авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Сборник трудов

конференции молодых ученых

Выпуск 7

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ

НАУЧНОЙ ШКОЛЫ

«ТЕХНОЛОГИИ

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ

ВЫЧИСЛЕНИЙ И КОМПЬЮТЕРНОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ»

И «ШКОЛЬНОЙ СЕКЦИИ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009 В издании «Сборник трудов конференции молодых ученых, Выпуск 7.

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ «ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И КОМПЬЮТЕР НОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ» И «ШКОЛЬНОЙ СЕКЦИИ» публикуются работы, представленные в рамках VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых, которая будет проходить 14–17 апреля 2009 года в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики.

СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007-2008 годы и успешно реализовал инновационную образовательную программу «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий», что позволило выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворять возрастающий спрос на специалистов в информационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях науки. Реализация этой программы создала основу формирования программы дальнейшего развития вуза до 2015 года, включая внедрение современной модели образования.

ISSN 978-5-7577-0335-0 © Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИКИ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ М.С. Александров, А.И. Фетинина (Вятский государственный университет) В работе рассмотрена простейшая динамическая модель региональной экономики, построенная на базе модели экономики страны. Недостаток исходных статистических данных компенсируется возможностью проведения быстрых расчетов. Использование высокопроизводительных вычислений на кластерных системах позволяет рассчитывать более сложные математические модели региональной экономики с большим числом параметров и, следовательно, более адекватно оценивать реальное состояние экономики региона.





Динамические модели региональной экономики содержат большое число параметров, которые трудно определить напрямую из данных статистики. Для определения таких параметров удобно использовать параллельные вычисления при верификации модели по статистическим временным рядам макропоказателей экономики. Параметры оцениваются на основе максимизации свертки критериев близости расчетных и статистических данных. Параллельная программа идентификации модели написана на языке С++ с использованием интерфейса передачи сообщений MPI и реализована на кластерном суперкомпьютере Вятского государственного университета. Идентификация параметров модели по данным Кировской области позволяет использовать ее в аналитических расчетах. Дана оценка эффективного капитала, реально используемого в процессе областного воспроизводства. Рассчитаны два возможных сценария развития экономики Кировской области: мобилизационный и инновационный.

РЕАЛИЗАЦИЯ PHOTON MAPPING С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ GRID Т.А. Багаутдинов, Д.К. Боголепов (Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского) Основная идея метакомпьютинга состоит в использовании независимых компьютеров, объединенных в сеть, как будто они являются одной большой параллельной машиной или виртуальным суперкомпьютером. Эта идея имеет ряд преимуществ, к которым относится, например, низкая стоимость суммарных вычислительных ресурсов.

В то время как традиционные средства распределенных вычислений были разработаны для небольшого числа гомогенных сильно связанных ресурсов (системы управления кластером), быстрый рост сети Интернет позволил применять эти концепции в большем масштабе. К тому же настольные ПК в корпоративных и домашних условиях не сильно нагружены – обычно используется только одна десятая часть мощности. Поэтому возникает интерес к использованию вычислительных мощностей. Эта новая парадигма стала одной из идей грид. Классическая (обратная трассировка лучей) – позволила впервые визуализировать тени, многократные отражения, преломления. Однако данный подход не учитывает вторичное освещение от диффузно отраженного объектами света и каустики.

Данные эффекты можно получить, используя метод прямой трассировки лучей – испускать лучи из источников света и отслеживать их соударения с объектами сцены (построение фотонных карт).

После построения фотонных карт, необходимо визуализировать сцену методом обратной трассировки лучей.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О РАЗВОЗКЕ ГРУЗОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КЛАСТЕРИЗАЦИИ А.Е. Шухман, В.Н. Поляков, Е.В. Болгова (Оренбургский государственный университет) Введение В данной статье рассматриваются методы решения задачи о развозке грузов, основанные на кластеризации и последующем приближенном решении задачи коммивояжера.

Постановка задачи Рассмотрим практическую задачу со следующей постановкой: некая фирма по доставке питьевой воды обслуживает n потребителей. Для доставки воды используется m машин. Фирма предполагает улучшить качество обслуживания клиентов, для чего предполагается разработать информационную систему составления маршрута и графика доставки воды клиентам. Фактически, данная задача представляет собой задачу о развозке грузов.



Результаты В результате был разработан и реализован параллельный алгоритм решения задачи о развозке грузов путем сведения ее к задаче коммивояжера.

Рассмотрены различные методы кластеризации, а так же методы оптимизации алгоритма с целью повышения эффективности работы параллельной программы.

Проведен анализ реализации алгоритмов с использованием технологий OpenMP и MPI и приведены результаты сравнения эффективности работы алгоритмов.

В работе представлены 5 иллюстраций ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ С РЕСУРСНЫМИ ПОТОКАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМНОЙ ДИНАМИКИ И МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ К.О. Боченина, А.В. Духанов (Владимирский государственный университет) Построение имитационных моделей ресурсных потоков структурно и поведенчески сложных динамических систем позволяет прогнозировать результаты принимаемых решений, а также осуществлять поиск оптимального управления такими системами. Для построения имитационной модели любая сложная система описывается с помощью единой системы нотаций, соответствующей базовым принципам системной динамики (происходит разделение ресурсов на потоки и накопители). После проведения формального описания системы становится возможным непосредственно моделирование ее поведения во времени.

Формализованную модель можно рассматривать как функцию перехода от одного состояния системы к другому. При таком подходе с помощью модели решается задача оптимизации по заданному критерию оптимальности (используется один из методов динамического программирования – схема Беллмана, модифицированная с помощью генетического алгоритма).

КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫЙ ПОДХОД ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО РАСЧЕТА ДИНАМИКИ СИСТЕМ ТВЕРДЫХ И УПРУГИХ ТЕЛ В.В. Гетманский, А.С. Горобцов, А.Е. Андреев, М.В. Резников (Волгоградский государственный технический университет) В работе рассматривается параллельная реализация алгоритмов моделирования динамики систем твердых и упругих тел с возможностями синтеза управляемого движения. Актуальность разработки параллельных методов расчета обусловлена необходимостью преодоления ограничений на размерность задач при детализации расчетных схем и требованиям к ускорению вычислений. Параллельные методы рассматриваются на примерах моделирования упругих тел, входящих в модели конструкций машин и механизмов и задач управления пространственными механическими системами. В случае моделирования упругих тел рассмотрена процедура декомпозиции модели на слабосвязанные подсистемы и методы синхронизации параллельного расчета подсистем. При решении задач управления предлагается использовать метод инверсной динамики и многовариантный зависимый расчет нескольких моделей с одинаковой структурой, но с разными управляющими параметрами. В текущей реализации процедуры параллельного расчета в CAE пакете ФРУНД используется механизм взаимодействия процессов чрез именованные каналы.

Для равномерного распределения нагрузки на процессоры и минимизации количества обменов между процессами используется клиент-серверная архитектура. Расчет в распределенной среде в случае многовариантного расчета большого количества моделей более эффективен. Разработанные параллельные методы в настоящее время переносятся на MPI интерфейс, который позволит использовать кластер.

РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ НАВЬЕ-СТОКСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПАМЯТЬЮ Е.А. Данилкин, А.В. Старченко (Томский государственный университет) Представлена параллельная реализация алгоритма численного решения системы уравнений Навье-Стокса при моделировании турбулентности методом крупных вихрей.

Рассмотрены различные способы геометрической декомпозиции (одномерная, двумерная и трехмерная) при численном решении уравнения переноса, проведен теоретический анализ их эффективности и разработаны рекомендации по их использованию. Проведен ряд численных экспериментов, показавших преимущество использования 2D или 3D-декомпозиции в сочетании с динамическими массивами. При этом программная реализация 2D-декомпозиции является менее трудоемкой в сравнении 3D-декомпозицией и имеет достаточный ресурс для масштабирования задачи. В работе большое внимание уделяется повышению производительности написанных программ, при этом использовались такие приемы повышения эффективности, как порядок вложенности циклов, учет эффектов кэш-памяти.

Результаты численных экспериментов показали, что построенная математическая модель турбулентности способна воспроизводить характерные особенности турбулентного потока. Применение в расчетах 2D-декомпозиции дает 76 процентов эффективности при использовании 25 вычислительных узлов. При дальнейшем увеличении количества вычислительных узлов до 100, получено характерное для задач данного класса значение эффективности около 50 процентов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЕТРАЭДРАЛЬНЫХ СЕТОК А.А. Данилов (Институт вычислительной математики РАН) Построение сеток является одним из шагов при решении задач компьютерного моделирования. В приложениях часто используют неструктурированные тетраэдральные сетки. Они позволяют достаточно точно аппроксимировать сколь угодно сложную геометрию области. Тетраэдральная сетка для некоторой области в пространстве представляет собой разбиение этой области на тетраэдры. Важным свойством сетки является ее конформность: два соседних тетраэдра могут иметь либо ровно одну общую вершину, либо ровно одно общее ребро, либо должны иметь целую общую грань между ними. Любые частичные пересечения тетраэдров в конформной сетке запрещены. В этой работе предложена технология построения трехмерных тетраэдральных конформных сеток в различных областях и рассмотрено несколько способов формального описания геометрических областей. В качестве основного алгоритма для построения тетраэдральных сеток был выбран метод продвигаемого фронта (advancing front technique). Этот метод предполагает задание начальной дискретизации границы области, называемой начальным фронтом.

