【摘要】：隨著GPU等高性能平臺近些年來的不斷發(fā)展,同時(shí)群智能算法所具有的隱含并行性為算法在GPU上的實(shí)施提供了有利的平臺基礎(chǔ),基于GPU平臺的群智能算法逐漸成為解決高維復(fù)雜優(yōu)化問題的首選。本文以群智能算法中具有代表性的粒子群優(yōu)化算法(PSO,Particle Swarm Optimization)為例,研究如何進(jìn)一步利用 GPU上的CUDA(Compute Unified Device Architecture)平臺的計(jì)算性能,充分發(fā)揮群智能算法并行性的優(yōu)勢。主要研究工作如下:為充分利用GPU的計(jì)算資源,同時(shí)為提高算法的收斂精度,提出了基于CUDA streams的多種群PSO算法,使用基于島嶼模型的并行多種群機(jī)制,結(jié)合CUDA平臺的流并發(fā)機(jī)制,將stream的數(shù)量與子群的數(shù)量一一對應(yīng),提高了原始算法的并行程度,使得并行PSO算法在原始線程級并行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更高級別的網(wǎng)格級并行,充分利用了 GPU的計(jì)算資源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在使用4或8個(gè)stream時(shí),提出的算法相對于單種群模式縮短了約30%的運(yùn)行時(shí)間。討論了CPU端與GPU端的偽隨機(jī)數(shù)對群智能算法的收斂性影響,結(jié)果表明使用GPU端的偽隨機(jī)數(shù)進(jìn)行初始化使得算法收斂到門限值的概率提高了 10%左右;由于算法的初始化實(shí)施了并行,提高了群智能算法的并行化程度。最后為解決PSO算法易陷入局部最優(yōu)的問題,提出了基于CUDA動(dòng)態(tài)并行機(jī)制的多起點(diǎn)局部搜索算法框架。由于動(dòng)態(tài)并行機(jī)制的引入,當(dāng)多個(gè)初始解并行地進(jìn)行局部搜索時(shí),每個(gè)解的鄰居解也將進(jìn)行并行搜索,使得算法的并行層次更高,整體性更強(qiáng)。將該框架整合至基于CUDA streams的多種群PSO算法,使得算法在獲得加速的同時(shí),相較于改進(jìn)前的算法平均最優(yōu)解獲得了至少兩個(gè)數(shù)量級的提升,增強(qiáng)了算法的尋優(yōu)能力,提高了算法的魯棒性。
【圖文】：

10圖 2-6 GPU 與 CPU 的每秒浮點(diǎn)運(yùn)算對比(GFLPS/s)Fig.2-6 Comparison of GPU and CPU floating point performance (GFLOPS/s)

圖 2-7 GPU 與 CPU 的內(nèi)存帶寬對比(GB/s)Fig.2-7 Comparison of GPU and CPU memory bandwidth (GB/s)ControlALU
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP18

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本文編號：2650170