科学计算

摘要： 阐述工程合同不完全性发生机理,介绍针对合同不完全性的科学管理与计算辅助工具和运用实现过程,展示公路工程合同不完全性科学分析样例,相关理论、工具和分析技术。

摘要： 科学计算是一门理论与实践结合的专业课程,该课程对学生的综合能力培养有着至关重要的作用。针对课程对传统软件依赖性强,学生缺乏实践与学习动力等问题,提出将Python程序设计语言及Jupyter大数据分析平台融入科学计算课程的教学改革方法,并在教学内容和教学方式上给出了具体的措施。以数据科学与大数据技术专业课程教学改革为例,这些方法和措施的采用显著地提高了学生的应用和创新能力,证明了教学改革的有效性。

摘要： 当今诸多工程问题及科学研究中,都面临着大数据处理和高性能计算任务的双重挑战。基于内存计算技术提出的分布式处理框架Spark已在学术和工业界得到了广泛的应用,但其MapReduce-like的编程模型在任务间无法进行通信,导致科学计算中的数值算法无法进行高效实现。针对上述问题,研究了一种Spark内存计算与MPI消息传递模型相结合的解决方案,充分利用内存访问存取快速的特点和MPI的多种高性能通信机制,解决了Spark编程模型表达能力不足的缺陷,同时为MPI提供了面向数据的DAG计算方式。通过对Spark内部的运行环境和调度系统进行修改,使得MPI在Spark中得以无缝融合,为高性能计算和大数据任务提供了一个统一的内存计算系统。测试结果表明,在数值计算和迭代算法上相比Spark至少有50%的性能提升。

摘要： 作为一种新兴的虚拟化技术,容器能够以低廉的资源开销为应用程序和服务提供隔离的运行环境,近年来在持续集成和持续部署、自动化测试、微服务等多种业务场景中获得了广泛应用.在科学计算领域,容器技术的应用也正获得越来越多的关注.借助自身的打包能力及日益壮大的生态系统,容器技术有望为科学计算领域的生产力提升提供助力.文中对容器技术在科学计算中的应用现状进行了调研分析,并根据现有的应用实例讨论了在科学计算中使用容器及相关技术的多种方式.对不同应用模式的分析研究表明,通过提升应用程序的可移植性、改善研究的可重复性、提供非传统应用部署方案、简化云资源调度管理等多种方式,容器及相关技术可以为科学计算领域带来多方面的效率提升.

摘要： 面对日趋减少的煤炭资源,只有精采、细采,才能实现煤炭资源的最大产出率,而提升顶煤回采率就是最有效的措施.在斜沟煤矿23110综放工作面顶煤回采工程实践中,笔者科学合理地制定了提升顶煤回收率的措施:通过分析矿井实际生产条件,明确顶煤回采率的科学计算方式,从细化探煤工作、调整放顶煤工艺、部分端头过渡支架顶煤回收等方面入手,将斜沟煤矿23110综放工作面顶煤回收率提高到约86％,对类似条件的煤矿有一定的参考价值.

摘要： 自动微分是利用计算机自动化求导的技术,最近几十年因为它在机器学习研究中的应用而被很多人了解.如今越来越多的科学工作者意识到,高效、自动化的求导可以为很多科学问题的求解提供新的思路,其中自动微分在物理模拟中的应用尤为重要,而且具有挑战性.物理系统的可微分模拟可以帮助解决混沌理论、电磁学、地震学、海洋学等领域中的很多重要问题,但又因为其对计算时间和空间的苛刻要求而对自动微分技术本身提出了挑战.本文回顾了将自动微分技术运用到物理模拟中的几种方法,并横向对比它们在计算时间、空间和精度方面的优势和劣势.这些自动微分技术包括伴随状态法,前向自动微分,后向自动微分,以及可逆计算自动微分.

摘要： 我校数学类专业长期以培养数学建模为核心实践能力,坚持以培养具备较强的数学建模和科学计算能力的创新性应用型人才为目标定位.在这一目标定位的基础上,构建了理论与实践、算法与软件、课内与课外相结合的"三层两纵"互为交融的建模与计算的教学与人才培养体系.经过十余年的培养实践,结果表明该体系在我校数学类本科人才培养上发挥了重要作用且成效显著.

摘要： 本文通过介绍运用Java Swing,结合某地城镇燃气公司推出的燃气供应工程小公建用户"菜单式"报价体系,设计开发图形用户界面计算软件,应用计算机科学计算,通过数据输入区和结果显示区的直观展示,提高燃气供应工程报价过程中的准确性及时效性,在为城镇燃气企业一站式服务管理带来便捷的同时,也有助于进一步促进优化营商环境.