В разных задачах геометрические формы моделей имеют разную сложность.

Например, в случае моделирования подводного ядерного взрыва можно использовать область простой формы в виде шара или куба. В задачах экологии используются более сложные модели, например пересечение или объединение нескольких простых фигур. В производстве широко применяются системы автоматизации проектных работ (САПР) для создания геометрических моделей изделий. Не исключено и применение трехмерного сканирования для получения компьютерной модели реально существующего объекта, например, в медицине. В разных задачах удобен тот или иной способ задания геометрии модели. В работе будет рассмотрено несколько методов задания начального фронта.

1. Аналитическое задание поверхности с помощью гладких параметризованных кусков с общей параметризацией на границе.

2. Взаимодействие с геометрическим ядром САПР.

3. Модификация имеющейся поверхностной триангуляции.

4. Объединение и пересечение поверхностных сеток на геометрических примитивах.

Также в работе будут рассмотрены некоторые способы постобработки полученной сетки, например, сгущение и разгрубление, сжатие и вытягивание, и адаптация под конкретную задачу.

NWCHEM КАК ГРИД – ПРИЛОЖЕНИЕ Я.

В. Долгая, В.В. Баркалин (Белорусский национальный технический университет) NWChem – пакет для квантово-механических и молекулярно – динамических расчетов – рассматривается как возможное грид приложение в рамках проекта Balticgrid II Седьмой рамочной программы ЕС. Описаны реализации и результаты тестирования масштабируемости NWChem на различных платформах, таких как кластер СКИФ К-1000 с операционной системой Fedora Core 8, где межпроцессорные взаимодействия реализованы при помощи Open-MPI, а также на восьмипроцессорном компьютере с использованием удаленной передачи файлов и доступа через NFS с использованием различных вариантов компиляций данного пакета. Произведен обзор версий NWChem, установленных в виртуальных организациях Balticgrid, промежуточное программное обеспечение которого – glite, рассмотрены способы запуска и мониторинга задачи в glite и методы оптимизации вычислений.

Представлены результаты расчета различных атомно-молекулярных систем.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА К-МЕРОВ В ПЕРКОЛЯЦИОННОМ ПОДХОДЕ Н.Н. Евдошенко (Астраханский государственный университет) Моделирование свойств неупорядоченных систем и процессов, протекающих в них представляет огромный практический интерес в связи с многочисленными приложениями. Стандартным инструментом для их описания является теория перколяции. Основные результаты в теории перколяции получены путем компьютерного моделирования. В последнее время внимание исследователей привлекли перколяционные процессы с протяженными объектами (к-мерами).

Целью диссертационного исследования является исследование перколяционного перехода линейных к-меров в трехмерном пространстве. Полученные результаты позволят описать фазовые переходы золь-гель.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАБОРА ЗАДАЧ С НЕФИКСИРОВАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПО МАШИНАМ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ А.В. Ефимов, C.Н. Мамойленко (Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики) Исследования в области распределенные вычислительных систем (ВС) характеризуются массовым использованием кластерных ВС и внедрением GRID технологий. Эффективность функционирования ВС зависит от управления её ресурсами. Перспективной считается технология параллельного мультипрограммирования.

Параллельная программа рассматривается, как набор параметров. Каждый параметр задается в виде тетрады r,t,m,f, где r – число узлов системы (ранг);

t – максимальное время выполнения программы;

m – «приоритет» пользователя указывающий предпочтение пользователя в ресурсах для решения задачи;

f – «образ»

программы, включающий исполняемый файл и необходимые данные. Параметры r, t и m, определяются в виде непрерывного интервала или вектора значений.

В докладе рассматривается эволюционный (генетический) алгоритм формирования пакетов задач. В качестве особи принято возможное распределение задач набора по пакетам, которые последовательно решаются на ВС. Каждый пакет объединяет несколько задач(генов), решаемых на ВС параллельно. В качестве кроссовера используется алгоритм перетасовки генов. Мутация заключается в изменении параметров в случайно выбранной задаче. Начальная популяция формируется с использованием классических алгоритмов упаковки в контейнеры (Best Fit, First-Fit).

АКТОРНОЕ РАСШИРЕНИЕ ЯЗЫКА JAVA В СРЕДЕ MPS А.Р. Жукова (Санкт-Петербургский государственный университет) Наиболее распространенные в настоящее время универсальные языки программирования хорошо подходят для реализации последовательных алгоритмов, но плохо приспособлены для параллельных. Для написания параллельных программ более удобны функциональные языки программирования [1]. В некоторых функциональных языках программирования (например, scala [2] и erlang [3]) для параллельного программирования применяется акторная модель [4]. Но эти языки мало распространены. В связи с этим существует необходимость создания проблемно ориентированного расширения [5] для универсального языка программирования, поддерживающего концепцию акторов.

В качестве средства для написания расширения была выбрана среда MPS [6], позволяющая легко разрабатывать совместимые языки и интегрированные среды разработки [7] к ним. В среде MPS было создано расширение Actor Language для языка Java [8], поддерживающее акторную модель. Код, написанный в среде MPS с использованием этого расширения, генерируется в обычный Java-код. Кроме этого расширение Actor Language было интегрировано с MPS-языком автоматного программирования (State Machine) [9]. Что позволило описывать поведение акторов в автоматном стиле [10].

Литература 1. Непейвода Н.Н. Стили и методы программирования. – М.: Интернет. – Университет Информационных технологий. – 2005.

2. Odersky M., Spoon L., Venners B. Programming in Scala. Artima. – 2008.

3. Armstrong J. Programming ERLANG: Software for a Concurrent World. Pragmatic Bookshelf. – 2007.

4. Hewitt C., Bishop P., Steiger R. A Universal Modular Actor Formalism for Artificial Intelligence. // Proc. of the Third Int. Joint Conf. on AI (IJCAI-73). – Stanford, CA:

Stanford University. – 1973. – P. 235–245.

5. Ward M. Language Oriented Programming //Software. – Concepts and Tools. – 1994. – № 15.

6. Дмитриев С. Языко-ориентированное программирование: следующая парадигма.

//RSDN Magazine. – 2005. – №5. – http://www.rsdn.ru/article/philosophy/LOP.xml 7. Fields D.K., Saunders S., Belyaev E. IntelliJ IDEA in Action. Manning Publications. – 2006.

8. Eckel B. Thinking in Java. NJ: Prentice Hall. – 2006.

9. Гуров В.С., Мазин М.А., Шалыто А.А. Текстовый язык автоматного программирования. Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – Вып. 42. – Фундаментальные и прикладные исследования информационных систем и технологий. – 2007. – С. 29–32.

10. Поликарпова Н.И., Шалыто А.А. Автоматное программирование. СПб: Питер. – 2009.

СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛАСТИЧНОЙ СТЕНКИ КРОВЕНОСНОГО СОСУДА И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЕ В МОДЕЛИ КРОВООБРАЩЕНИЯ Ю.А. Иванов (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) Задача проекта заключается в создании программного пакета, позволяющего моделировать различные участки кровеносной системы. Программа разрабатывается, как универсальное средство построения эластичной системы с требуемыми свойствами и поэтому может быть использована в различных областях прикладной медицины.

Основываясь на биологических особенностях строения эластичной ткани (в частности кровеносной системы), реализуется волоконная модель, положенная в основу проекта.

Идея заключается в представлении стенки сосуда в виде набора различных типов волокон. Вводится несколько основных типов спиралевидных волокон различных свойств подобных связкам коллагена и эластина. Расчет сил упругости, возникающих в стенках сосуда при различных деформациях, осуществляется с помощью дискретизированного Закона Гука для нелинейного случая. Технология позволяет, имея различные входные данные, получаемые из медицинских исследований (например, т.н.

уравнение состояние – зависимость сечения сосуда от давления внутри него), осуществлять калибровку модели (нахождение основных параметров) и в последующем использовать ее для практического применения в качестве реальной модели. Программа даст возможность построения произвольной конфигурации сосудов, смоделировать ее поведение после установки кава-фильтров и стентов, оценить их воздействие на стенку сосуда и на кровообращение в целом, что необходимо при создании данных приборов для производителей медицинского оборудования.

