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)時代的來臨改變了人們生活的方方面面，也為材料科學(xué)的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著材料基因組計劃的提出，材料大數(shù)據(jù)處理研究已經(jīng)成為一個新的社會熱點。本文就針對材料大數(shù)據(jù)處理中的分子力場優(yōu)化問題進行了深入研究。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。隨著社會和科學(xué)的發(fā)展，各個領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)都越來越多，也越來越復(fù)雜，本文要解決的主要問題，分子力場優(yōu)化問題就是一個例子，另外，很多實際應(yīng)用

2、還對實時性有要求。因此，串行智能算法已經(jīng)難以滿足應(yīng)用需求，對之進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)計方法對遺傳算法和粒子群算法進行了特征分析和并行化設(shè)計，制定了主從式遺傳算法并行化設(shè)計策略和并發(fā)主從混合式粒子群算法并行化設(shè)計策略。第二，利用當(dāng)下流行的OpenMP應(yīng)用程序接口對遺傳算法和粒子群算法的計算密集

3、部分，即適應(yīng)度評價函數(shù)進行了并行化處理，實現(xiàn)了智能算法的主從式并行化，使得算法的運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)用程序接口對劃分子群的粒子群算法進行了并行化處理，進一步提升算法執(zhí)行速度的同時，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體歷史信息和加入遺傳機制