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基于协同的并行设计环境理论与方法研究

胡志刚  
【摘要】:并行处理已经成为解决许多大型科学和工程问题的一种十分有效的方式。并行处理需要考虑任务的划分、处理机的分配、处理机间的通信及任务的同步等,要求进行并行处理的用户具有较扎实的并行处理理论基础和较高的实践技能,从而导致并行处理很难被广泛应用。研究简易实用、功能强大的并行开发环境是当前并行处理的一个重要研究方向。 本文以复杂机电系统为结合点,分析多过程交互作用对系统设计方法提出的任务,研究了基于协同的并行设计理论与方法,设计、实现了基于协同的可视化并行程序开发软件包和多智能体系统开发集成环境。 针对并行协同计算涉及大量动态信息交互过程的实际情况,本文设计实现了基于协同的可视化并行程序开发软件包。设计了协同任务类型,提供了直接和间接两种通信方式,支持并行任务之间的多次协同操作;提出了减少瓶颈问题的消息主动汇报机制和任务两层调度策略;实现了协同通信语句的自动生成和对源程序的自动修改;通过对并行软件封装,达到了并行程序设计和并行协同求解的透明性。 多智能体系统开发中对多智能体之间相互关系的分析极为重要。本文提出了多智能体系统体系结构原型和多智能体系统体系结构的概念,探讨了用这两个概念描述智能体之间关系的方法;提出了多智能体系统开发集成环境的结构模型,重点介绍了负责智能体管理和通信功能的分布式管理者和信使的功能及设计思想。多智能体协商工作方式具有不规律性的特点,要求智能体能够准确理解与表达协同信息,为此,提出并设计实现了一个受限的自然语言通信功能,建立了特定领域的综合信息词汇库,提出了提高词法分析性能的内存单词置换算法和常用词库动态更新技术。实现了可视化的多智能体系统开发集成环境,并提供了一组智能体应用程序接口,减少了用户在智能体通信和管理方面的设计工作量,有效地提高了多智能体系统的开发效率,同时也提高了系统的健壮性。 论文通过复杂机电系统耦合问题并行协同求解和全局耦合优化设计的2个实例,对并行程序开发软件包和多智能体系统集成开发环境的性能进行了验证。 在论文的末尾,对各章中的研究成果进行了总结,并对下一步的研究工作进行了展望。


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