СИСТЕМА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ М.А. Кривов, M.Н. Притула (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) В связи с широким распространением многоядерных процессоров было разработано множество библиотек и диалектов языков, позволяющих достаточно легко создавать многопоточные приложения. Большинство из них используют декомпозицию по данным и задачам, что позволяет решить практически любую проблему. Однако существует класс задач, решение которых намного проще искать с учётом их конвейерной структуры. К таким проблемам можно отнести обработку потоковых аудио и видео данных, современные компьютерные игры и вычисление некоторых разностных схем. Подобные задачи характеризуются внутренней неоднородностью и зависимостями между различными подсистемами, что затрудняет их решение популярными методами. В настоящей работе рассматривается подход, максимально учитывающий конвейерный параллелизм. Для этого исходная задача разбивается на независимые блоки с входами и выходами, каждый из которых получает некоторый набор данных, обрабатывает его и отправляет дальше. Требуемая функциональность реализуется соединением полученных блоков особым образом, в результате чего и образуется конвейер.

Отличительной особенностью предложенного подхода от аналогов (таких как Intel TBB и Microsoft CCR) является предположение о наличии некоторой априорной информации о каждом блоке. Как показал анализ типовых задач, при известных входных данных можно быстро определить приблизительную их сложность. После этого система выполнения может оценить ожидаемое время обработки, что позволяет равномерно загрузить все вычислительные ресурсы. Другим отличием является абстрагированность от конкретной архитектуры. Так некоторые блоки могут уметь обрабатывать одни и те же данные с помощью различных технологий, что позволяет использовать гибридные вычислительные системы типа CPU + GPU.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ.

МУЛЬТИАГЕНТНЫЙ ПОДХОД А.С. Крылов (Вологодский государственный технический университет) Транспорт – связующее звено всех направлений и видов деятельности. В последние годы в подавляющем большинстве российских городов, в особенности в Москве и Санкт-Петербурге, особенно обострилась ситуация с транспортным обслуживанием населения. А так как транспорт связывает практически все виды деятельности – данная проблема негативно сказывается на развитии экономики, как крупных индустриальных центров, так и периферии. Проблемы дорожного движения в мегаполисах и в провинции, по сути, не отличаются: заторы, ДТП и загрязнение окружающей среды. Перспективной представляется система, которая, используя разработанный математический аппарат, смогла бы моделировать транспортные процессы в городе и в определённой временной перспективе предугадывать последствия проводимых городскими властями мероприятий. Очевидно, что такая система должна будет обладать некоторым интеллектуальным потенциалом и будет призвана к уменьшению рисков при принятии управленческих решений в области регулирования транспортных потоков. В ходе работы было проведено исследование программных средств, созданных для моделирования мультиагентных сообществ.

Также был проведён анализ существующих математических аппаратов моделирования транспортных потоков. Далее планируется провести проектирование и реализацию мультиагентной системы на основе нескольких распространенных методологий проектирования мультиагентных сред. При этом новейшие возможности мультиагентных систем могут быть легко включены в систему путем добавления новых агентов в любой момент времени существования системы. Для отладки и проверки работоспособности следует применить для системы статистических параметров транспортной инфраструктуры города прошедших годов и изучить отклонение смоделированных показателей от нормы.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЕ ЦИКЛОВ ЛИНЕЙНЫХ ПРОГРАММ, НА ОСНОВЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ РЕШЕТЧАТОГО ГРАФА В ВИДЕ ФУНКЦИЙ В.А. Кудинов (Санкт-Петербургский государственный университет) Интенсивное увеличение скорости работы процессоров и объема оперативной памяти, которое наблюдается в последние 5–10 лет, не успевает за ростом потребностей в увеличении скорости и объема обрабатываемой компьютерами информации. Это приводит к необходимости оптимизации работы программных продуктов, чему, в первую очередь, способствует распараллеливание циклов программ, среди которых, следует отметить автоматическое распараллеливание. В работе проводятся исследования по разработке и созданию алгоритма автоматического распараллеливания циклов линейных программ, приводятся необходимые определения для описания алгоритма, основные принципы алгоритма распараллеливания на основе разбиения графа на ветви, пошаговых действий и процедуры обхода в глубину, представлен алгоритм распараллеливания циклов.

В начале работы даются необходимые определения, которые необходимы, в дальнейшем, для описания алгоритма, и определяется класс рассматриваемых задач.

Затем излагается расширенный вариант постановки задачи, анализируется структура вложенных циклов линейной программы, записанная на одном из «последовательных»

языков. Показывается, каким образом задача сводится к преобразованию фрагмента программы в параллельный вид, например, с помощью комментариев OpenMP, определяются области применимости предлагаемого алгоритма распараллеливания.

Показывается, что отсутствие контуров в решетчатом графе является необходимым условием его применимости и что данный алгоритм позволяет извлекать максимальный параллелизм, при минимальных синхронизациях. Показано, что для применения предлагаемого алгоритма необходимо предварительно построить решетчатый граф в виде покрывающих функций Fk, определенных на множествах Hk, и далее необходимо построить набор квазиаффинных функций, которые определены на множествах, описывающих обратные к покрывающим функциям.

Основные принципы строительства алгоритма основаны на том, что необходимо так поменять порядок вычислений, чтобы вычисления шли вдоль дуг зависимостей.

Т.е., сначала должны выполняться срабатывания, которые ни от кого не зависят, затем выполняются срабатывания, которые зависят только от уже выполненных срабатываний и т.д. Таким образом, решетчатый граф разбивается на ветви, вдоль которых и происходят вычисления. Показано, что можно провести аналогию с поиском в глубину, где в качестве вершин – срабатывания, а в качестве ребер – направления зависимостей в решетчатом графе.

В заключительной части статьи предлагается один из вариантов реализации описанного алгоритма.

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКАХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ СО СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ТОКАМИ С.А. Куркин (Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского) Создание и исследование электронно-волновых систем со сверхкритическими токами (виркаторов) является важной задачей современной электроники больших мощностей. Это обусловлено тем, что генераторы, использующие электронные потоки со сверхкритическими токами, являются перспективными управляемыми источниками сверхмощного и сверхширокополосного СВЧ-излучения. Экспериментальное исследование релятивистских приборов электроники больших мощностей в большинстве случаев затруднено, так как создание интенсивных релятивистских электронных потоков является весьма сложной и дорогостоящей задачей. Поэтому эффективным, широко используемым и дополняющим экспериментальные исследования методом изучения систем со сверхкритическими токами является их численное моделирование, позволяющее как провести анализ физических процессов в подобных системах, так и оптимизировать конструкцию тех или иных систем. В представленном докладе обсуждаются проблемы разработки и тестирования программного обеспечения для численного моделирования двух- и трехмерных процессов в электронных потоках заряженных частиц с виртуальным катодом. В качестве математической модели используется модель, основанная на решении самосогласованной системы уравнений Максвелла-Власова, которая решается методом крупных частиц [1, 2]. Уравнения Максвелла решаются методом сеток на сдвинутых относительно друг друга пространственных сетках. Поставленная задача требует больших вычислительных мощностей, поэтому её решение в случае большого числа частиц и малого пространственного шага сетки требует значительных затрат машинного времени и вычислительных мощностей. В данный момент эта проблема решается оптимизацией алгоритмов программного кода и применением специальных процедур (например, процедуры векторизации). В дальнейшем предполагается проведение оптимизации кода для применения при решении поставленной задачи технологий параллельных вычислений.

Литература 1. Birdsall C.K., Langdon A.B. Plasma physics, via computer simulation. – NY: McGraw Hill. – 1985.

2. Anderson T.M., Mondelli A.A., Levush B., Verboncoeur J.P. and Birdsall C.K. Advances in modelling and simulation of vacuum electron devices, in: Proceedings IEEE. – Vol. 87. – N. 5. – PP. 804–839. – 1999.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТУБЕРКУЛЁЗА В.Н. Леоненко (Омский филиал Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН) В работе рассматривается стохастическая модель распространения туберкулеза среди населения некоторого региона, построенная на основе дифференциальной модели динамики туберкулёза (Perelman M. I., Marchuk G.I., et al., 2004). Переменными модели являются численности шести когорт населения: восприимчивые индивиды (S), инфицированные индивиды (L), невыявленные больные индивиды без бактериовыделения (D), невыявленные больные индивиды с бактериовыделением (B), выявленные больные индивиды без бактериовыделения (D0) и выявленные больные индивиды с бактериовыделением (B0). Для описания динамики численности указанных групп населения используется марковский случайный процесс с дискретным временем.

За единицу модельного времени взяты одни сутки. Количество инфицированных и заболевших индивидов вычисляется с помощью вероятностей возможных контактов индивидов при посещении ими одних и тех же мест (общественный транспорт, магазины, рабочие места и т.д.) в течение суток.

На основе метода Монте-Карло разработаны алгоритмы и моделирующая программа, позволяющие исследовать динамику заболеваемости туберкулезом в зависимости от параметров модели. Рассмотрена модификация модели, позволяющая повысить скорость работы программы за счёт описания и моделирования поведения отдельно взятого заболевшего индивидуума. Обсуждаются вычислительные аспекты моделирования численностей когорт, производится анализ возможности применения параллельного программирования для ускорения получения итоговых данных.

