【摘 要】
:
多体系统的相变是物理学中的研究难点,数值模拟是除理论和实验研究之外对此问题的重要研究手段。从模拟的角度来看,相变可分为平衡和非平衡两类,前者需要保证系统在演化过程中达到细致平衡,后者则令外部驱动的特征时间短于系统的弛豫时间,让系统来不及平衡就被驱动到下一个状态,这类情况也被称为动力学相变。在诸多算法中,有限时间动力学算法以一个类似于有限尺寸的有限时间作为标度因子,探测系统的标度行为并提取临界指数、
论文部分内容阅读
多体系统的相变是物理学中的研究难点,数值模拟是除理论和实验研究之外对此问题的重要研究手段。从模拟的角度来看,相变可分为平衡和非平衡两类,前者需要保证系统在演化过程中达到细致平衡,后者则令外部驱动的特征时间短于系统的弛豫时间,让系统来不及平衡就被驱动到下一个状态,这类情况也被称为动力学相变。在诸多算法中,有限时间动力学算法以一个类似于有限尺寸的有限时间作为标度因子,探测系统的标度行为并提取临界指数、标记普适类。运用该算法模拟相变行为,能使系统在外场的驱动下顺利越过相变点,克服临界慢化。该算法已经在相变现象的动力学模拟中得到广泛应用。本文旨在探讨将该算法并行化,通过程序设计获得高加速比以提高模拟效率。本论文的主要内容和研究成果如下:(1)本文对有限时间动力学算法进行并行化设计,考虑到不同编程语言之间的优缺点,分别实现了基于Fortran+MPI和基于Python两种不同版本的并行模拟程序。此外,详细研究了模拟模型的尺寸、样本数、进程数以及变温速率对并行程序加速比的影响并提出了提高加速比的措施。为了避免多次数据通信造成CPU等待而费时的情况,各个进程将模拟结果存储于一个私有的数组中,最终由主进程实施一次性的数据收集,这使本文的并行模拟系统实现了较高的模拟效率,在进程数为10的情况下获得了9.6左右的加速比。(2)利用所开发的并行模拟系统对二维伊辛模型进行并行化模拟,在提高了模拟效率的前提下,通过加大模拟模型的尺寸和样本数,尽可能地减小了有限尺寸效应所带来的影响以及获得了更好的样本平均。经过对比发现各个临界指数的模拟结果与其理论值相符,验证了并行程序的正确性。此外,三维伊辛模型至今未有理论解析解,本文对其进行并行化模拟和研究,经过有限时间标度公式拟合之后发现各个临界指数与大多数文献中的结果相符。(3)在同一台计算工作站上,分别记录了二维和三维的伊辛模型在多样本、大尺寸的情况下所需要的模拟时间,经过对比发现在相同条件下,运行时间与变温速率几乎呈严格的线性关系。且在相同变温速率下,二维和三维伊辛模型的模拟时间能够保持近三倍的比例关系,再结合之前所获得的高加速比,证明了本文的并行模拟系统适合作一定规模的并行模拟运算,亦证明了蒙特卡罗类算法的维度无关性。最后,在模拟数据的曲线出现偏差又很难通过增加样本来获得更好的统计平均时,本文引入指数加权平均算法对数据进行处理,得到了更光滑、偏差更小的数据曲线,借此可进行更精确的取值。
其他文献
亚洲栽培稻和非洲栽培稻(简称“亚非稻”)种间存在严重的杂种不育,极大地限制了其种间杂种优势利用。亚非稻种间杂种不育是由多个位点控制的,其中S1座位是一个同时控制雌雄配子育性的主效位点。本课题组近期研究表明,该位点介导的杂种不育是由非洲稻型S1座位中三个连锁基因(S1TPR,S1A4和S1A6)所组成的杀手系统在孢子母细胞中释放的不育信号引起的。同时,S1TPR能在配子细胞中抑制不育效应,从而具有保
针对传统的柑橘叶片叶绿素真实值含量检测方法耗时费力、操作繁琐且损伤叶片等弊端和传统叶绿素光谱反演模型精度低、泛化能力差等问题,提出一种基于数据融合的深度迁移网络柑橘叶片叶绿素反演模型,并对比多种特征提取方法与传统模型,优化基于高光谱的柑橘叶片叶绿素反演模型。以甜橙作为试验品种,分别在柑橘的萌芽期、稳果期、壮果促梢期、采果期采集健康叶片,使用ASD Field Spec 3光谱仪测定样本的光谱反射率
