📄Работа №202131
Тема: Разработка Q-эффективной реализации численных уравнений методом простой итерации и исследование ее динамических характеристик
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Программирование
Объем:
47 листов
Год:
2019
Просмотров:
67
4470
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Q-ЭФФЕКТИВНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 8
1.1. Концепция Q-детерминанта 8
1.2. Проектирование параллельных программ на основе Q-детерминанта ... 10
2. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ. 11
2.1. Технология программирования OpenMP 11
2.2. Технология программирования MPI 12
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ Q-ЭФФЕКТИВНОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА ПРОСТОЙ ИТЕРАЦИИ 15
3.1. Постановка задачи 15
3.2. Проектирование параллельной программы для Q-эффективной
реализации алгоритма 16
3.2.1. Этап 1 16
3.2.2. Этап 2 16
3.2.3. Этап 3 17
3.3. Программирование Q-эффективной реализации алгоритма 18
3.3.1. Последовательная программа 22
3.3.2. Q-эффективная программа для общей памяти 26
3.3.3. Q-эффективная программа для распределенной памяти 28
4. ТЕСТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ 29
4.1. Тестирование 29
4.2. Эксперименты 29
4.2.1. Характеристики системы 30
4.2.2. Результаты запуска Q-эффективной программы для общей памяти 32
4.2.3. Результаты запуска Q-эффективной программы для распределенной
памяти 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
ЛИТЕРАТУРА 38
ПРИЛОЖЕНИЯ 41
1. Q-ЭФФЕКТИВНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 8
1.1. Концепция Q-детерминанта 8
1.2. Проектирование параллельных программ на основе Q-детерминанта ... 10
2. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ. 11
2.1. Технология программирования OpenMP 11
2.2. Технология программирования MPI 12
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ Q-ЭФФЕКТИВНОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА ПРОСТОЙ ИТЕРАЦИИ 15
3.1. Постановка задачи 15
3.2. Проектирование параллельной программы для Q-эффективной
реализации алгоритма 16
3.2.1. Этап 1 16
3.2.2. Этап 2 16
3.2.3. Этап 3 17
3.3. Программирование Q-эффективной реализации алгоритма 18
3.3.1. Последовательная программа 22
3.3.2. Q-эффективная программа для общей памяти 26
3.3.3. Q-эффективная программа для распределенной памяти 28
4. ТЕСТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ 29
4.1. Тестирование 29
4.2. Эксперименты 29
4.2.1. Характеристики системы 30
4.2.2. Результаты запуска Q-эффективной программы для общей памяти 32
4.2.3. Результаты запуска Q-эффективной программы для распределенной
памяти 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
ЛИТЕРАТУРА 38
ПРИЛОЖЕНИЯ 41
📖 Аннотация
В данной работе представлена разработка и исследование Q-эффективных параллельных реализаций численного метода простой итерации для решения систем линейных алгебраических уравнений. Актуальность исследования обусловлена необходимостью максимального использования вычислительных ресурсов современных параллельных систем, что требует применения формализованных методов проектирования, таких как концепция Q-детерминанта. Основными результатами являются успешно разработанные Q-эффективные программы для архитектур с общей (на базе OpenMP) и распределенной (на базе MPI) памятью, а также проведенный анализ их динамических характеристик, подтверждающий эффективность примененного подхода к распараллеливанию. Научная значимость работы заключается в углубленном изучении и практическом применении методологии Q-детерминанта к классическому численному алгоритму, а практическая — в создании оптимизированных программных решений, готовых к использованию в высокопроизводительных вычислениях. Теоретической основой послужили фундаментальные работы Алеевой В.Н. по концепции Q-детерминанта, исследования Воеводина В.В. в области технологий оптимизации параллельных программ, а также труды Вальковского В.А. по синтезу параллельных программ.
📖 Введение
В современном мире вычислительные комплексы развиваются сверхбыстрыми темпами и для того, чтобы программы могли использовать возможные ресурсы целиком, необходимо также развивать и параллельные вычисления.
