📄Работа №206342
Тема: Параллельная реализация симплекс-метода Нелдера - Мида в пакете Gromacs
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Информатика и вычислительная техника
Объем:
40 листов
Год:
2020
Просмотров:
53
4885
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. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1. Алгоритм Нелдера - Мида. 7
1.2. Краткий обзор пакета Gromacs 12
1.3. Обзор работ по тематике исследования 15
2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА НЕЛДЕРА - МИДА 18
2.1. Инициализация симплекса 18
2.2. Разработка последовательного алгоритма в пакете Gromacs 20
2.3. Распараллеливание алгоритма Нелдера - Мида 24
2.4. Реализация параллельного алгоритма 25
2.5. Оценка сложности разработанного алгоритма 28
3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 31
3.1. Условия проведения экспериментов 31
3.2. Результаты 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
ЛИТЕРАТУРА 38
1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1. Алгоритм Нелдера - Мида. 7
1.2. Краткий обзор пакета Gromacs 12
1.3. Обзор работ по тематике исследования 15
2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА НЕЛДЕРА - МИДА 18
2.1. Инициализация симплекса 18
2.2. Разработка последовательного алгоритма в пакете Gromacs 20
2.3. Распараллеливание алгоритма Нелдера - Мида 24
2.4. Реализация параллельного алгоритма 25
2.5. Оценка сложности разработанного алгоритма 28
3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 31
3.1. Условия проведения экспериментов 31
3.2. Результаты 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
ЛИТЕРАТУРА 38
📖 Введение
В наше время множество задач моделирования связано с обработкой больших данных. Большое количество данных и сложность вычислений приводят к необходимости разработки параллельных реализаций известных алгоритмов и проектирования новых. В вычислительной химии есть множество задач, которые требуют длительных вычислений.
В химических расчетах учитываются температура, давление, положение атомов веществ и прочие параметры. Для расчета химических свойств могут использоваться различные методы. Одним из таких методов является метод молекулярной динамики.
Молекулярная динамика основывается на классической ньютоновской механике, что дает возможности моделировать системы с миллионами атомов. Расчеты выполняются на уровне молекул и их взаимодействий. Среди систем, основанных на методе молекулярной динамики, при моделировании биомолекул часто используется Gromacs.
Gromacs - это пакет программ для моделирования процессов химии и физики, в основе которого лежат методы молекулярной динамики. Он предназначен для моделирования и анализа атомно -молекулярных структур. Этот программный продукт написан на C++ с использованием технологий OpenMP и MPI, что позволяет ускорить вычисления с помощью запуска на суперкомпьютере [1-4].
Пакет программ Gromacs содержит множество градиентных методов минимизации [2]. Однако, с использованием неградиентных методов, предположительно, можно добиться ускорения расчета минимизации потенциальной энергии молекулярных систем. В частности, Лаборатории Многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов в ФГАУ ВО ЮУрГУ понадобилась реализация симплекс - метода Нелдера - Мида, реализация которого отсутствует в пакете Gromacs. Поэтому актуальной является задача написания функции, реализующей параллельный алгоритм Нелдера - Мида, и встраивание его в пакет Gromacs.
Цель и задачи исследования
Целью работы является параллельная реализация симплекс -метода Нелдера - Мида в пакете Gromacs.
В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1) провести обзор работ, связанных с симплекс -методом Нелдера - Мида;
2) рассмотреть структуру программного пакета Gromacs;
3) разработать параллельную реализацию метода в пакете Gromacs;
4) провести вычислительные эксперименты по анализу эффективности разработанного алгоритма.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем работы составляет 40 страниц, объем библиографии - 21 источник.
Содержание работы
В первой главе «Анализ предметной области» рассматриваются алгоритм Нелдера - Мида, структура системы Gromacs и порядок работы с этой системой, приводится обзор работ, связанных с параллельной реализацией симплекс -метода Нелдера - Мида.
Во второй главе «Разработка алгоритма Нелдера - Мида» приводятся инициализация симплекса, разработка последовательного алгоритма в пакете Gromacs, распараллеливание алгоритма Нелдера - Мида, реализация параллельного алгоритма, а также оценка сложности написанного алгоритма.
В третьей главе «Вычислительные эксперименты» приводятся описание условий проведения экспериментов и их результаты
В химических расчетах учитываются температура, давление, положение атомов веществ и прочие параметры. Для расчета химических свойств могут использоваться различные методы. Одним из таких методов является метод молекулярной динамики.
Молекулярная динамика основывается на классической ньютоновской механике, что дает возможности моделировать системы с миллионами атомов. Расчеты выполняются на уровне молекул и их взаимодействий. Среди систем, основанных на методе молекулярной динамики, при моделировании биомолекул часто используется Gromacs.
Gromacs - это пакет программ для моделирования процессов химии и физики, в основе которого лежат методы молекулярной динамики. Он предназначен для моделирования и анализа атомно -молекулярных структур. Этот программный продукт написан на C++ с использованием технологий OpenMP и MPI, что позволяет ускорить вычисления с помощью запуска на суперкомпьютере [1-4].
Пакет программ Gromacs содержит множество градиентных методов минимизации [2]. Однако, с использованием неградиентных методов, предположительно, можно добиться ускорения расчета минимизации потенциальной энергии молекулярных систем. В частности, Лаборатории Многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов в ФГАУ ВО ЮУрГУ понадобилась реализация симплекс - метода Нелдера - Мида, реализация которого отсутствует в пакете Gromacs. Поэтому актуальной является задача написания функции, реализующей параллельный алгоритм Нелдера - Мида, и встраивание его в пакет Gromacs.
Цель и задачи исследования
Целью работы является параллельная реализация симплекс -метода Нелдера - Мида в пакете Gromacs.
В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1) провести обзор работ, связанных с симплекс -методом Нелдера - Мида;
2) рассмотреть структуру программного пакета Gromacs;
3) разработать параллельную реализацию метода в пакете Gromacs;
4) провести вычислительные эксперименты по анализу эффективности разработанного алгоритма.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем работы составляет 40 страниц, объем библиографии - 21 источник.
Содержание работы
В первой главе «Анализ предметной области» рассматриваются алгоритм Нелдера - Мида, структура системы Gromacs и порядок работы с этой системой, приводится обзор работ, связанных с параллельной реализацией симплекс -метода Нелдера - Мида.
Во второй главе «Разработка алгоритма Нелдера - Мида» приводятся инициализация симплекса, разработка последовательного алгоритма в пакете Gromacs, распараллеливание алгоритма Нелдера - Мида, реализация параллельного алгоритма, а также оценка сложности написанного алгоритма.
В третьей главе «Вычислительные эксперименты» приводятся описание условий проведения экспериментов и их результаты
✅ Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были выполнены следующие поставленные задачи:
1) выполнен обзор работ, связанных с параллельной реализацией симплекс-метода Нелдера - Мида;
2) спроектирован параллельный алгоритм Нелдера - Мида;
3) спроектированный алгоритм реализован в пакете Gromacs;
4) выполнены вычислительные эксперименты, показывающие масштабируемость реализованного алгоритма.
1) выполнен обзор работ, связанных с параллельной реализацией симплекс-метода Нелдера - Мида;
2) спроектирован параллельный алгоритм Нелдера - Мида;
3) спроектированный алгоритм реализован в пакете Gromacs;
4) выполнены вычислительные эксперименты, показывающие масштабируемость реализованного алгоритма.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.