一种基于MPI的稀疏化局部尺度并行谱聚类算法的研究与实现

谱聚类算法由于其可识别非凸数据分布、可有效避免局部最优解、不受数据点维数限制等优点,在许多领域得到广泛应用。然而,随着数据量的增大和数据维数的增多,在保证聚类准确性的前提下,尽可能降低计算时间将变得非常必要。此外,影响谱聚类算法聚类质量的因素除数据集本身外,还与所采用的求解距离矩阵的方法、相似性矩阵的尺度参数、Laplacian矩阵形式等多种因素相关。针对以上问题,首先对于大规模数据问题,将MPI并行编程模型应用于谱聚类算法;然后利用t-最近邻方法对谱聚类算法中较大维数的Laplacian矩阵进行近似转化,同时用局部尺度(Local Scaling)参数对算法中的尺度参数进行自动调节。基于上述分析,提出了一种谱聚类并行实现算法,即稀疏化局部尺度并行谱聚类算法SLSPSC,并在四个数据集上进行了测试,与现有的并行谱聚类算法PSC在运行时间和聚类质量两方面做了比较分析。实验结果显示,该算法降低了求解Laplacian矩阵的总时间,同时部分数据集聚类质量得到较大提高。

地球系统模式CAS-ESM 2.0性能评估与分析

地球系统模式是研究气候变化、进行地球系统建模的重要软件.中科院地球系统模式CAS-ESM (Chinese Academy of Sciences-Earth System Model)是中科院大气所发展的进行地球系统模拟的高性能计算应用软件,目前已经发布了2.0版本,其模拟性能一直是制约其发展的关键因素之一.为了对CAS-ESM 2.0进行性能评估和分析,将CAS-ESM 2.0移植到中科院高性能计算系统"元"和"地球系统数值模拟装置"原型系统这两大高性能计算平台上,开展了耦合数值模拟试验.试验结果显示, CAS-ESM 2.0存在受平台影响的性能差异,大气模式的运行时间占比最高,超过了其他分模式的总和,部分分模式存在可扩展性问题.然后对试验结果进行了进一步的分析,发现大气模式的性能瓶颈主要是由通信造成的.因而对CAS-ESM 2.0的后续研发发展工作中, CAS-ESM的跨平台优化、大气模式的性能优化与并行算法改进、分模式的可扩展性应该是研究的重点之一.

基于卷积长短时记忆网络的CPI预测

针对消费价格指数(CPI)的预测值滞后于真实值的现象,提出一种基于卷积神经网络-长短期记忆(CNNLSTM)深度网络的CPI预测模型,预测结果相较于传统方法有较小的均方根误差和平均绝对百分比误差,且预测结果的定向精度和Pearson相关系数显著高于传统方法。用卷积神经网络-长短期记忆深度网络学习期货数据的空间特征和时间特征,动态定量预测每日CPI的变化情况。为有效提高深度网络训练的样本数量,对月度CPI数据进行数据增强。通过滑动时间窗口动态训练模型,预测2019年1月至2020年5月CPI变化情况。模型预测CPI取得了较高的准确率,在基于日级别数据进行CPI预测时具有明显优势。

基于Windows Azure云并行计算的期权定价SaaS

计算速度对于期权交易者至关重要,关系到如何有效地制定价格并评估相应的风险,而云并行计算提供的随收随付制(pay-as-you-go)可以实现低成本运行。在微软云平台Windows Azure的基础上,开发了基于云并行计算的期权定价试点云软件AzureOP,该软件以较低的费用提供了低风险和高速度,并给出了AzureOP对于美式期权价格的模拟结果,绘制了对应的期权价格定价曲线和定价曲面。最后,对云并行计算在金融应用上的优势和不足进行了总结和讨论,同时举例说明了试点云软件AzureOP的具体细节。

基于分治法求解对称三对角矩阵特征问题的MPI/Cilk混合并行算法

对称稠密矩阵特征问题的求解通常转化为三对角矩阵特征问题的求解,基于对称三对角矩阵特征求解的分而治之方法,提出了一种基于消息传递接口(message passing interface,MPI)+Cilk多任务并行模型的混合求解算法,采用进程间数据并行和进程内多线程任务并行的方法,实现了对分而治之算法中分治阶段和合并阶段的多任务划分和动态调度。进程内利用Cilk任务执行的有向无环图模型,解决了线程级并行的数据依赖和饥饿等待等问题,提高了程序的并行性;进程间通过粗粒度计算任务的划分,优化了MPI部分的数据通信流程和负载均衡问题。数值实验表明,混合并行算法在计算性能和可扩展性方面都要优于纯MPI并行算法。

CAS-ESM编译运行脚本文件系统设计与实现

CAS-ESM是中国科学院大气物理所开发的地球系统模式,是全球气候变化研究的重要工具.CAS-ESM是一个非常复杂的系统,有众多的分量模式及其开发者,应用各不相同,因此,有必要开发一套便捷的编译运行脚本文件系统,以利于模式的版本统一以及应用组装、编译和运行.该文在简要介绍了中科院地球系统模式CAS-ESM的基础上,针对CAS-ESM应用特点和用户使用特点,设计开发了其编译运行脚本文件系统;通过大量运行实验,发现全耦合模式存在的问题并进行改进;最后设计了耦合模式数值实验,验证编译运行脚本文件系统的正确性,得到运行结果.