Приведены результаты вычислительного эксперимента.

СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ КОНКУРИРУЮЩИХ ПОПУЛЯЦИЙ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ К.К. Логинов (Омский филиал Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН) Рассматривается стохастическая модель динамики конкурирующих популяций, особи которых подвержены воздействию вредных веществ, поступающих в составе ресурсов питания. Предполагается, что динамика популяции определяется следующими факторами: 1) в среду обитания особей поступают вредные вещества, которые распадаются, накапливаются в пищевых ресурсах и потребляются особями;

2) потребляемые вредные вещества взаимодействуют между собой;

3) особи дают потомство;

4) особи погибают вследствие самолимитирования и необратимого влияния на них продукта взаимодействия вредных веществ. Динамика численности популяций x(t ) = ( x1 (t ),K, xm (t )) описывается с помощью неоднородного нелинейного случайного процесса рождения и гибели. Поступление, распад и потребление вредных веществ задается с помощью дифференциальных уравнений, правые части которых содержат случайную составляющую x(t ). Для проведения вычислительных экспериментов применялся метод Монте-Карло. Алгоритмы опираются на схему, аналогичную схеме моделирования свободного пробега нейтронов в неоднородной среде. Для построения экономичных алгоритмов моделирования используются оценки сверху на решения дифференциальных уравнений. Используемые алгоритмы допускают естественное распараллеливание и удобны для реализации на многопроцессорных ЭВМ. Учитывая трудоемкость задачи, актуальным является создание высокопроизводительной системы параллельных вычислений, примером которой является система MONC, разработанная в Институте Вычислительной Математики и Математической Геофизики СО РАН (г.

Новосибирск). Во втором квартале 2009 года в ОФ ИМ СО РАН планируется введение в эксплуатацию вычислительного кластера МВС 1000/128, что позволит произвести расчеты по данной модели с применением алгоритмов распараллеливания вычислений по независимым процессорам.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫМИ ВЫЧИСЛЕНИЯМИ «МЕТАКЛАСТЕР»

И.Н. Лозгачев (Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского) Система управления Метакластер «Метакластер» – система управления кластерами, разрабатываемая в ННГУ.

Важнейшими отличительными особенностями данной системы являются возможность одновременного управления несколькими кластерами, возможность поддержки различных операционных систем и интеграция с другими системами управления.

Система управления состоит из 3 основных компонент.

1. Менеджер удаленного доступа – компонент, отвечающих за взаимодействие с пользователями вычислительного ресурса. Компонент предоставляет API для взаимодействия с пользовательскими программами и веб-интерфейс.

2. Интегратор кластеров – компонент, распределяющий задания между кластерами и синхронизирующий работу менеджеров кластеров.

3. Менеджер кластера – компонент, осуществляющий распределение заданий внутри кластера.

Текущее состояние проекта:

· осуществлена интеграция с системой мониторинга Ganglia;

· реализовано взаимодействие с Microsoft CCS 2003 и HPC Server 2008;

· созданная к текущему моменту версия системы используется на 3-х кластерах в Центре компьютерного моделирования ННГУ.

Литература 1. Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений.

2. Thomas Sterling. Beowulf Cluster Computing with Windows.

ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМАХ Е.А. Мандриков Генетические алгоритмы – это методы оптимизации, базирующиеся на эволюции популяции особей, в процессе которой ищется максимальное значение целевой функции. Эти методы применимы для задач оптимизации плохо определенных функций. Основной идеей генетических алгоритмов является использование принципа естественного отбора, заключающегося в том, что наиболее приспособленные особи дают потомство, формирующее следующее поколение. В среднем, следующее поколение является более приспособленным к окружающей среде, чем предыдущее.

Сегодня генетические алгоритмы применяются в различных сферах науки:

начиная с дизайна антенн для микроспутников и заканчивая расшифровкой генома человека.

Основные затраты времени при использовании генетических алгоритмов идут на оценку пригодности получаемых особей. Поэтому имеет смысл применять технологии распределенных вычислений при использовании генетических алгоритмов.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРАФЕНА С ДЕФЕКТАМИ А.И. Мирончик (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники) Использование современных суперкомпьютеров с поддержкой параллельных вычислений позволяет в значительной степени сократить время расчетов, что является актуальным для решения задач, требующих больших вычислительных ресурсов. Одной из таких задач является моделирование наноразмерных структур ab-initio методами.

Одной из программ, реализующей такие методы, является программный комплекс VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) [1].

Проведены расчеты электронных свойств структуры графена в среде пакета VASP с использованием метода проекционных присоединенных плоских волн в рамках функционала электронной плотности в спин-поляризованном варианте в градиентном приближении [2]. Исследовалось влияние дефектов кристаллической решетки на свойства графена. Проведена оптимизация вычислительных ресурсов посредством выбора количества и конфигурации k-точек, а также объема моделируемой системы.

Показано, что для вычисления полной энергии системы, удовлетворительной по точности, достаточно использования 8 k-точек в конфигурации 4 4 1. Для физически адекватного моделирования влияния дефектов на свойства графена необходима элементарная ячейка, содержащая не менее 70 атомов углерода.

Расчеты проводились на суперкомпьютере СКИФ К-1000.

Литература 1. Kresse G., Hafner J.. Phys. Rev. B 49, 14 251 (1994).

2. Dharma-wardana M.W.C., Zgierski M. Z. Magnetism and structure at vacant lattice sites in graphene // Physica, E 41 (2008) P. 80– 83.

ОПТИМИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ЭВОЛЮЦИИ СЛОЖНЫХ СЕТЕЙ О.И. Москаленко (Саратовский государственный университет) Исследование кооперативных явлений в сложных эволюционирующих по генетическому алгоритму сетях представляет собой одну из актуальных задач нелинейной динамики. Энергетические сети, железнодорожные сети, аэропорты, метро, всемирная сеть Internet, социальные сети, соавторство, компьютерные сети – вот далеко неполный список объектов, к которым может быть применено понятие «сеть».

Понятно, что ни одна из вышеперечисленных сетей не является постоянной, характеристики каждой из них меняются с течением времени. В этом случае можно говорить, что сеть эволюционирует. Для моделирования процессов эволюции в сложных сетях на основе среды разработки GNU/Linux с использованием языков программирования С, С++ нами разработан генетический алгоритм эволюции сложных сетей. Предполагается, что сеть начинает эволюционировать из случайного графа с последующей оптимизацией по одной из характеристик сети (в настоящей версии используется характеристика «eigenvector centrality», характеризующая не только количество связей заданного элемента с другими элементами сети, но и их «ценность»).

Чтобы максимально приблизить «модельную сеть» к реальной, число элементов в сети было задано равным n=1000. Математическим образом такой сети является матрица размером nxn, а eigenvector centrality – ее собственные числа. Реализация генетического алгоритма эволюции сложных сетей влечет за собой расчет собственных чисел матрицы размерности nxn 5 раз на каждом шаге эволюции (предполагается, что на каждом шаге эволюции появляется 5 дочерних сетей), а для завершения процесса эволюции необходимо осуществить n2 = 106 итераций. Понятно, что получение оптимальной сети выливается в проведение весьма значительных расчетов, требующих колоссальных затрат машинного времени, что говорит о необходимости оптимизации алгоритма. В настоящее время удалось увеличить скорость расчета в 4 раза путем применения средств оптимизации, имеющиеся в компиляторах GCC, ICC вплоть до третьего уровня и еще на 25% за счет использования процедуры векторизации. В то же самое время, структура задачи позволяет проводить параллельные вычисления.

Поэтому следующим этапом является освоение механизмов параллельных вычислений и их применение для оптимизации разработанного алгоритма (как путем использования библиотек MKL (Math Kernel Library) и IMSL (International Mathematical Solution Library) для Intel C под Linux, так и другими методами параллельных вычислений).

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ПЕРКОЛЯЦИИ В КОНТИНУУМЕ М.М. Назарова (Астраханский государственный университет) Процессы, протекающие в процессе гелеобразования, в последние годы привлекли пристальное внимание исследователей в связи с многочисленными приложениями (медицинская диагностика и многое другое).

В настоящее время разработаны модели, описывающие процессы гелеобразования, основанные на методах решеточной перколяции. Рассмотрены задачи узлов на кубической решетке, изучаются модели перколяции димеров и к-меров на кубических решетках. Однако, известно, что молекулы имеют более сложные формы и системы не являются дискретными и, следовательно, изученные модели оказываются упрощенными и далекими от реальных систем. Поэтому требуется рассмотреть модель перколяции эллипсоидов в пространстве. Построение такой модели является актуальной задачей для понимания процессов гелеобразования. Также данная модель может иметь многочисленные приложения в других областях физики.

