAR-CCM+,广泛地对比了两种不同求解器在经典流体力学领域、传热领域、航空航天领域、船舶与海洋工程领域上的计算情况,分析了两种求解器对同一模型的计算差异。研究表明,两种求解器对流动方程及能量方程的计算已十分成熟,具有极高的准确性。随着模型复杂程度的不断增加,两种求解器的计算差异也随之增大。由STAR-CCM+生成网格,导入到FLUENT中进行求解,能够实现两种软件的有机结合,发挥各自的长处。得到结论:国产软件可以针对某一特定领域,将其在该领域内的功能发挥到最大。在该领域采用模板式的参数设置,不仅可以降低软件使用者的学习成本,还能提高该软件的可靠度。

COMPSPEN:对形状性质与数据约束进行融合推理的分离逻辑求解器

分离逻辑是经典霍尔逻辑的针对操作指针和动态数据结构的扩展,已经广泛用于对基础软件(比如操作系统内核等)的分析与验证.分离逻辑约束自动求解是提升对操作指针和动态数据结构的程序的验证的自动化程度的重要手段.针对动态数据结构的验证一般同时涉及形状性质(比如单链表、双链表、树等)和数据性质(比如有序性、数据不变性等).主要介绍能对动态数据结构的形状性质与数据约束进行融合推理的分离逻辑求解器COMPSPEN.首先介绍COMPSPEN的理论基础,包括能够同时描述线性动态数据结构的形状性质和数据约束的分离逻辑子集SLIDdata、SLIDdata的可满足性和蕴涵问题的判定算法.然后,介绍COMPSPEN工具的基本框架.最后,使用COMPSPEN工具进行了实例研究.收集整理了600个测试用例,在这600个测试用例上将COMPSPEN与已有的主流分离逻辑求解器Asterix、S2S、Songbird、SPEN进行了比较.实验结果表明COMPSPEN是唯一能够求解含有集合数据约束的分离逻辑求解器,而且总体来讲,能对线性数据结构上的同时含有形状性质和线性算术数据约束的分离逻辑公式的可满足性问题进行高效的求解,另外,也能对蕴涵问题进行求解.

面向多异构平台的不可压求解器的移植算法和优化

研究开源计算流体力学软件OpenFOAM中典型不可压求解器icoFoam在异构平台上的并行算法,针对OpenFOAM设计了多异构平台兼容的数据存储结构,并结合可移植异构计算接口(HIP),提出了在两种主流异构平台上移植icoFoam的方案;同时,提出了一种在icoFoam中使用Krylov子空间线性求解器时高效的矩阵格式转换算法,并耦合hipSPARSE和hipBLAS库实现了压力和速度方程的高效求解。实验表明,该统一的移植方案在AMD和NVIDIA异构计算平台上,均使得icoFoam求解器的计算效率得到较大幅度的提升,相比于CPU,可分别获得20.5倍和38.4倍的加速效果。

用交叉梁系比拟求解正交各向异性薄板弯曲问题

采用交叉梁系结构比拟求解正交各向异性薄板结构,给出了两种结构在静力分析和自由振动分析中的相容性条件;对于满足相容性条件且仅含有简支和固支组合边界的相容问题,论证了其解答随着交叉梁系网格加密可收敛到正交各向异性板的理论解.进一步建立了所有类型内力的计算公式,并给出了采用3D结构力学求解器求解的算法实施和数值算例(包括矩形板和圆形板问题),用以验证理论分析的正确性.

基于WENO重构的真正多维黎曼求解器

具有良好守恒性与网格适应性的有限体积格式在流体力学的数值计算中占有重要地位。其中,求解数值流通量是实施有限体积法的关键步骤。一维情形下,通过求解局部黎曼问题来获得数值流通量的相关理论已经比较成熟。但是在计算多维问题时,传统的维度分裂方法仅考虑沿界面法向传播的信息,这不仅影响格式的精度,还可能会造成数值不稳定性从而诱发非物理现象。本文基于对流-压力通量分裂方法来构造真正多维的黎曼求解器,通过求解网格顶点处的多维黎曼问题来实现格式的多维特性。采用五阶WENO重构方法来获得空间的高阶精度,时间离散采用三阶TVD龙格-库塔格式。一系列数值实验的结果表明,真正多维的黎曼求解器不仅具有更高的分辨率还能有效克服多维强激波模拟中的数值不稳定性。

线性求解器在中长期水量调度中的应用研究

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。