基于并行化智能優(yōu)化算法的材料大數(shù)據(jù)處理研究.pdf

1、大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨改變了人們生活的方方面面，也為材料科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著材料基因組計(jì)劃的提出，材料大數(shù)據(jù)處理研究已經(jīng)成為一個(gè)新的社會(huì)熱點(diǎn)。本文就針對(duì)材料大數(shù)據(jù)處理中的分子力場(chǎng)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。智能算法又稱為元啟發(fā)式算法，在解決此類問(wèn)題中有突出表現(xiàn)，其中遺傳算法和粒子群算法應(yīng)用尤為廣泛。隨著社會(huì)和科學(xué)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)都越來(lái)越多，也越來(lái)越復(fù)雜，本文要解決的主要問(wèn)題，分子力場(chǎng)優(yōu)化問(wèn)題就是一個(gè)例子，另外，很多實(shí)際應(yīng)用

2、還對(duì)實(shí)時(shí)性有要求。因此，串行智能算法已經(jīng)難以滿足應(yīng)用需求，對(duì)之進(jìn)行并行化研究十分必要。
　　本文在深入分析智能算法本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了智能算法主要是遺傳算法和粒子群算法的并行化處理。其流程大致為，第一，利用福斯特并行算法設(shè)計(jì)方法對(duì)遺傳算法和粒子群算法進(jìn)行了特征分析和并行化設(shè)計(jì)，制定了主從式遺傳算法并行化設(shè)計(jì)策略和并發(fā)主從混合式粒子群算法并行化設(shè)計(jì)策略。第二，利用當(dāng)下流行的OpenMP應(yīng)用程序接口對(duì)遺傳算法和粒子群算法的計(jì)算密集

3、部分，即適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行了并行化處理，實(shí)現(xiàn)了智能算法的主從式并行化，使得算法的運(yùn)算速度隨著所用核數(shù)的增加成比例提升。第三，利用MPI消息傳遞接口混合 OpenMP應(yīng)用程序接口對(duì)劃分子群的粒子群算法進(jìn)行了并行化處理，進(jìn)一步提升算法執(zhí)行速度的同時(shí)，也使算法的優(yōu)化效果得到了很大的提升。其中MPI用于子群信息交互，OpenMP仍然用于適應(yīng)度函數(shù)并行化處理。另外，針對(duì)基于子群劃分的并行化粒子群算法，本文提出一種交流子群個(gè)體歷史信息和加入遺傳機(jī)制