Диссертационное исследование направлено на моделирование перколяционной системы эллипсоидов в континууме и изучение механических и физических свойств разработанной модели.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЙ СО СВОБОДНОЙ ГРАНИЦЕЙ НА ДИНАМИЧЕСКИХ ГЕКСАЭДРАЛЬНЫХ СЕТКАХ ТИПА ВОСЬМИДЕРЕВА К.Д. Никитин (Институт вычислительной математики РАН) Течение несжимаемой жидкости описывается уравнениями Навье-Стокса. Одним из возможных подходов к приближенному решению системы уравнений Навье-Стокса является проекционный метод. Однако, этот метод, как и многие другие, предполагает наличие полностью фиксированной границы расчетной области. При решении задачи со свободной границей предлагается динамически изменять расчетную область. Для задания свободной границы применяются несколько подходов. Во-первых, можно описывать положение свободной поверхности жидкости параметрической функцией. Во вторых, параметрическую функцию можно заменить полем расстояний, называемым функцией уровня. Недостатком такого подхода является то, что функция уровня не в состоянии описать всю полноту движений, совершаемых поверхностью жидкости. В третьих, положение границы области можно задавать с помощью частиц. В-четвертых, существует гибридный подход, объединяющий использование частиц и функции уровня.

В этом случае частицы компенсируют недостатки функции уровня, а функция уровня помогает равномерно распределять частицы вдоль границы.

Предлагается метод решения уравнений Навье-Стокса в области со свободной границей, объединяющий в себе несколько эффективных подходов. В основе алгоритма лежит проекционный метод. Расчетная область динамически изменяется в соответствии с изменением функции уровня, описывающей свободную границу. Функция уровня дополняется частицами, способными отслеживать мелкие элементы поверхности. При решении задачи используются сгущающиеся сетки, построенные по принципу восьмидерева. Сгущение сеток происходит к свободной границе и поддерживается благодаря динамическому перестроению. Технология, объединяющая описанные выше подходы, позволяет производить качественное моделирование при невысоких вычислительных затратах.

Для решения задачи были разработаны:

· специальные дискретизации базовых дифференциальных операторов, адаптированные к предлагаемым неконформным расчетным сеткам;

· технология переинтерполяции сеточных данных при сгущении или разгрублении сетки;

· метод восстановления поля расстояний.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ АЭРОТЕРМОДИНАМИКИ НА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСАХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ П.А. Новиков, А.В. Бабаков (Институт автоматизации проектирования РАН) В рамках доклада представлен разработанный комплекс программ метода потоков для численного моделирования сложных пространственных течений сжимаемого газа в широком диапазоне скоростей, реализованный на многопроцессорных вычислительных комплексах кластерной архитектуры и системах с массовым параллелизмом. Для дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых течений представлены процессы развития и формирования нестационарных вихревых структур и крупномасштабной турбулентности в ближних и дальних следах плохообтекаемых тел. Исследована аэродинамика аппаратов сложной геометрической формы и изучено влияние нестационарности потока за телом на основные аэродинамические характеристики, осуществлена визуализация пространственной структуры нестационарных вихревых потоков.

Представлена математическая модель моделирования вихревых следов летательных аппаратов и с учетом всех основных факторов, включая вклад процессов химической кинетики, влияющих на эволюцию и интенсивность следа. Выявлена рациональная структура модели и наиболее существенные факторы, учет которых позволит приступить к разработке операционных мер по обеспечению вихревой безопасности полетов. Новизна полученных результатов будет обеспечена более полным учетом в математической модели физических процессов, определяющих поведение вихревых следов. Этому также будет способствовать разработка методов распараллеливания вычислительных процессов, свойственных рассматриваемой задаче.

ОБ ОДНОМ АЛГОРИТМЕ ОТОБРАЖЕНИЯ МНОГООБОЛОЧНОЙ ЗАДАЧИ С УЧЕТОМ ПАРАЛЛЕЛИЗМА ЕЕ НЕЗАВИСИМЫХ ПОДЗАДАЧ НА ПРОЦЕССОРЫ М.Н. Притула (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) Пусть имеется задача с независимыми подзадачами, причем для каждой подзадачи имеются ограничения сверху и снизу на количество процессоров, на которых эта задача должна считаться. Пусть также имеется некоторое кол-во процессоров. Для решения исходной задачи требуется решить все ее подзадачи. Пусть для каждой подзадачи известно время ее выполнения на каждом допустимом для нее количестве процессоров.

Будем считать, что процессор в один момент времени может считать только одну подзадачу. Тогда встает проблема минимизации времени выполнения всей исходной задачи – нужно определить оптимальную степень параллелизма для каждой подзадачи, а также составить оптимальное расписание постановки их на счёт. Существующих алгоритмов решающих данную проблему полностью не было найдено. В докладе предлагается эффективный алгоритм, составляющий такое расписание, близкое к оптимальному. Он основан на обобщении алгоритма двоичной упаковки грузов в контейнеры и является по сути переборно-жадным. С помощью него были получены значительно улучшенные отображения существующей задачи обсчета аэродинамики самолета (810 подзадач) на 57, 128, 256, 384 процессоров. Также данный алгоритм можно использовать в планировщике задач суперЭВМ для ее эффективной сбалансированной загрузки. В дальнейшем планируется ввести в рассмотрение неоднородность процессоров, а также внедрение данного алгоритма в систему DVM, разрабатываемую в ИПМ РАН.

ГРИД-СИСТЕМА CAEBEANS: ИНТЕГРАЦИЯ РЕСУРСОВ ИНЖЕНЕРНЫХ ПАКЕТОВ В РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ Г.И. Радченко (Южно-Уральский государственный университет) Одним из наиболее перспективных методов сокращения сроков разработки сложной технологической продукции является применение программных систем класса CAE (Computer Aided Engineering), позволяющих эффективно осуществлять компьютерное моделирование разрабатываемых образцов. Аппаратной основой для проведения инженерного анализа являются суперкомпьютерные многопроцессорные системы. Современный опыт использования суперкомпьютерных систем показывает, что максимальная эффективность использования вычислительных ресурсов может быть достигнута при объединении таких систем в вычислительные грид-сегменты. Таким образом, важной темой исследования является интеграция CAE в грид-среды.

В качестве перспективного подхода к решению задач внедрения современных CAE-систем в распределенные вычислительные среды, предлагается оригинальная технология CAEBeans. В основе технологии CAEBeans лежит обеспечение сервис ориентированного предоставления программных ресурсов базовых компонентов CAE систем и формирование иерархий проблемно-ориентированных оболочек, инкапсулирующих процедуру постановки и решения определенного класса задач.

Технология CAEBeans регламентирует процесс декомпозиции задачи в иерархию подзадач;

поиск вычислительных ресурсов;

сопоставление задачам соответствующих базовых компонент CAE-систем;

мониторинг хода решения задач;

передача результатов решения задач пользователю.

В состав системы CAEBeans входят следующие компоненты:

1. CAEBeans Constructor – интегрированная среда разработки проблемно ориентированных оболочек для грид;

2. CAEBeans Portal – это web-приложение, обеспечивающее выбор, загрузку, запуск и получение результатов моделирования CAE-задач;

3. CAEBeans Server – хранилище и интерпретатор CAE-проектов;

4. CAEBeans Broker – автоматизированная система регистрации, анализа и предоставления CAE-ресурсов;

5. CAE-ресурсы – грид-сервисы, обеспечивающие удаленную постановку и решение задач средствами некоторого инженерного пакета на базе конкретной целевой системы.

АНАЛИЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ ДВУХФАЗНЫХ МЕТОДОВ НЕЛИНЕЙНОЙ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ НА СУПЕРКОМПЬЮТЕРАХ А.И. Рябиков (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН) Работа посвящена реализации двухфазных методов аппроксимации паретовой границы для нелинейных задач многокритериальной оптимизации в рамках многопроцессорных систем, имеющих большое число процессоров (порядка нескольких сотен). Аппроксимация паретовой границы в используемом подходе основывается на аппроксимации так называемой оболочки Эджворта-Парето (ОЭП), представляющей собой максимальное множество критериального пространства, имеющее ту же паретову границу, что и совокупность достижимых критериальных векторов.

В нелинейных задачах многокритериальной оптимизации для аппроксимации ОЭП применяются итеративные двухфазные методы, в которых на каждой итерации наряду с фазой глобального поиска применяется локальная оптимизация. Поскольку аппроксимация ОЭП является весьма трудоемкой задачей в случае значительной размерности пространства решений и сложных критериальных функций, представляет большой практический интерес реализация двухфазных методов аппроксимации ОЭП с использованием суперкомпьютеров. В работе описывается параллельная форма алгоритма двухфазного метода и проводится анализ эффективности данной формы в зависимости от числа используемых процессоров.


ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИЛОЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ АППАРАТНЫХ СЧЕТЧИКОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ А.А. Сиднев (Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского) Задача оптимизации становится неотъемлемой частью разработки высокоэффективных приложений. Необходимо понимать как устроены современные процессоры и уметь использовать эти знания для разработки эффективных приложений, для эффективной реализации вычислительных алгоритмов.

