SCI Библиотека

В статье рассмотрен подход к автоматизированному распараллеливанию программ для кластеров с помощью системы SAPFOR (System FOR Automated Parallelization). Главной целью системы SAPFOR является автоматизация процесса отображения последовательных программ на параллельные архитектуры в модели DVMH, которая является моделью программирования, основанной на директивах. Помимо этого, система SAPFOR позволяет выполнять автоматически некоторый класс преобразований над исходным кодом программы по запросу пользователя через графический интерфейс. На определенных классах задач пользователь системы SAPFOR может рассчитывать на полностью автоматическое распараллеливание, если программа была написана или приведена к потенциально параллельному виду. Также в статье описаны подходы к построению схем распределения данных и вычислений на распределенную память в модели DVMH. Эффективность полученных алгоритмов построения схем аспределения данных и вычислений продемонстрирована на примере некоторых приложений из пакета NAS Parallel Benchmarks.

В данной статье рассматривается балансно-характеристический численный метод решения гиперболических систем уравнений на треугольных расчетных сетках. Описываются основные шаги алгоритма на примере решения двумерных уравнений мелкой воды. Метод верифицирован и проведено его сравнение с методами, разработанными другими авторами, на основных тестах для уравнений мелкой воды над ровным дном.

In this paper, we consider the Fredholm integral equations of the second kind and construct a new iterative scheme associated to the Nyström method, which was elaborated by Atkinson to approximate the solution over a large interval. Primarily, we demonstrate the inability to generalize the Atkinson iterative methods. Then, we describe our modified generalization in detail and discuss its advantages such as convergence of the iterative solution to the exact solution in the sense norm of the Banach space С0[a,b]. Finally, we give a numerical examples to illustrate the accuracy and reliability of our generalization.

В статье рассматривается параллельный алгоритм решения задач глобальной оптимизации и обсуждается его реализация с использованием набора инструментов Intel oneAPI. Предполагается, что целевая функция задачи задана как “черный ящик” и удовлетворяет условию Липшица. Изложенный в статье параллельный алгоритм использует схему редукции размерности на основе кривых Пеано, которые непрерывно и однозначно отображают отрезок вещественной оси на гиперкуб. В качестве средства для реализации параллельного алгоритма использован инструментарий Intel oneAPI, который позволяет писать один код как для центрального процессора, так и для графических ускорителей. Приведены результаты вычислительных экспериментов, полученные при решении серии сложных задач многоэкстремальной оптимизации.

На сегодняшний день многопроходный метод PIV (Particle Image Velocimetry) широко используется в области экспериментальной механики жидкости и газа из-за его высокой надежности при решении практических задач. Однако он имеет известное ограничение, связанное с ошибками, возникающими при вычислении производных скорости, необходимых для деформации обрабатываемых PIV-изображений при повышении производительности метода. Поскольку количество ошибок увеличивается с применением схем более высокого порядка, на практике чаще всего ограничиваются первым порядком, что в свою очередь приводит к снижению пространственного разрешения. В данной работе предлагается метод, допускающий применение схем более чем второго порядка, что позволяет заметно повысить точность измерения скорости и ее производных и тем самым увеличить пространственное разрешение. Метод не требует восстановления ошибочных векторов скорости, позволяет избежать численного расчета производных скорости и легко применим на практике.

Исследованы закономерности процессов испарения и конденсации чистого пара в методе решеточных уравнений Больцмана. Выполнено моделирование этих процессов при постоянных во времени потоках пара на границе расчетной области. Показано, что в этом случае осуществляются квазистационарные режимы испарения и конденсации. Предложен простой численно эффективный метод задания потока пара на плоской границе расчетной области путем вычисления функций распределения на входящих характеристиках метода решеточных уравнений Больцмана. В расчетах показано, что поток массы при испарении плоской поверхности пропорционален разности плотностей насыщенного и окружающего пара при данной температуре поверхности, что хорошо согласуется с законом Герца-Кнудсена. Результаты трехмерного и одномерного моделирования методом решеточных уравнений Больцмана совпадают с высокой точностью. Показано, что отношение разности плотностей к потоку вещества на границе фаз при заданной температуре линейно зависит от времени релаксации как для испарения, так и для конденсации. Исследовано влияние температуры на интенсивность потоков испарения и конденсации чистого пара. Обнаружена зависимость процессов испарения и конденсации от времени релаксации, которое определяет кинематическую вязкость флюида.