‘巴厘’是我国菠萝的主栽品种,种植面积占80%以上,但是该品种菠萝采后极易发生黑心病,严重影响货架期和商品价值,经常造成严重经济损失,制约了菠萝产业的发展。开展菠萝黑心病发病机理研究有助于控制黑心病技术的研发。本研究基于代谢组学研究手段,结合基因表达分析,研究了绿熟菠萝和完熟菠萝在黑心病发生过程中代谢组的异同,旨在找出黑心病发病过程的差异代谢物及代谢通路,靶定关键代谢通路并探讨其与菠萝黑心病的关系
马铃薯是重要的主粮作之一。生物胁迫和非生物胁迫所产生的活性氧簇(ROS)严重危害马铃薯植株的生长发育。谷胱甘肽(GSH)在植物抗ROS的应激反应中发挥着重要的作用。谷氨酰半胱氨酸连接酶(GSH1)和谷胱甘肽合成酶(GSH2)是催化植物体内GSH合成的关键酶。基于本实验室前期研究基础,本论文对马铃薯StGSH1和StGSH2蛋白进行了理化性质及结构预测;通过原核表达系统对StGSH1和StGSH2蛋
转Bt(Bacillus thuringiensis)基因玉米(Zea mays)(Bt玉米)是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物之一。Bt玉米秸秆还田释放的Bt蛋白可能会对土壤生态系统造成影响。本文通过室内模拟两个Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)和同源常规玉米5422秸秆连续5次还田实验,分析了Bt玉米秸秆连续还田过程中Bt蛋白的降解动态,建立了Bt蛋白降解的模拟模型,对比了Bt玉米
炭疽病是菜心(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee)生产上重要的病害之一,病原菌的侵染会造成叶片出现“麻点”,影响菜心外观品质,降低其经济价值。经过多年的调查与检测,导致菜心炭疽病发生的主要病原菌为希金斯刺盘孢(Colletotrichum higginsiamum)。植物醛酮还原酶超家族(Aldo-keto redu
本文主要研究了Novikov方程、带立方可积Camassa-Holm方程以及三分支可积Camassa-Holm系统这三个可积系统解的性质.这些方程与经典的Camassa-Holm有着十分相似的结构,但也有着各自新的特点.我们首先构造了一个正则性较低的空间,再利用流(flow)的技巧构造了三个系统的唯一解,并研究了解的弱连续依赖性(定义见1.2);进一步地,通过先验估计来说明了解的正则性(即最高阶导
草酸(C2H2O4)又称乙二酸,是最简单的二元酸,普遍存在于动植物组织中,在体内以不可溶性及可溶性形式存在。研究表明,植物草酸目前主要由以下3条途径合成,乙醛酸/乙醇酸途径、抗坏血酸途径和草酰乙酸途径。最初,草酸被认为是植物中一种不能再进一步分解的代谢终产物。随着人们对草酸的进一步研究,发现它还可被进一步代谢降解。植物中草酸主要由3条途径进行分解,即乙酰化、氧化和脱羧。早期的研究认为草酸是对植物有
石斛属(Dendrobium)是兰科(Orchidaceae)多年生附生草本植物,在全球约有1500余种。作为中国传统中药,石斛具有免疫调节和降血糖等多种功效,但不同种石斛间的生物活性成分及含量具有一定的差别。研究发现石斛属植物含有多糖、生物碱、菲类等有效成分,还有一种特有的生物碱-石斛碱,而多糖和生物碱是石斛中的重要成分,决定着药用石斛的品质和药效。目前对于石斛属植物多糖和生物碱的合成途径及合成
眼球碱烧伤是小动物临床上常见的眼科急症,但目前临床对于角膜溃疡的诊疗经验还比较缺乏。因此,寻找一种简单快捷、疗效明显的小动物角膜溃疡治疗方法显得尤为重要。在本论文试验中,通过结合中西医治疗角膜溃疡的不同方法,比较结膜瓣遮盖术后不同的辅助治疗对于角膜溃疡的修复效果,期望为宠物眼科中兽药的研发提供经验,与寻找到一个效果显著的宠物角膜溃疡治疗方法。本试验通过碱烧伤法,对9只贵宾犬建立角膜溃疡模型,并使用