ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ЯВНЫЕ ОДНОШАГОВЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЖЕСТКИХ СИСТЕМ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ
Предложены параллельные явные одношаговые методы первого, второго порядков, обеспечивающие возможность с минимальными вычислительными затратами интегрировать жесткие системы обыкновенных дифференциальных уравнений. В предлагаемых параллельных алгоритмах изменение величины шага построены на основе контроля точности и устойчивости численной схемы, а в неравенстве для контроля точности применяется оценка локальной ошибки метода.
В настоящее время одним из основных параметром, хаpaктеризующих эффективность использования вычислительной техники в науке и технологии, являются математические модели и численные методы, применяемые при создании программ для реализации исследований и расчетов по этим моделям. Моделирование процессов во многие важных приложениях приводит к необходимости численного решения задачи Коши для умеренно жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений [2, 3].
Рассматривается задача Коши для автономной системы обыкновенных дифференциаль ных уравнений первого порядка
y′ = f(y), y(t0) = y0, t0 ≤ t ≤ tk (1)
где y: [t0, tk] →RN, f: [t0, tk]× RN →RN, [t0, tk] -отрезок интегрирования. В предположении существования и единственности решения задачи (1) параллельная схема метода первого порядка с контролем точности для численного решения (1) в вычислительной системе из p процессоров, N > p и s = N/p, если N кратно p, или s = [N/p] + g, в противном случае, записывается в виде [1]
(2)
где yjs(n) ∈ Comp(j), || δn ||= 0.5h || fn + 1 - fn || ≤ ε, 1 ≤ j ≤ p, (j-1)⋅s + 1 ≤ js ≤ j⋅ s, ||⋅|| - некоторая норма в RN , || δn ||- норма вектора локальной погрешности, fn + 1 и fn - значения правой части системы (1) соответственно в точках t n+1 и tn, ε требуемая точность. Параллельная схема второго порядка для численного решения (1) имеет вид
(3)
Неравенство для оценки устойчивости h | λmax |≤ D, где | λmax | -наибольшее собственное число якобиана, D - размер области устойчивости (для схемы (3) он равен 2). Выбор величины шага hn для схемы (2) определяется по формуле hn = qhn/1.1, где q = (ε /|| δn ||)1/2, а для схемы (3) по формуле hn = max(hn, qhn)/1.1, где q = (D / hn |λmax | )1/2 .
Укрупненная схема параллельных алгоритмов предложенных вычислительных схем (2), (3) состоит в следующем. Компоненты yjs(n) распределяются по p процессорам согласно блочной схеме распределения по s компонентов в каждом. Каждая задача Uj выполняется на proc(j), Uj ∈ proc(j). Proc(1) определяет значение шага hn и передает всем proc(j), используя коммуникационную операцию one-to- all. В каждом proc(j) вычисляются yjs(n), т.е. решается задача Uj, вычисляется значение локальной нормы || δn ||j и выполняется операция all-to-all. Для вычисления значений элементов fjs(y(n) ) вектора правой части разpaбатывается отдель ная функция. Таким образом, общая схема параллельного алгоритма сводится к линейной форме и обеспечивается возможность анализа и оценки его эффективности алгоритма.
Алгоритмы реализованы в виде отдельных функций языка С и включены в комплекс программ, предназначенных для численного моделирования процессов, описываемых жесткими системами на многопроцессорных вычислительных системах кластерной архитектуры. Коммуникационные операции реализованы функциями библиотеки MPI.
Расчеты, выполняемые на 99-процессорном кластере ИВМ СО РАН [4] показали, что параллельные схемы (2), (3) применяться в случаях, когда расчеты требуется проводить с невысокой точностью - порядка 1 % и ниже.
Список литературы
- Ващенко Г.В., Новиков Е.А. Параллельная реализация явных методов типа Рунге-Кутты // Вестник КрасГАУ. - 2010 - №2 - С. 14-18.
- Новиков Е.А. Явные методы для жестких систем. - Новосибирск: Наука, 1997.
- Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. - М.: Мир, 1999.
- Исаев С.В., Малышев А.В., Шайдуров В.В. Развитие Красноярского центра параллельных вычислений // Вычислительные технологии. - 2006. - №11. - С. 28-33.
Статья в формате PDF
105 KB...
11 06 2026 6:59:46
Статья в формате PDF
101 KB...
10 06 2026 11:38:54
Проведен сравнительный спектральный анализ биоэлектрической активности головного мозга по данным электроэнцефалографии (ЭЭГ) и индукционной магнитоэнцефалографии (МЭГИ) пациентов с хронической формой ишемической нейрооптикопатии и глаукомой. Выявлен ряд особенностей, хаpaктеризующих наличие данных видов патологий у исследуемых, проявляющихся десинхронизацией работы полушарий, а так же повышением амплитуды спектральной оценки определенных частотных диапазонов МЭГИ и ЭЭГ. У пациентов с ишемической нейрооптикопатией выявлены признаки усиления тонуса адренорецепторов артериальных сосудов, а так же увеличение амплитуды медленных электрических потенциалов. Наличие глаукомы хаpaктеризовалось усилением тонус адренорецепторов гладкой мускулатуры, а так же ослаблением парасимпатического тонуса вегетативной нервной системы. Сравнительный анализ не показал статистически значимых отличий показателей МЭГИ и ЭЭГ.