В настоящее время существует концепция Q-детерминанта, с помощью которой становится возможным узнать ресурс распараллеливания каждого алгоритма, учитывая при этом ограничения и характеристики вычислительной системы, на которой будет исполняться конкретный алгоритм. После этого возможно получить максимально параллельную реализацию алгоритма.
Для детального изучения концепции Q-детерминанта необходимо было изучить существующие научные работы по данной тематике. В [1] описан подход к распараллеливанию алгоритмов на основе их представления в форме Q-детерминанта. Этот подход позволяет для любого численного алгоритма разработать программу, которая будет полностью использовать ресурс параллелизма алгоритма. Выявить ресурс параллелизма численных алгоритмов позволяет концепция Q-детерминанта [2]. Одними из значимых работ по распараллеливанию алгоритмов и программ являются [3, 4]. Среди работ по синтезу параллельных программ необходимо отметить [5], в которой описан метод синтеза параллельных программ, и последующие работы, использующие этот метод. В [6] описана разработка принципов выполнения Q- эффективных реализаций численных алгоритмов на параллельных вычислительных системах. В работе [7] описана расширенная модель концепции Q- детерминанта. Показано ее применение для реализации ресурса параллелизма численных алгоритмов на параллельных вычислительных системах с общей и распределенной памятью. В [8] построен Q-детерминант для решения СЛАУ методом Якоби, описана Q-эффективная реализация метода, разработаны Q-эффективные программы для общей и распределенной памяти и выполнено исследование их динамических характеристик.
Целью данной работы является разработка Q-эффективной программы для решения пятиточечных разностных уравнений методом простой итерации и исследование ее динамических характеристик.
Для того, чтобы достигнуть поставленную цель, в ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1) изучить концепцию Q-детерминанта;
2) изучить метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
3) изучить программные средства, необходимые для разработки параллельной программы, реализующей метод простой итерации;
4) реализовать программу для систем с общей памятью, используя метод проектирования параллельных программ на основе Q-детерминанта;
5) реализовать программу для систем с распределенной памятью, используя метод проектирования параллельных программ на основе Q- детерминанта;
6) провести анализ динамических характеристик разработанных программ.
Работа включает в себя введение, четыре основных раздела, заключение и список литературы. Объем работы составляет 40 страниц, объем библиографии - 22 наименования.
В первом разделе «Q-эффективная реализация алгоритма» описана концепция Q-детерминанта и метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта.
Второй раздел «Технологии параллельного программирования» содержит описание технологий параллельного программирования, которые используются в разработанной Q-эффективной реализации алгоритма.
В третьем разделе «Проектирование и программирование Q- эффективной реализации метода простой итерации» описана постановка задачи и проектирование параллельной программы для Q-эффективной реализации алгоритма, где поэтапно описан план его выполнения и описан сам процесс программирования для последовательной программы и Q- эффективной для общей и распределенной памяти.
Четвертый раздел «Тестирование и эксперименты» содержит описания тестирования разработанных программ, экспериментов, проводимых над ними, характеристик системы, на которой ставились эксперименты и результаты запуска Q-эффективных программ для общей и распределенной памяти, а именно их динамические характеристики и их анализ, полученные с помощью суперкомпьютера «Торнадо ЮУрГУ».
В заключении подводятся итоги проделанной работы и предлагаются варианты дальнейшего развития.
В настоящее время существует концепция Q-детерминанта, с помощью которой становится возможным узнать ресурс распараллеливания каждого алгоритма, учитывая при этом ограничения и характеристики вычислительной системы, на которой будет исполняться конкретный алгоритм. После этого возможно получить максимально параллельную реализацию алгоритма.