Для того чтобы это можно было осуществить требуются специальные инструменты, позволяющие отслеживать, как происходит выполнение кода, где происходят наибольшие потери, как задействованы элементы вычислительной системы при решении задачи. Во многом от возможностей и удобства использования таких инструментов зависит успешность процесса оптимизации.

В докладе представлен одни из таких инструментов – Visual Performance System, предназначенный для снятия с процессора метрик времени выполнения и позволяющего оценивать насколько эффективно задействованы ресурсы процессора.

Программный комплекс VPS позволяет численно измерять различные аспекты производительности и выявлять причины недостаточной производительности на отдельных участках приложения.

ПРЕДПОСЫЛКИ И МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КЛАСТЕРНЫХ ЭВМ К.С. Солнушкин (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет) Кластерные ЭВМ занимают все больший сегмент среди современных высокопроизводительных вычислительных систем. Однако вопросы их оптимального проектирования до сих пор не получили должного освещения. К настоящему времени накоплен значительный опыт проектирования ЭВМ в целом (см., например, [1]) и многопроцессорных ЭВМ в частности [2]. Однако проблема проектирования кластерных ЭВМ разработана менее глубоко. Кроме того, системы автоматизированного проектирования (САПР) кластерных ЭВМ [3] реализуют лишь малую долю потенциально возможных функций.

Пространство проектных параметров кластерных ЭВМ является многомерным и содержит большое число элементов – возможных конфигураций ЭВМ. В связи с этим применение средств САПР необходимо, так как позволит сократить вероятность человеческой ошибки и переложит монотонную работу на плечи компьютера.

В качестве критерия оптимальности ЭВМ в настоящей работе рекомендуется применять критерий «цена единицы производительности», который мы определяем как частное от деления совокупной стоимости владения ЭВМ на ее производительность.

Такой подход позволяет естественным образом учесть различия в конфигурациях проектируемых ЭВМ и свести задачу многоэтапного проектирования к классической задаче динамического программирования.

САПР кластерных ЭВМ нового поколения должны будут учитывать различные параметры проектируемых ЭВМ, включая стоимость систем нескольких производителей. Средства искусственного интеллекта, присущие этим САПР, позволят автоматизировать поиск вариантов конструктивной компоновки блоков ЭВМ и подбор компонентов инфраструктуры.

Литература 1. Хетагуров Я.А. Основы проектирования управляющих вычислительных машин. – М.: Радио и связь. – 1991.

2. Ефимов С.Н., Панфилов И.А., Семенкин Е.С., Терсков В.А. Формализация задач выбора эффективного варианта МВК распределенных систем управления. – Вестник СибГАУ: Сб. науч. тр. / Под. ред. проф. Г.П. Белякова;

СибГАУ. – Вып. 4. – Красноярск. – 2003. – С. 24–31.

3. William R. Dieter and Henry G. Dietz, Automatic Exploration and Characterization of the Cluster Design Space, Technical Report TR-ECE-2005-04-25-01, University of Kentucky, April, 2005. – Режим доступа: http://www.engr.uky.edu/~dieter/pub/TR-ECE 2005-04-25-01.pdf, свободный.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ С ПОМОЩЬЮ ПЕРКОЛЯЦИИ М.В. Старцев (Астраханский государственный университет) Теория перколяции (протекания, просачивания) изучает образование связанных объектов в неупорядоченных средах. Наиболее часто рассматриваемые – решеточные задачи, среди которых выделяют задачу узлов, задачу связей и смешанную задачу. С математической точки зрения эти задачи посвящены исследованию свойств бесконечного графа при случайном удалении из него вершин и/или ребер. В случае перколяции узлов рассматривается граф (решетка) в d-мерном пространстве. Каждая вершина графа (узел решетки) может быть занята с вероятностью p или свободна с вероятностью 1 p. Соседние занятые вершины (узлы) образуют кластер. Если p меньше некоторой критической величины pc, называемой порогом перколяции, то в системе имеются только кластеры конечного размера. При p pc имеется кластер бесконечного размера.

Перколяция является критическим явлением. Это чисто геометрический (концентрационный) фазовый переход, тесно связанный с обыкновенными температурными фазовыми переходами 2 рода. В частности, теория перколяции применяется для описания фазового перехода золь-гель, т.е. застывания коллоидного раствора и превращения его в систему, обладающую некоторыми свойствами твердых тел. Примером такого перехода служит, например, образование холодца из крепкого бульона. Обычно при описании такого фазового перехода в теории перколяции занятые узлы рассматривают в качестве молекул растворенного вещества, а пустые – в качестве молекул растворителя. Однако в ряде случаев стандартная перколяционная модель оказывается чрезмерно упрощенной для описания реальных систем. Примером может служить высыхание водного раствора альбумина. Особенностью фазового перехода золь-гель в этом случае является то, что молекула альбумина в первом приближении представляет собой эллипсоид, т.е. не может рассматриваться в качестве точечного объекта, как это принято в классической теории перколяции.

В качестве следующего приближения для моделирования процесса фазового перехода золь-гель в случае протяженных молекул рассматривается ориентированная перколяция димеров на простой кубической решетке. Для определения порога перколяции используется алгоритм Хошена-Копельмана, позволяющий за один проход не только определить существование перколяционного кластера, но и провести идентификацию кластеров и получить распределение кластеров по размерам.

Специфика задачи не только позволяет, но и требует применения параллельных алгоритмов вычисления по двум причинам:

Порог перколяции определяется путем многократных статистических испытаний, что позволяет запустить множество копий программы на нескольких машинах;

Алгоритм Хошена-Копельмана одновременно обрабатывает только небольшое количество слоев решетки (в случае точечных объектов – 2, в случае димеров – 3), что позволяет проводить параллельную обработку, а только по окончании вычислений объединить результаты.

К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЗНАНИЯМИ В ПРОЦЕССЕ ВНЕДРЕНИЯ ERP-СИСТЕМ Н.Д. Торопова (Уфимский государственный авиационный технический университет) В настоящий момент на предприятиях России ведутся проекты по внедрению ERP-систем.

В процессе внедрения и адаптации корпоративных информационных систем вся информация о работе с ними, в лучшем случае, отражается в документах, расположенных независимо от внедряемой системы, а, порой, и не сохраняется вовсе.

Такая ситуация ведет к потере знаний о работе в системе и отказу работников переходить на новые информационные технологии, снижая тем самым эффективность деятельности и конкурентоспособность предприятия.

Проблемы такого рода могут быть решены в системе управления знаниями на предприятии, при помощи которой будет достигнуто:

- эффективное удовлетворение информационных потребностей пользователей;

- развитая организация динамической справочной системы, позволяющая выполнять разнообразные запросы;

- снижение затрат не только на хранение данных, но и на их поддержание в актуальном состоянии;

- уменьшение потоков данных, циркулирующих в системе, сокращение их избыточности и дублирования;

- значительное уменьшение временных рамок поиска необходимой информации.

В целях усовершенствования процесса управления знаниями, планируется разработка экспертной системы на основе раздела «часто задаваемые вопросы»

созданной справочной системы.

Таким образом, положено начало развития системы управления знаниями, что, несомненно, является выгодным, ведь не секрет, что таким образом упрощается повторное использование имеющихся знаний и создаются новые знания, позволяющие заметно усовершенствовать процессы принятия решений, что в свою очередь повышает конкурентоспособность предприятия в целом.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ В ЕСИМО НА ОСНОВЕ СРЕДСТВ СУБД ORACLE А.А. Федорцов, Е.Д. Вязилов (Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – мировой центр данных) На современном предприятии информационные системы стали неотъемлемой частью обеспечения технологического процесса поддержки решений. Даже кратковременная неработоспособность, вызванная неполадками в информационной системе, может привести к панике, а в результате к финансовым убыткам и потере благоприятного делового имиджа. Хранилище данных (ХД) является хорошим инструментом для решения такой проблемы. Использование резервного сервера в технологии Единой Системы Исследований Мирового Океана (ЕСИМО) позволяет снизить риски потери данных, повысить отказоустойчивость системы, снизить время простоя.

Поддержка резервного сервера БД осуществляется средствами Oracle 10g EE, такими как DATA GUARD;

мониторинг БД производится функциями консоли Enterprise Manager и Grid Control.

В рамках проекта подпрограммы «Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане» (ЕСИМО) ФЦП «Мировой океан» в ГУ «ВНИИГМИ-МЦД» разработана технология хранения исходных и обобщенных данных, метаданных на основе СУБД Oracle 10g EE. Технология хранения предусматривает ведение БД для портальных приложений, резервного логического сервера, сервера хранилища данных, а так же сервера приложений. Предназначена для повышения уровня сохранности данных и повышения производительности работы общесистемных компонент в ЕСИМО.