...
08 06 2026 0:28:55
Статья в формате PDF
132 KB...
07 06 2026 18:10:16
В работе методом дискриминантного анализа исследована взаимосвязь между уровнем метаболизма коллагена и особенностями поведения крыс в тесте «Открытое поле». Обнаружено, что крысы с высокой активностью процессов катаболизма коллагена делают большее число уринаций при тестировании по сравнению с другими животными. В то же время особи с высоким уровнем анаболизма коллагена проявляют в «Открытом поле» повышенную горизонтальную двигательную активность. Учет этих хаpaктеристик поведения и массы тела крыс позволяет предсказывать особенности метаболизма коллагена у животных с точностью до 85%.
...
06 06 2026 4:17:44
Статья в формате PDF
294 KB...
05 06 2026 3:17:58
Статья в формате PDF
251 KB...
04 06 2026 1:13:53
Статья в формате PDF
141 KB...
03 06 2026 0:42:33
Статья в формате PDF
683 KB...
02 06 2026 7:20:26
Статья в формате PDF
228 KB...
01 06 2026 21:23:54
Статья в формате PDF
109 KB...
31 05 2026 20:39:43
Статья в формате PDF
133 KB...
29 05 2026 6:44:17
В работе изучено состояние процессов перекисного окисления липидов и содержание фосфолипазы А2 в периферической крови беременных III триместра с обострением гepпeс-вирусной инфекции в зависимости от титра антител IgG к вирусу простого гepпeса 1 типа. Установлено, что обострение гepпeс-вирусной инфекции в период гестации способствует активации процессов перекисного окисления липидов, регистрируемого по содержанию ТБК-активных продуктов (малонового диальдегида), повышению содержания фосфолипазы А2, наиболее выраженное при титре антител IgG к ВПГ-1 1:12800 и является причиной деструктивных процессов в составе липидов эритроцитов.
...
28 05 2026 23:13:59
Статья в формате PDF
90 KB...
27 05 2026 4:33:52
Статья в формате PDF
116 KB...
26 05 2026 8:19:28
Статья в формате PDF
231 KB...
25 05 2026 0:57:17
Статья в формате PDF
116 KB...
22 05 2026 20:26:34
Статья в формате PDF
104 KB...
21 05 2026 2:54:55
Статья в формате PDF
266 KB...
20 05 2026 4:10:41
В работе приводятся сведения относительно возможности применения тестовых заданий и биологических задач для исследования личностных особенностей учащихся и выявления одаренных детей. Показано, что использование этого подхода может способствовать повышению эффективности выявления школьников с повышенным уровнем интеллекта.
...
19 05 2026 23:42:34
При выборе рациональной технологии изготовления и оптимизации составов мазей и гелей с нестероидным противовоспалительным средством – мелоксикамом (МК) важно изучение реологических свойств данных лекарственных форм (ЛФ). Статья посвящена изучению реологических свойств мазей и гелей МК. Исследования, проведенные авторами, позволили определить факторы, влияющие на реологические свойства изучаемых ЛФ МК и охаpaктеризовать исследуемые образцы мазей и гелей МК, как структурированные дисперсные системы.
...
18 05 2026 14:52:31
Статья в формате PDF
137 KB...
17 05 2026 4:10:56
Статья в формате PDF
132 KB...
16 05 2026 18:10:54
Статья в формате PDF
114 KB...
14 05 2026 5:13:12
Статья в формате PDF
108 KB...
13 05 2026 9:34:25
Проведен анализ общепринятых учений и научных теорий, имевших широкую аудиторию в вузах и научно-исследовательских институтах прошлого века. Выявлена недостаточность абстpaктной потенции в мыслительной жизни homo sensus, главная альтернатива которой – эмоциональный мир, чувственность и вера. Свойство верить познающего субъекта не носит хаpaктер религиозности, однако имеет общие с ней основания. Роднит религию и научную веру стремление не понять, а принять смутные представления, сулящие сиюминутную пользу и выгоду, объединяет желание увидеть в таинственном и запредельном нечто к себе доброжелательное, освобождающее от мучительного предназначения думать и, следовательно, уводящее от необходимости работать – работать без самообмана, но эффективно и достойно homo sapiens.
...
12 05 2026 23:42:48
Статья в формате PDF
292 KB...
10 05 2026 13:20:13
Статья в формате PDF
220 KB...
09 05 2026 9:58:48
Статья в формате PDF
103 KB...
08 05 2026 12:44:44
Статья в формате PDF
289 KB...
07 05 2026 5:10:27
Статья в формате PDF
128 KB...
06 05 2026 0:47:38
Статья в формате PDF
244 KB...
05 05 2026 3:58:28
Статья в формате PDF
119 KB...
04 05 2026 22:53:34
Статья в формате PDF
131 KB...
03 05 2026 13:59:19
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