摘要： 在高质量人才的培养过程中需充分注重相关专业计算机软件使用能力的培养.本文对能源和动力工程不同专业的在读学生、教师、研究与技术人员进行了调研,了解相关专业软件的使用情况,结果显示,使用较广泛和使用频率较高的软件主要包括计算流体动力学仿真软件、数据分析和科学计算软件、机械制图软件和数据采集软件等.调研结果对教学课程内容的安排和教学改革的设计有一定的参考作用,也为相关学生、研究和技术人员在学习选择上提供了参考.

摘要： 凭借GPU强大的计算能力,超级计算机在数据处理、物理模拟、天气预测、现代制药、基因测序、先进制造、人工智能、密码分析等方面都有着广泛的应用。在2020年的新冠肺炎疫情中,更是为医疗卫生科研人员提供了巨大的帮助,为抗疫斗争赢得了宝贵的时间。从GPU在新冠肺炎疫情中的实际应用情况出发,回顾了GPU诞生至今40余年的主要发展历程,分析其发展趋势,提出了未来可能的若干发展方向,并结合本单位GPU研制实践,阐述了国产GPU研制的特点及现状,列举了多项关键技术,对国产GPU的未来发展提出了展望。

摘要： 本文针对科学计算云服务平台在运行和管理中面临的授权问题,在传统访问控制模型的基础上综合考虑了资源层次虚拟化的特点和科学计算领域的特点,提出了访问控制模型CAQF(Clusters,Applications,Queuesa nd Files),并基于SCE中间件实现了该模型.CAQF模型分析了科学计算领域中资源的基本特征和虚拟化关系,明确了资源之间的关系,并定义了灵活的访问控制策略,可以有效的满足科学计算云服务平台在集群变更管理、专用队列/应用设置和技术支持场景的需求.

摘要： 在科学计算云服务环境中,出于安全和管理的角度考虑,客户端与计算节点间的数据传输需要经过多个中间服务器进行中转.为此,基于SFTP(Secure File Transfer Protocol)协议设计并实现了一个数据中转传输系统MCP,使用文件传输代理模式进行不落地式中转,实现经多个中间节点的数据中转传输,保证了数据访问的合法性和传输的安全性,数据传输进度可控,并且方便对外提供数据中转传输接口.理论分析和实际测试表明,MCP传输时间少于使用SFTP进行的落地式数据中转传输.

摘要： 科学工作流(Scientific Workflows,SWF)技术从上世纪90 年代发展至今,在科学研究和实验分析中发挥着越来越重要的作用,成为很多领域研究必不可少的研究手段.本文先综述了国内外SWF技术研究现状,通过对比常见的SWF系统,总结了SWF系统基本功能结构,并剖析了SWF系统的关键技术实现方法.然后将SWF技术应用于空间信息科学计算中,探讨了SWF带来的计算模式的改变,针对该领域亟待解决的问题设计实现了面向空间信息处理的SWF系统,并对调度延迟和系统扩展性指标进行了性能分析.最后文章提出了对空间信息处理领域SWF研究发展趋势的一些展望.

摘要： 多维数组是科学计算中非常重要的数据结构,但目前主流数据库使用的关系代数很难支持多维数组。因此提出了一个面向科学计算的多维数组代数模型SciArray以及建立在其上的结构化查询语言AQL。SciArray很好地描述了多维数组运算中的数据局部性,为实现并行的面向科学计算的多维数组数据库奠定了基础。

摘要： 结构符号网络计划建立了网络计划技术的科学计算体系,并据之开发了网络计划技术软件,这就是网络计划技术科学计算软件.在阐释了网络计划技术软件基本功能的基础上,本文论述了网络计划技术软件的信息化.网络计划技术软件的信息化应体现为单个子系统、系统与子系统、操作系统、计划报表四个方面的开发。在网络计划技术软件的开发中，系统与子系统体现为BANT嵌套-计划结构，先用实矢和虚矢开发出一个最基本的操作系统，基本计划操作系统具有网络计划技术软件的基本功能。

摘要： 针对数据与元数据的不同I/O特征,本文设计双路I/O系统,该系统优化元数据的存储位置.将元数据存储于容量较小、但是延迟较低的固态盘文件系统中,在降低元数据I/O延迟的同时提高数据I/O的连续性.实践证明，在数十KB到数MB的数据块大小区间内，元数据重定向的双路I/O技术对写性能影响较小，但是对读性能有明显的加速作用，最高可达3倍以上。

