本文選題：并行計算　切入點：預(yù)處理共軛梯度法　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：從古至今,地下水資源都是人類最珍貴的財富,它是我們?nèi)祟惿钣盟惋嬘盟闹饕獊碓?然而近些年來,由于社會的不斷進步,工業(yè)化的迅猛發(fā)展,人類對水資源開始過度開采,加之不能合理的規(guī)劃和利用,近些年來水污染的現(xiàn)象屢見不鮮,頻繁發(fā)生,使本來就不充裕的地下水資源變得越來越稀缺。我們必須及時采取相應(yīng)措施,合理利用地下水資源。地下水流動數(shù)值模擬是實現(xiàn)對某一區(qū)域水資源評價和監(jiān)測的有效手段,從而使地下水資源真正得到周期性的補充和恢復(fù)。隨著對地下水研究的不斷深入,復(fù)雜性持續(xù)增加,研究規(guī)模的日益擴大,普通的串行算法在計算時間上無法滿足研究人員的需求,加之龐大的數(shù)據(jù)量極大的消耗計算機內(nèi)存。并行處理技術(shù)的提出很好的解決了這個問題。主要研究工作是用并行處理技術(shù)優(yōu)化地下水流動數(shù)值模擬方法。為了高效的求解在地下水模擬中出現(xiàn)的上百萬個甚至更多的偏微分方程組,我們結(jié)合當今數(shù)值領(lǐng)域先進的求解方程組的理論知識,用并行計算方式,解決地下水仿真模擬的現(xiàn)有問題,從而極大的縮短數(shù)值模擬的時間及內(nèi)存消耗問題。以modflow原始模型為基礎(chǔ),以求解大規(guī)模線性方程組為主要研究內(nèi)容,以盡可能縮短運行時間為主要目的,著重介紹主流的并行結(jié)構(gòu)體系和算法思想。主要工作內(nèi)容包括:1)研究modflow關(guān)于三維有限差分公式數(shù)學(xué)模型的實際意義和理論依據(jù),了解其整體的模型架構(gòu)以及各個基本子程序包的概念和程序表達,并對其進行程序化編譯和運行。2)研究該模型解大型線性方程組所用到的迭代算法,深入研究預(yù)處理共軛梯度法和參數(shù)估值法的算法思想和原理,并用不同的并行編程模型進行優(yōu)化實現(xiàn)。3)分別介紹不同的并行編程模型,有:MPI并行、OpenMP并行以及基于GPU的CUDA并行的并行原理,并對前兩種不同的并行方法進行性能測試,測試結(jié)果可知,兩種并行算法均能在一定程度上加快運行速率,且在一定范圍內(nèi),效率隨著規(guī)模增加而愈加明顯。
[Abstract]:Since ancient times, groundwater resources have been the most precious wealth of mankind. They are the main sources of water and drinking water for human beings. However, in recent years, due to the continuous progress of society, the rapid development of industrialization, Human beings began to over-exploit water resources, coupled with unreasonable planning and utilization. In recent years, the phenomenon of water pollution is common and frequent. We must take appropriate measures in time to make rational use of groundwater resources. Numerical simulation of groundwater flows is an effective means to realize the evaluation and monitoring of water resources in a certain region. So that groundwater resources can be replenished and restored periodically. With the deepening of groundwater research, the complexity and scale of groundwater research are increasing. Ordinary serial algorithms can not meet the needs of researchers in computing time, In addition, the huge amount of data consumes computer memory. The parallel processing technology has solved this problem very well. The main research work is to optimize the numerical simulation method of groundwater flow with parallel processing technology. Effective solutions to millions or more of the partial differential equations that occur in groundwater simulation, Combining with the advanced theoretical knowledge of solving equations in the field of numerical value, we solve the existing problems of groundwater simulation by means of parallel calculation. Therefore, the time and memory consumption of numerical simulation are greatly shortened. Based on the original modflow model, the main research content is to solve large scale linear equations, and the main purpose is to shorten the running time as far as possible. The main work includes: 1) studying the practical significance and theoretical basis of modflow's mathematical model of 3D finite difference formula. Understand its whole model architecture, the concept and program expression of each basic subpackage, and program compile and run. 2) study the iterative algorithm used in solving large linear equations. The idea and principle of preprocessing conjugate gradient method and parameter estimation method are studied in depth, and different parallel programming models are introduced respectively by using different parallel programming models. The parallel principle of CUDA parallelism based on GPU and the parallel principle of CUDA parallel based on GPU are used to test the performance of the first two different parallel methods. The test results show that the two parallel algorithms can speed up the running speed to a certain extent and within a certain range. Efficiency increases with scale.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P641.8;TP338.6

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本文編號：1633405