Нижегородский государственный университет им.Н.И.Лобачевского.

ЛАБОРАТОРИЯ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Факультет вычислительной математики и кибернетики

Лаборатория ITLabИсследованияПроекты 2003-2009 гг.Учебно-исследовательские проектыGlobal Expert Switch to English version  
Новости
О Лаборатории
Обучение
Исследования
Проекты 2011 г.
Проекты 2010 г.
Проекты 2003-2009 гг.
Образовательные комплексы
Семинар Лаборатории
Мероприятия
Вакансии Интел
Сотрудничество
Разработчики сайта
О нас пишут
Летняя школа 2011
Видео лекции
Клуб У.М.Н.И.К.
Имя:
Пароль:
запомнить:
Забыли пароль? Регистрация

Global Expert

Наименование проекта

Программная система параллельных вычислений в задачах выбора глобально-оптимальных решений “Абсолют Эксперт”

Краткое описание

Программная система “Абсолют Эксперт” предназначена для параллельного решения сложных задач глобальной оптимизации, отличающихся многоэкстремальным характером критериев и ограничений, существенной вычислительной трудоемкостью функционалов, невыпуклостью и многосвязностью области поиска и др. Задачи подобного вида широко распространены в различных областях науки и техники (идентификация, восстановление зависимостей, оптимальное проектирование, моделирование и т.п.). Возможность построения численных оценок решений таких задач при реалистических временных затратах может быть обеспечена только при применении самых эффективных методов глобального поиска и использовании современных средств высокопроизводительной вычислительной техники.

Алгоритмическую основу системы составляет вычислительная схема редукции размерности, позволяющая сводить решение многомерных задач к решению задач одномерной оптимизации. Оптимизация получаемых в результате редукции многоэкстремальных задач обеспечивается информационно-статистическими алгоритмами глобального поиска, эффективность которых неоднократно подтверждалась в практических приложениях.

Возможность параллельных вычислений обеспечивается применением множественных разверток типа кривой Пеано, позволяющих порождать для решаемых многомерных задач семейства информационно-совместимых задач одномерной оптимизации. Получаемые в результате одномерные задачи могут решаться параллельно, при этом может быть обеспечено совместное использование всей поисковой информации, порождаемой в процессе вычислений. Подобная схема параллельных вычислений не требует каких-либо средств единого управления и характеризуется высокими показателями масштабируемости и надежности.

Цели проекта

Целью проекта является разработка программного комплекса, позволяющего ставить и решать (исследовать) задачи выбора оптимального варианта, моделью которых может являться задача многокритериальной оптимизации, в которой критерии определены на многомерном гиперпараллелепипеде с возможно наложенными функциональными ограничениями.

Задачи проекта:

- разработка расчетного приложения на основе последовательных версий обобщенного алгоритма глобального поиска и индексного метода с одной и множественными развертками;

- разработка расчетного приложения на основе параллельных версий (для систем на распределенной памяти в первую очередь, для систем на общей памяти во вторую) обобщенного алгоритма глобального поиска и индексного метода с одной и множественными развертками;

- разработка графического приложения, позволяющего выполнять постановку задачи оптимизации, настройку методов поиска, динамическое отображение процесса поиска, в том числе при параллельном решении;

- реализация интерфейса динамического обмена информацией между расчетным и графическим приложениями.

Дополнительной важной задачей проекта является реализация системы по принципу открытой архитектуры, позволяющей максимально просто добавлять новую функциональность, заменять имеющиеся модули и подсистемы. Решение данной задачи призвано обеспечить возможность проведения сравнительных исследований по эффективности различных механизмов внутренней реализации системы.

Коллектив

  1. Гергель Виктор Павлович, д.т.н., профессор, зам. зав. каф. МО ЭВМ. Научный руководитель.
  2. Сысоев Александр Владимирович, ассистент каф. МО ЭВМ. Руководитель проекта.
  3. Виноградов Роман, магистр 2-го года обучения. Исследователь.
  4. Рябов Василий, магистр 1-го года обучения. Исследователь.
  5. Сидоров Сергей, магистр 1-го года обучения. Исследователь.
  6. Субботина Екатерина, студентка 4-го курса. Исследователь.