Для детального изучения концепции Q-детерминанта необходимо было изучить существующие научные работы по данной тематике. В [1] описан подход к распараллеливанию алгоритмов на основе их представления в форме Q-детерминанта. Этот подход позволяет для любого численного алгоритма разработать программу, которая будет полностью использовать ресурс параллелизма алгоритма. Выявить ресурс параллелизма численных алгоритмов позволяет концепция Q-детерминанта [2]. Одними из значимых работ по распараллеливанию алгоритмов и программ являются [3, 4]. Среди работ по синтезу параллельных программ необходимо отметить [5], в которой описан метод синтеза параллельных программ, и последующие работы, использующие этот метод. В [6] описана разработка принципов выполнения Q- эффективных реализаций численных алгоритмов на параллельных вычислительных системах. В работе [7] описана расширенная модель концепции Q- детерминанта. Показано ее применение для реализации ресурса параллелизма численных алгоритмов на параллельных вычислительных системах с общей и распределенной памятью. В [8] построен Q-детерминант для решения СЛАУ методом Якоби, описана Q-эффективная реализация метода, разработаны Q-эффективные программы для общей и распределенной памяти и выполнено исследование их динамических характеристик.
Целью данной работы является разработка Q-эффективной программы для решения пятиточечных разностных уравнений методом простой итерации и исследование ее динамических характеристик.
Для того, чтобы достигнуть поставленную цель, в ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1) изучить концепцию Q-детерминанта;
2) изучить метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
3) изучить программные средства, необходимые для разработки параллельной программы, реализующей метод простой итерации;
4) реализовать программу для систем с общей памятью, используя метод проектирования параллельных программ на основе Q-детерминанта;
5) реализовать программу для систем с распределенной памятью, используя метод проектирования параллельных программ на основе Q- детерминанта;
6) провести анализ динамических характеристик разработанных программ.
Работа включает в себя введение, четыре основных раздела, заключение и список литературы. Объем работы составляет 40 страниц, объем библиографии - 22 наименования.
В первом разделе «Q-эффективная реализация алгоритма» описана концепция Q-детерминанта и метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта.
Второй раздел «Технологии параллельного программирования» содержит описание технологий параллельного программирования, которые используются в разработанной Q-эффективной реализации алгоритма.
В третьем разделе «Проектирование и программирование Q- эффективной реализации метода простой итерации» описана постановка задачи и проектирование параллельной программы для Q-эффективной реализации алгоритма, где поэтапно описан план его выполнения и описан сам процесс программирования для последовательной программы и Q- эффективной для общей и распределенной памяти.
Четвертый раздел «Тестирование и эксперименты» содержит описания тестирования разработанных программ, экспериментов, проводимых над ними, характеристик системы, на которой ставились эксперименты и результаты запуска Q-эффективных программ для общей и распределенной памяти, а именно их динамические характеристики и их анализ, полученные с помощью суперкомпьютера «Торнадо ЮУрГУ».
В заключении подводятся итоги проделанной работы и предлагаются варианты дальнейшего развития.
✅ Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были решены следующие задачи:
1) изучена концепция Q-детерминанта;
2) изучен метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
3) изучены программные средства, необходимые для разработки параллельной программы, реализующей метод простой итерации;
4) реализована программа для систем с общей памятью с использованием метода проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
5) реализована программа для систем с распределенной памятью с использованием метода проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
6) проведен анализ динамических характеристик разработанных программ.
Данная работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, грант № 17-07-00865 А.
В дальнейшем планируется провести дополнительные исследования метода простой итерации для распределенной памяти .
1) изучена концепция Q-детерминанта;
2) изучен метод проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
3) изучены программные средства, необходимые для разработки параллельной программы, реализующей метод простой итерации;
4) реализована программа для систем с общей памятью с использованием метода проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
5) реализована программа для систем с распределенной памятью с использованием метода проектирования параллельных программ на основе концепции Q-детерминанта;
6) проведен анализ динамических характеристик разработанных программ.
Данная работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, грант № 17-07-00865 А.
В дальнейшем планируется провести дополнительные исследования метода простой итерации для распределенной памяти .
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.