Технологии повышает надежность хранения данных и концентрацию их в одном месте, упрощает восстановление при сбоях или утере данных. Для достижения повышения показателей надежности резервного копирования и отказоустойчивости необходимо настроить репликацию данных из оперативной БД в хранилище данных, а так же ввести в использование технологию резервирования и восстановления данных Oracle 10g RMAN.

ЗАДАЧИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕРВАЛЬНОГО МЕТОДА В СИСТЕМНОМ АНАЛИЗЕ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ А.Г. Хайдаров (Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)) При расчете химических аппаратов и технологических процессов химической и нефтехимической промышленности применяются средние значения констант реакций, что не всегда соответствует реальным условиям проведения процессов. Например, сырье или реагенты могут иметь различных производителей или различные месторождения, поэтому их свойства отличаются в определенном интервале.

При проведении системного анализа в сложных системах эти интервалы значений свойств могут накапливаться и приводить к значительным изменениям конечного результата продукта в ту или другую сторону. Кроме того могут возникать недопустимые значения конечных свойств, что может привести к аварии на производстве.

Задачей данного исследования является подбор наиболее эффективных методов решения с использованием интервалов начальных значений вместо средних констант применительно к задачам химических технологий.

Второй задачей данного исследования является исключение грубых ошибок при измерении констант в химико-технологических процессах.

ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ А.С. Хританков (Московский физико-технический институт (государственный университет)) В докладе пойдет речь о модели систем с расписанием, которая позволяет оценить различные характеристики производительности распределенных систем, такие как коэффициент ускорения и эффективность. Построенная модель также применима к неоднородным и многопроцессорным вычислительным системам и ее результаты совпадают с общепринятой моделью. Для оценки производительности используется метод сравнения с модельной эталонной системой, построенной в предположении отсутствия накладных расходов на распараллеливание и других источников снижения эффективности. В рамках модели удалось обобщить закон Амдала на неоднородные системы. Также был описан класс интервальных систем, описывающих совокупности кластеров общего пользования, и для них предложен алгоритм балансировки нагрузки, минимизирующий время решения для задач типа Монте-Карло. Для проверки применимости модели к оцениванию производительности распределенных систем был реализован модуль управления вычислительным пространством в системе BNB-Grid.

Эксперименты показали, что исходные данные, используемые в модели, могут быть достаточно просто собраны в процессе вычислений. Рассчитанные значения ускорения и эффективности и их изменение в зависимости от конфигурации вычислительной среды, согласуются с ожиданиями. В дальнейшем планируется использовать результаты оценки производительности для разработки алгоритмов управления конфигурацией распределенных систем.

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ПЕРКОЛЯЦИЯ ДИМЕРОВ НА КВАДРАТНОЙ РЕШЕТКЕ В.А. Черкасова (Астраханский государственный университет) Для моделирования процесса фазового перехода золь-гель в случае протяженных молекул рассмотрена ориентированная перколяция димеров на простой квадратной решетке с использованием периодических граничных условий.

Для определения порога перколяции использовалось определение «стягивающего» (spanning cluster) кластера [1] – кластер, соединяющий верхнюю и нижнюю стороны квадратной решетки. Кластер считается перколяционным, если он простирается от первого до последнего слоя квадратной решетки.

Программа, написанная на языке программирования C++, использует алгоритм Хошена-Копельмана [2].

При заполнения димерами простой квадратной решетки необходима генерация случайной последовательности. В программе был использован алгоритм «Вихрь Мерсенна». Димеры не могут пересекаться между собой. Случайным образом генерируются 2 координаты x, y и выбирается ориентация иголки koor (в соответствии с введенной в программе вероятностью ориентации димеров). Затем производится проверка в массиве a элемента с индексами x, y и соседнего элемента в направлении koor: если места свободны, то димер размещается. Таким образом происходит заполнение массива a димерами до тех пор, пока не будет достигнута требуемая доля заполнения узлов матрицы.

Для определения порога перколяции используется стандартная методика[3]. В результате моделирования были получены результаты скейлинга при различных вероятностях ориентации димеров. Например, в случае равновероятного заполнения, т.е. 0.5, порог перколяции равен 0.56173+/-0.00024. Было получено, что пороги перколяции хорошо аппроксимируются параболой.

Литература 1 G. Pruessner, M. Moloney. Numerical results for crossing, spanning and wrapping in two dimensional percolation // J. Phys. A. – 2003. – Vol. 36. – № 44. – Р. 11213.

2 Hoshen, J. Percolation and cluster distribution. I. Cluster multiple labeling technique and critical concentration algorithm / J. Hoshen, R. Kopelman // Phys. Rev. B. – 1976. – Vol. 14. – № 8. – РР. 3438–3445.

3 Stauffer, D. Introduction to Percolation Theory / D. Stauffer, A. Aharony. — London:

Taylor & Francis. – 1992. – 181 p. – ISBN 0-7484-02535-5.

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ В КАНАЛЕ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ С ПРЕПЯТСТВИЕМ А.Ю. Чернышенко (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) В наше время моделирование течение жидкости очень востребовано в различных приложениях. Например, в эндоваскулярной хирургии для предотвращения образования острых тромбозов глубоких вен применяют имплантацию кава-фильтров.

Создание и оценка качества кава-фильтров является сложной проблемой, поскольку чем лучше улавливается тромб, тем сильнее фильтр влияет на течение крови в вене.

Основным методом моделирования течения жидкости является решение уравнения Навье-Стокса различными проекционно-сеточными методами. Как правило, расчет базируется на конформных тетраэдральных сетках, но моделирование приведенной выше задачи затруднительно и требует огромных вычислительных ресурсов. Это связано со специфичностью и сложностью геометрии обтекаемого препятствия.

Решением данной проблемы является отказ от тетраэдральных сеток в пользу декартовых, что позволит проводить математическое моделирование на персональном компьютере клиники. Такой подход порождает одну проблему – сложности с аппроксимацией оператора дивергенции. Решением данной проблемы является применение технологий восьмидерева и сколотых ячеек (основанных на технологии Marching Cubes). Эти алгоритмы позволяют аппроксимировать все входящие в уравнения операторы с нужным порядком точности.

В дальнейшем предполагается применить алгоритм для построения решения в условиях эластичности стенок кровеносных сосудов.

ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В РАМКАХ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАСЧЕТОВ НА КЛАСТЕРНЫХ СИСТЕМАХ А.В. Юлдашев (Уфимский государственный авиационный технический университет) Для рационального использования ресурсов вычислительных кластеров и дорогостоящих лицензий на программное обеспечение необходимо применение систем пакетной обработки заданий. В данной работе представлен программный комплекс, в рамках которого возможны применение эффективных алгоритмов планирования и распределения ресурсов, автоматизация действий пользователей при проведении расчетов, а также предоставление проблемно-ориентированного дружественного клиентского интерфейса. На данный момент программный комплекс включает в себя три основных программных компонента: клиент, сервер и модуль статистики. Клиент предназначен для управления заданиями в системе со стороны пользователей посредством взаимодействия с сервером. Существуют реализации клиентов, ориентированные как на индивидуальную постановку, как правило, небольшого числа для каждого пользователя, заданий, так и на массовую автоматическую генерацию и постановку заданий при решении задач оптимизации и анализа чувствительности геолого-гидродинамических моделей. Сервер может применяться в качестве специализированной надстройки с собственным интерфейсом над штатной системой пакетной обработки заданий (реализована поддержка TORQUE), установленной на кластере, и (или) внешнего планировщика с функциями балансировки нагрузки. В работе рассматриваются различные подходы к повышению производительности кластерной системы, построенной на основе многоядерных узлов, при выполнении многопоточных и MPI-программ.

ШКОЛЬНАЯ СЕКЦИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ И ЭЛЕМЕНТОВ Я.В. Левицкий (Физико-математический лицей № 30, 11 класс, Санкт-Петербург) Научные руководители:

к.ф.-м.н., с.н.с. С.И. Климентьев (НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова»), учитель В.О. Шурухин (ФМЛ № 30, Санкт-Петербург) Метод двухэкспозиционной голографии является высокоточным методом измерения малых механических смещений различных отражающих и рассеивающих свет объектов [1]. С помощью данного метода я изучал сложные электросхемы и электро-радиоэлементы, через которые проходил электрический ток. При использовании данного метода на голограмме получаются интерференционные полосы, по которым можно определить величину и направление смещения любой точки элемента, обусловленного прохождением через него электрического тока. Наличие такой информации может быть полезным при разработке элементов электроники или при выборе условий их надежной работы.

Голограммы получались методом Денисюка: пучок света от источника света (лазера) проходил через фотопластинку и падал на голографируемый объект. На нем свет рассеивался и попадал снова на фотопластинку, где отраженный свет интерферировал со светом от источника, образуя стационарную картину интерференции. Эта картина интерференции встречных пучков регистрировалась в высокоразрешающей фотопластинке.

Двухэкспозиционная голография заключается в получении голографического изображения на одной фотопластинке в результате двух последовательных экспозиций.