Процесс распараллеливания программ может быть затруднён ввиду их оптимизации под последовательное выполнение. Из-за этого полученная параллельная версия может быть неэффективной, а в некоторых случаях распараллеливание оказывается невозможным. Решить указанные проблемы помогают преобразования исходного кода программ. В данной статье рассматривается реализации в системе автоматизированного распараллеливания SAPFOR (System FOR Automated Parallelization) преобразований последовательных Фортран-программ, позволяющих облегчить работу пользователя в системе и существенно снизить трудоемкость распараллеливания программ. Применение реализованных преобразований в системе SAPFOR продемонстрировано на прикладной программе, решающей систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Также было произведено сравнение производительности полученной параллельной версией с версиями, распараллелеными вручную с использованием DVM и MPI технологий.

На основании данных океанографических экспедиций Международного полярного года 2007-2008 гг. (617 станций) были рассчитаны объемные характеристики и время обновления тихоокеанских вод (ТВ) на акватории Северного Ледовитого океана. Установлены характерные изопикнические поверхности, соответствующие их верхней и нижней границам (соответственно 25,5 и 27,5 кг/м3), рассчитана толщина между изопикнами и эквивалентная толщина (т. е. условная толщина нетрансформированной «чистой» водной массы), границы распространения по исчезновению максимума силикатов в выбранном интервале плотностей. Воды тихоокеанского происхождения распространяются на север вплоть до приполюсного района (толщина до 40-50 м), на западе прослеживаются вплоть до северной части моря Лаптевых (толщины 20-30 м), на востоке сохраняются в малотрансформированном виде (толщина более 100 м) вплоть до Канадского Арктического архипелага, для них характерны глубины 50-150 м. Наибольшая толщина ТВ (более 150 м) характерна для круговорота Бофорта. Был оценен общий объем «чистых» (нетрансформированных) тихоокеанских вод на акватории Северного Ледовитого океана, он составил (197 ± 19) 103 км3, или около 1,1% от всего объема Северного Ледовитого океана. Объем тихоокеанских вод с учетом их перемешивания с окружающими водами между выбранными изопикническими поверхностями составил (313 ± 16) · 103 км3, что составляет около 1,7% объема Северного Ледовитого океана. С учетом характерного потока ТВ через Берингов пролив их время обновления в Арктическом бассейне оценено в 5-6 лет.

В статье предложена методика выявления «оживающих» сельских населенных пунктов (СНП). На примере Тверской области показано, какие особенности географического положения поселений определяют их возможности для ревитализации. Проведенная ранее типология, построенная на анализе космических снимков, показала большую дифференциацию в степени деградации СНП, отнесенных по переписи 2010 г. к категории «без населения». Дальнейшая работа по определению ведущих факторов ревитализации была построена на изучении тех СНП, где в наибольшей степени сохранились дома и хозяйственные постройки, идентифицируемые по космическим снимкам. В качестве ключевых черт географического положения, влияющих на перспективы оживления территории, выбраны близость к рекам и водоемам, положение относительно федеральных и региональных автодорог, нахождение вблизи областного и/или районного центра. Признаками, свидетельствующими о ревитализации СНП, стали наличие зарегистрированных жителей (по данным текущего учета) и отмежеванных кадастровых участков. Исследование показало, что треть всех СНП, которые в 2010 г. были отражены в статистике как пункты «без населения», в настоящее время могут считаться «оживающими». Для Тверской области ключевым фактором ревитализации СНП является его близость к реке, главным образом к Волге. Другой важный фактор - нахождение в зоне влияния основных центров, в первую очередь Твери. Основной функцией является рекреационное (дачное) использование таких деревень.

Рассматриваются возможность и ограничения применения общепринятых алгоритмов детектирования поврежденных огнем лесных территорий средствами дистанционного зондирования, которые позволяют системам мониторинга в автоматическом режиме формировать данные о площадях пожаров и площадях, на которых в последующем фиксируется гибель лесных насаждений. Результирующие размеры детектируемых площадей пожаров обладают погрешностью измерений, величины которых определены на основе единовременных данных, установленных в ходе исследований в отношении обширной территории за один лесопожарный сезон. Лесные пожары, в зависимости от географических особенностей территории, имеют различные пространственно-временные и качественные характеристики, поэтому сопровождаются неоднородными повреждениями лесов, что влияет на точность дистанционного определения гари или горельника. В связи с этим применение установленной величины погрешности при исследованиях на локальном уровне может привести к неточности результатов. Анализ космических снимков земель лесного фонда Тверской области за 2007-2022 гг. показал необходимость установления региональных величин погрешности измерений площадей, пройденных пожарами. Сопоставление производных данных среднего пространственного разрешения с данными высокого пространственного разрешения доказывает наличие региональной величины отклонения от установленной величины погрешности измерений, достигающей значительных размеров при относительно малых площадях детектируемых участков. Исследование показало целесообразность установления региональных величин погрешности измерений пирогенного воздействия на лесные территории. Применение полученных результатов позволит повысить точность определения площадей лесных пожаров и размера связанного с ними ущерба по данным дистанционного мониторинга.