Текущие исследования

В настоящий момент разработаны:

- реализации (последовательные и параллельные на основе MPI) обобщенного алгоритма глобального поиска, индексного метода с одной разверткой и индексного метода с множественными развертками;

- несколько вариантов подсистем хранения и обработки поисковой информации;

- первая версия графического приложения, включая интерфейс динамического обмена информацией между расчетной частью системы (функционирующей в параллельном режиме на системах с распределенной памятью) и графическим приложением;

- первая версия автоматизированной подсистемы тестирования реализаций методов.

Ведутся работы по направлениям:

- Разработка и реализация параллельных версий существующих алгоритмов для использования в системах с общей памятью (на основе технологии OpenMP). Это направление может рассматриваться и как создание версий алгоритмов, предназначенных непосредственно для многопроцессорных/многоядерных вычислительных систем, и как необходимое условие для реализации следующего направления.

- Общее развитие и оптимизация программного комплекса, включая повышение эффективности подсистемы обработки поисковой информации, расширение возможностей визуальной подсистемы, реализацию техник и модификаций, повышающих эффективность методов поиска.

Планируются работы по направлениям:

- Разработка и реализация гибридных параллельных схем, предназначенных для кластеров с SMP-узлами. С учетом массового внедрения многоядерных архитектур очевидна перспектива повсеместного распространения гетерогенных кластеров. Данное направление имеет целью использовать дополнительные мощности, появляющиеся на каждом вычислительном узле.

- Портирование программного комплекса под 64-битные операционные системы. Необходимость данного шага вызвана тем фактом, что в процессе решения оптимизационной задачи происходит непрерывное накопление массива поисковой информации, на основе которой на каждой итерации метода поиска делается выбор очередной точки испытания. В многомерных задачах (уже при размерности порядка 10) объем поисковой информации может превышать размеры виртуального адресного пространства процесса в 32-разрядных операционных системах

- Реализация приложения, визуализирующего схему межпроцессорного взаимодействия по собранной трассе и ход вычислений на каждом процессе (для учебных и тестовых целей).

Публикации

  1. Sysoyev A.V. Program system of parallel computations for solving the tasks of global-optimum choice. VI International Congress on Mathematical Modeling/Book of abstracts, 2004, p. 62.
  2. Сысоев А.В. О проблеме расчета функционалов в программных системах глобальной оптимизации. Труды Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, 2005, М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, стр. 57.
  3. Сысоев А.В., Сидоров С.В. Использование чисел расширенной точности в реализации индексного метода поиска глобально-оптимальных решений. (Принято для опубликования в материалах пятого Международного научно-практического семинара “Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах”, 2005).
  4. Рябов В.В., Сысоев А.В. Алгоритмы принятия глобально-оптимальных решений и их модификации. Материалы конференции “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, 2006, Н. Новгород, стр. 266 - 269.
  5. Сидоров С.В., Сысоев А.В. О распараллеливании индексного метода поиска глобально-оптимальных решений. Материалы конференции “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, 2006, Н. Новгород, стр. 273 - 276.
  6. Субботина Е.В., Сысоев А.В. Способы организации поисковой информации в программной системе параллельного решения задач глобально-оптимального выбора. Материалы конференции “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, 2006, Н. Новгород, стр. 284 - 288.

Материалы

  1.  Презентация проекта

Участие в конференциях и семинарах

  1. VI International Congress on Mathematical Modeling, Нижний Новгород, 2004.
  2. Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, Москва, 2005.
  3. V Международный научно-практический семинар “Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах”, Нижний Новгород, 2005.
  4. Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Технологии Microsoft в теории и практике программирования”, Нижний Новгород, 2006

Новости

14.11.2015
16.10.2015
16.10.2015
14.10.2015
20.09.2015

© ITLab, Нижний Новгород,  2009