Во время первой экспозиции объект не находится под напряжением, во время второй экспозиции – напряжение подано. Таким образом, на фотопластинке запечатляются изображения, которые оказываются когерентны. После обработки фотопластинки мы видим голографическое изображение с интерференционными полосами, вид которой однозначно свидетельствует о характере деформации голографируемого объекта.

Установка включает в себя металлический стенд, на котором через виброизолирующее устройство установлен металлический каркас. На каркасе крепится лазер с микро-объективом и Фурье-диафрагмой, металлическая опора для фотопластинки и голографируемого объекта. На стенде располагается так же электромеханический затвор, перекрывающий излучение лазера. Установка расположена в подвальном помещении здания школы.

В работе использованы серийные высокоразрешающие фотопластинки [2].

Обработка проводилась в проявителе ПРГ-1 [3, 4].

В работе получено около 10 голограмм. Проанализированы влияющие факторы и подобранны параметры установки и условия получения голограмм наилучшего качества. В результате проведенных исследований получены, в частности, распределения деформаций резистора, конденсатора и микросхемы – стабилизатора напряжения при ее монтаже на теплоотвод и без него.

В качестве примера на рисунке приведена фотография одной из полученных голограмм. Это двухэкспозиционная голограмма резистора 3 кОм 2 Вт при выделяемой на нем мощности 0.095 Вт. На голограмме четко видно голографическое изображение с полосами, как на самом резисторе, так и на его выводах. Направление полос на резисторе и на выводах не совпадают. Этот результат, в частности, позволяет определить направление и величину термодеформаций резистора и его выводов.

Литература 1. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография, перевод с англ. Под редакцией Ю.И. Островского. – М.: Мир. – 1973.

2. Высокоразрешающие фотопластинки для голографии и процессы их обработки. – М.: Наука. – 1979.

3. Гидрохиновый проявитель для трехмерных голограмм. (В сборнике «Регистрирующие среды для изобразительного голографирования и киноголографирования»). – Л.: Наука. – 1979. – С. 41–44.

4. Журнал Научной и Прикладной Фотографии и Кинематографии. – 1977. – № 6. – С. 447–448.

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ВИБРИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ С.А. Озеров (ГОУ гимназия № 56, 11 класс, Санкт-Петербург) (работа выполнена в Физико-математическом лицее № 30) Научные руководители:

к.ф.-м.н., с.н.с. С.И. Климентьев (НПК «ГОИ им. С.И.Вавилова»), учитель В.О. Шурухин (ФМЛ № 30, Санкт-Петербург) Голографический метод позволяет получать голографические изображения нестационарных рассеивающих объектов [1]. С помощью данного метода мною были исследованы особенности вибраций ряда объектов. При помощи этого метода можно определить амплитуду и характер вибраций каждой точки поверхности объекта.

Голографический метод существенно превосходит по информативности известный метод наблюдения фигур Хладни – фигур, образуемых скоплением, например, мелких частиц сухого песка вблизи узловых линий на поверхности колеблющейся пластинки;

каждому собственному колебанию пластинки соответствует своё расположение узловых линий.

Голограммы получались методом Денисюка: пучок света от источника (лазера) проходит через фотопластинку и далее на голографируемый объект, на котором свет рассеивается и попадает снова на фотопластинку, где отраженный свет интерферирует со светом от источника и регистрируется фотопластинкой.

При использовании голографического метода для исследования вибрирующего объекта на фотопластинке запечатлеются множество мгновенных изображений, полученных для каждого момента времени. Все они когерентны и интерферируют, образуя наблюдаемую картину. На полученной голограмме, после ее обработки, мы видим голографическое изображение с интерференционными полосами как результат интерференции, которая свидетельствует о характере и амплитуде вибрации голографируемого объекта. При получении голограмм этим методом вибрирующий объект экспонируется с выдержкой много большей, чем период колебаний. При этом интерференционная структура на голограмме в основном создается за счет предметных пучков, соответствующих тем положениям объекта, в которых при колебаниях он находится дольше всего.

Теоретическое рассмотрение [1] показывает, что интенсивность света в точке вибрирующего объекта на его голографическом изображении пропорциональна величине J (2pa/l), где J – функция Бесселя нулевого порядка. Темные интерференционные полосы на изображении появляются при J(x)=0, т.е. в том месте объекта, где в соответствии с этой формулой амплитуда вибраций равна а » 0.4l, 0.9l, 1.35l, 1.9l,... Эти выводы теории позволяют обрабатывать полученные голограммы.

Установка состоит из металлического стенда, виброизолирующего устройства и металлического каркаса. На каркасе крепится лазер с микро-объективом и Фурье диафрагмой, металлическая опора для фотопластинки и голографируемого объекта. На стенде располагается электромеханический затвор, перекрывающий излучение лазера.

Установка расположена в подвальном помещении здания школы. Голограммы получались на серийных высокоразрешающих фотопластинках [2], которые проявлялись в проявителе ПРГ-1 [3, 4].

В работе получено около 10 голограмм вибрирующих объектов с различными амплитудами и частотами вибраций. Проанализированы влияющие факторы и подобраны параметры установки и условия получения голограмм наилучшего качества.

В качестве примера на рисунке представлена фотография одной из полученных голограмм. Это голограмма пьезокерамической телефонной головки, полученная при подаче на головку синусоидального напряжения с амплитудой 0.3 В и частотой 300 Гц.

На голограмме четко видно голографическое изображение с полосами. Форма полос свидетельствует о колебаниях на низшем собственном типе колебаний. Однако эта мода искажена наличием провода, подводящего питание к пьезокристаллу. Этот результат, в частности, позволяет определить величину колебаний кристалла и проводить оптимизацию расположения его выводов.

Литература 1. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография, перевод с англ. Под редакцией Ю.И. Островского. – М.: Мир. – 1973.

2. Высокоразрешающие фотопластинки для голографии и процессы их обработки. – М.: Наука. – 1979.

3. Гидрохиновый проявитель для трехмерных голограмм. (В сборнике «Регистрирующие среды для изобразительного голографирования и киноголографирования»). – Л.: Наука. – 1979. – С. 41–44.

4. Журнал Научной и Прикладной Фотографии и Кинематографии. – 1977. – № 6. – С. 447–448.

МЕТРО ПО ТОПКИМ, МШИСТЫМ БЕРЕГАМ В.Н. Остромецкая (ГОУ СОШ № 570, 7 класс, Санкт-Петербург) Научный руководитель – учитель истории И.В. Тюнина (ГОУ СОШ № 570, Санкт-Петербург) Краеведение – одно из интереснейших направлений изучения истории своей страны, в частности своего родного края, своей малой Родины. Краеведение помогает понять окружающий мир, учит необходимости ценить и беречь его. Сохранять не только память, но и, то подлинное, что сохранилось. Совокупность знаний географических, исторических помогает узнать больше о своей родной земле, позволяет взглянуть на давно привычные места с совершенно иного ракурса.

Постановка задачи.

В своей работе я захотела рассмотреть 5-ть станций Санкт-Петербургского метрополитена: «Елизаровскую», «Ломоносовскую», «Пролетарскую», «Обухово», «Рыбацкое». Все они расположены в Невском районе на левом берегу Невы. Невский район, а именно микрорайон Рыбацкое – это моя малая Родина. Мне стало интересно: а что было в далёкие времена вместо наземных вестибюлей станций? как они строились?

как прокладывали тоннели? почему станции так называются? кто были их архитекторы? почему они оформлены так, а не иначе?

Практические результаты.

В ходе проведённых исследований мне удалось понять, как выглядел левый берег Невы в далёкие времена и что строительство станций метрополитена, такого привычного для нас вида общественного транспорта – это долгий, тяжёлый и дорогой труд.

ПОСТРОЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ В ХУДОЖЕСТВЕННОМ ТЕЧЕНИИ ИМП-АРТ СРЕДСТВАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И АНИМАЦИИ М.С. Касабуцкая, А.С. Ёлкина (ГОУ СОШ №548 с углубленным изучением английского языка, Санкт-Петербург) Научный руководитель – учитель информатики высшей категории О.А. Пивненко (ГОУ СОШ №548, Санкт-Петербург) В работе анализируются графические произведения в стиле имп-арт, вычленяются и исследуются с целью определения момента построения, приводящего к «превращению» трехмерной фигуры в невозможную, «элементарные» объекты. Пошагово в виде анимации выполняется построение этих объектов, а затем, опираясь на результаты исследования, создаются свои графические работы в стиле имп-арт.

Введение Одним из направлений художественного течения оптического искусства (op-art) является имп-арт (imp-art, impossible art), основанный на изображении невозможных фигур. Невозможные объекты представляют собой рисунки на плоскости (любая плоскость двухмерна), изображающие трехмерные структуры, существование которых в реальном трехмерном мире невозможно.

Изображением невозможных фигур и конструкций заинтересовались многие.



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.