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电磁场有限元法解释分布式并行计算的研究

管建和  
【摘要】: 目前,科学计算主要采用单机计算、分布式计算、并行计算和分布式的协同计算等几种形式。而在地球物理勘探应用中,许多科学计算采用的是单机计算,如电磁场有限元法二维构造或三维构造的解释软件。这些软件的单机计算,由于数据量大并且计算时间长,往往只有高性能计算能力的系统支持才能满足应用需要。一个研究热点问题-分布式并行计算(DPC)是使用局域网上的闲置CPU资源协同实现的高性能计算。因此,研究基于经济可行的局域网实现电磁场有限元法解释的分布式并行计算系统,可以解决其单机计算时间长、计算结果难以实时可视化等科学计算问题,将会在地球物理应用领域产生巨大的应用价值,推动电磁法勘探解释计算技术的向前发展。 论文完成的主要工作和研究成果有: 1、提出了在局域网上建立分布式并行计算平台的设想,实现了地球物理勘探解释的科学计算。将地球物理勘探的数据处理问题和计算机及其网络技术的进步结合起来,发展了地球物理的解释方法,推动了地球物理解释方法的技术进步。 2、系统地给出了大地电磁法解释的数学模型,重新推导了部分的计算公式。完整地给出了基于大地电磁场勘探解释数学模型的有限元法求解的计算模型;为了程序实现,重新推导了求解一种解系数矩阵为块状三对角对称矩阵的线性代数方程组的快速算法-格林菲尔德(Greenfield)算法。 3、研究了国内外文献中涉及不多的基于Win32的面向对象的并行程序设计技术;提出了在电磁法勘探应用的科学计算领域,运用面向对象技术实现其分布式并行计算的问题;该技术不仅解决了电磁场有限元法解释的求解问题,而且还为其它地球物理解释的高性能计算的并行算法设计提供了依据。 4、研究了电磁场有限元法解释的串行计算的算法和软件实现、并行计算的算法和软件实现,给出了电磁法有限元法解释计算任务并行的划分和分治,解决了有关并行计算的负载均衡技术,合理地给出了算法的粒度选取。 5、依据并行计算模型和电磁场有限元法解释的并行计算程序,经计算获得了在不同的计算规模或节点下的实验数据,给出了相关的性能分析和效率分析。


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