摘要： BLAS是科学计算中最基础的数学库之一，各CPU厂商都推出了针对各自CPU的优化的BLAS库。龙芯CPU是中科院计算所自主研制的通用CPU，目前已推出了龙芯3号系列。本文介绍了我们发起的基于GotoBLAS 2-1.13 BSD版的开源项目OpenBLAS，针对龙芯3A CPU的优化工作。在BLAS 3级函数的单线程优化上，运用了分块，手工核心汇编，使用龙芯3号128 bits访存指令和预取指令，汇编指令重排等技术。BLAS 3级函数平均性能高于GotoBLAS和ATLAS 75%和17%，其中，双精度函数高于GotoBLAS和ATLAS 103%和36%。在BLAS 3级函数并行化方面，采用数据缓冲区交错布局等技术，减少多线程对共享L2 Cache的争抢。 OpenBLAS BLAS 3级函数的4线程并行加速比达到3.47。 4线程BLAS 3级函数平均性能高于GotoBLAS和ATLAS 69%和34%，其中，双精度函数高于GotoBLAS和ATLAS 89%和55%。

摘要： 稀疏矩阵向量乘(SpMV)是科学计算中最重要的核心算法之一。理论分析和实际测试结果都表明，SpMV属于访存密集型应用。由于目前主流编译器尚不能充分利用现代处理器的访存特性，SpMV对带宽利用率仅为10%。本文通过探索现代处理器的访存特征，使用单指令流多数据流（SIMD）对SpMV进行流水线访存优化。实验表明与标准SpMV相比，优化后的SpMV在Intel Nehalem和SandyBridge架构上流水线性能分别有63%和89%的提升，在AMD Opteron 6168和Opteron 8374 HE上分别有30%和36%的提升。SpMV在实际矩阵进行的性能测试中，Intel Nehalem和SandyBridge架构上均有10%的性能提高。

摘要： 线弹性理论广泛应用于结构分析与工程设计，与之对应的线弹性问题亦为工程与科学计算研究的重要对象。本论文首先提出线弹性问题模型。然后，详细介绍一种适用于求解线弹性问题的可扩展并行一水平和两水平区域分解算法。最后，给出一些相关数值实验结果，其验证了方法的可行性与适用性。

摘要： 由于计算机技术的迅速发展，科学计算与科学理论、科学实验并列成为探索自然研究社会的 三大基本研究方法之一。本文从科学研究方法论的角度，讨论了计算金融学与实验金融学的区别与联 系，认为按照三大基本研究方法进行分类，将计算金融学从实验金融学中独立出来，更符合学科发展的一般规律和趋势，更有利于我国计算金融学和实验金融学的健康发展。

摘要： 一种绘图科学型计算机统计图的显示方法，是将多数(x，y，t)点以模拟三度空间坐标方式表示，显示于显示幕上；其中该事件x为X轴上的值，事件y为Y轴上之值，时间t为T(时间)串列之值；其显示方法，是以X串列及Y串列为成对的数据值，并以T串列的先后顺序来绘出多数(x，y，t)点的关系图；使用者可由计算机的显示幕上观察到(x，y)与t间的关系。

摘要： 本发明公开了一种面向高性能科学计算的云计算方法，包括本地计算用户，所述本地计算用户连接有服务终端，所述服务终端连接有云平台，所述本地计算用户包括本地存储、计算终端、计算缓存和计算节点，所述本地存储连接于计算终端，所述计算终端连接于计算缓存，所述计算缓存生成有计算节点，所述服务终端包括加密模块和认证模块，所述加密模块连接于认证模块，所述云平台包括云共享终端和云存储，所述云共享终端连接于云存储，通过在计算中生产计算节点，然后加密传输至云平台进行存储，既能够减少数据上传和读取量，有效提高速率，同时减少冗余数据，利于共享管理，可以提高计算速率，大大提高云计算和高性能和效率。

摘要： 本发明提供一种基于岩石骨架理论科学计算焖井时间的方法，是在页岩油气进行压裂改造时由于页岩本身的渗透性、崩解性、软化性和膨胀固有特性，为达到在保持页岩骨架结构的基础上最大程度形成复杂缝网的水化膨胀目的，需科学计算焖井时间，达到页岩的最优水化效果的方法。所述方法通过引入压力归一化增量进行焖井时间的计算，现场施工之前需要收集该井钻井过程中前、中、后端的岩屑(岩芯)进行室内浸泡实验，得到压力归一化增量关联方程式中的页岩浸泡软化时间以及页岩浸泡崩解时间；再根据地质资料、压裂设计以及测井综合解释获取离子抑制系数以及基本参数，确定不同焖井时间的压力归一化增量并对其进行曲线拟合，进而获得该井的最佳焖井时间。

摘要： 本发明公开了一种应用于并行科学计算程序的细粒度性能建模方法，其具体步骤如下：获取程序所有的自定义函数名和MPI通信函数名，以及程序在一系列并行度下，各个自定义函数自身的计算时间和MPI通信函数的通信时间；逐一对自定义函数和MPI通信函数选择不同类型的基函数，进行拟合得到该函数的性能模型；将所有建模结果聚合，得到程序整体的性能模型。本发明的一种应用于并行科学计算程序的细粒度性能建模方法，专注于研究程序进程数量分配对程序运行时间的影响，对自定义函数和MPI通信函数分别建模，MPI通信函数又分为四类使用不同的基函数进行建模，然后再将建模结果进一步聚合，从而得到程序的整体模型，使得性能建模粒度更小，建模效果更好。

摘要： 本发明提供了一种应用于并行科学计算程序的函数运行时间测量方法，包括以下步骤：通过LLVM，对待测量程序源文件生成中间文件，并进行扫描，获取所有自定义函数名，并进行编号，并写入函数名记录文件；生成新中间文件；针对新的中间文件，生成待测量程序的可执行文件；计时函数记录并确定函数之间的父子调用关系和调用次数，记录函数的运行时间；在待测量程序的可执行文件运行结束后，得到计时结果文件；根据计时结果文件，整理计时结果文件，产生新的计时结果文件；将新的计时结果文件中的函数编号还原成函数名。本发明提供了一种应用于并行科学计算程序的函数运行时间测量方法，可以得到精确的函数运行时间，有助于挖掘程序的性能瓶颈。

摘要： 本发明提供了一种基于异构计算资源的科学计算服务编排系统,其通过在分布式科学计算服务生成模块和异构计算资源服务生成模块的支撑下，实现科学计算集成开发环境对应的运行平台与计算程序运行平台的有效分离，以使用户能够在个人终端上即可完成计算程序的编写与计算流程的编排，此外还通过分布式科学计算服务生成模块对科学计算程序开发环境和异构计算资源平台之间的依赖关系进行解耦，从而实现对不同计算程序设计参数进行多阶段与多平台科学计算程序之间的自动处理、自动传递和计算上下游自动调用。

摘要： 本发明公开了一种面向高性能科学计算的云计算方法，包括本地计算用户，所述本地计算用户连接有服务终端，所述服务终端连接有云平台，所述本地计算用户包括本地存储、计算终端、计算缓存和计算节点，所述本地存储连接于计算终端，所述计算终端连接于计算缓存，所述计算缓存生成有计算节点，所述服务终端包括加密模块和认证模块，所述加密模块连接于认证模块，所述云平台包括云共享终端和云存储，所述云共享终端连接于云存储，通过在计算中生产计算节点，然后加密传输至云平台进行存储，既能够减少数据上传和读取量，有效提高速率，同时减少冗余数据，利于共享管理，可以提高计算速率，大大提高云计算和高性能和效率。

摘要： 本发明公开了一种面向高性能科学计算的云计算方法，包括：云门户根据用户请求进行资源检索和分配，在共享存储中找到相应的数据，并生成可直接访问资源的虚拟机实例；用户通过虚拟机实例的远程桌面访问到所请求的资源并对资源进行预处理，将预处理结果存入共享存储中；用户通过虚拟机实例调用高性能计算资源；计算结束用户通过虚拟机实例的远程桌面查看结果，并在虚拟机实例中通过访问共享存储来获取高性能计算的结果，对结果进行后处理；用户可通过虚拟机实例的远程桌面从云环境中取回所需要的计算结果。本发明为用户在云环境中提供了方便的科学计算预处理和后处理；通过高性能计算资源和共享存储为用户在云环境中提供了方便的科学计算服务资源。

摘要： 本发明公开一种用于科学计算程序的全生命周期管理系统和方法，系统包括构建环境子系统和生产环境子系统，前者为科学计算程序的生命周期过程中的构建过程提供计算机资源；后者为科学计算程序的全生命周期过程中的测试、部署过程提供计算机资源。本发明通过一种科学计算程序的全生命周期的管理方法，在相应的计算资源上操作包含查询、触发调度、构建执行、结果分发和测试部署一系列步骤流程，自动完成科学计算程序的可执行文件的生成及其运行依赖环境的配置；同时，自动生成与其一一对应的记录其全生命周期过程的描述文件；进一步，基于这些描述文件及其集合的版本管理，实现高性能计算环境下科学计算程序的全生命周期追溯及跨平台的迁移部署。

摘要： 本发明公开了一种基于云原生的容器科学计算应用方法及系统，属于云计算领域；所述的方法具体步骤如下：S1将业务代码进行重构以适配云原生场景及MPI；S2方法需要输入观测数据，地震子波，纵波速度、横波速度和密度的初始模型；S3对输入数据进行标准预处理，通过有限差分正演得到正演数据，与观测数据做差得到波场残差；S4利用伴随状态法求得的正演算子的共轭算子及波场残差得到残差波场；S5利用得到的残差波场和正演数据计算得到纵波、横波及密度的参数梯度并进行梯度预处理；S6对初始迭代步长进行优化，得到最优迭代步长；S7最后利用迭代法模型更新公式更新各参数模型，得到最终的弹性波多参数反演结果。