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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王永智
研究生(外文):Yuon-Zhi Wang
論文名稱:平行演算法於水庫優選之應用
論文名稱(外文):Application for Parallel Algorithms to Reservoir Optimzation
指導教授:藍振武
指導教授(外文):Chin-Wu Lan
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:平行計算遺傳演算法個人電腦叢集訊息傳輸介面
外文關鍵詞:Parallel ComputaionGenetic AlgorithmsPC ClusterMPIMessage Passing Interface
相關次數:
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本研究主要是以平行計算模式(Parallel Computaion)及遺傳演算法(Genetic Algorithms,GA)作為水庫操作之優選模式。在平行計算技術上,本研究使用個人電腦叢集(PC Cluster)進行以訊息傳輸介面(MPI,Message Passing Interface)為工具之平行計算,並分別探討集體通訊及點對點通訊兩種平行通訊架構之計算效能。
在簡單之系統方程式測試中,多機平行計算之最佳化計算結果與單機執行結果相同,驗證本研究之程式設計模式與平行架構正確可靠。由於測試之系統方程過於簡單,且多機平行計算需通過通訊架構反覆進行資料之平行傳遞,因此效能反低於單機計算。就兩種平行通訊架構而言,集體通訊架構計算效能優於點對點通訊架構。
實際應用於德基水庫之操作,計算結果如系統測試顯示,多機平行計算之最佳化計算結果與單機執行結果亦相同。在演算效率上,改變初始族群數的大小,計算速度提升值亦會隨之增減,但改變染色體長度則無明顯的影響。當計算矩陣愈大時,平行計算的效率提升愈明顯。就兩種平行通訊架構而言,集體通訊架構計算效能亦優於點對點通訊架構。
In this thesis, Parallel Computation and Genetic Algorithms are utilized to the real-time reservoir operation model. The parallel computation is processed in Message Passing Interface on PC cluster. The parallel computing efficiency of the two parallel communication pattern; Collective Communication and Peer-to-Peer Communication, will be discussed in this thesis.
The simple functions are programmed to demonstrate the accuracy of design model and the parallel communication pattern, and the variously optimal computations on parallel muti-computer and single computer are equated. And the parallel muti-computer is inferior to the single computer resulted from the oversimplified testing functions and the data transferred backwards and forwards. Discussing the two parallel communication pattern, the efficiency of Collective Communication is superior to Peer-to-Peer Communication.
The Parallel Computation is applied to De-Ji Reservoir, and the variously optimal computations on parallel muti-computer and single computer are also equated as the testing functions. On efficiency, the speedup value also increases with the size of initial population increasing, but the increasing value is unobvious with the length of chromosome. The efficiency increases obviously with the size of computing matrix increasing. Discussing the two parallel communication pattern, the efficiency of Collective Communication is also superior to Peer-to-Peer Communication.
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 前言 1
1-1研究動機 1
1-2 研究方法與目的 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 即時操作相關研究 4
2-2 遺傳演算法之相關研究 5
2-3 平行演算法之相關研究 7
2-3-1平行電腦的種類 7
2-3-2 平行計算之相關研究 8
第三章 理論基礎及研究設備 13
3-1 遺傳演算法理論 13
3-1-1 概述與簡介 13
3-1-2 遺傳演算法的架構 15
3-1-3 基本的遺傳演算法運算元 17
3-2 平行演算法理論 18
3-2-1平行計算之原理 18
3-2-2 平行電腦之叢集式處理系統(CLUSTERING SYSTEM) 19
3-3 訊息傳輸介面MPI(MESSAGE PASSING INTERFACE) 19
3-4 平行效能之評估指標 24
3-5 研究設備 26
第四章 模式之驗證 30
4-1 函數系統方程式 30
4-2 設計之編碼長度 30
4-3平行系統方程模式建立與分割方式 31
4-3-1平行系統方程模式之建立 31
4-3-2初始族群數之分割與分配 31
4-4 測試結果分析與討論 32
4-5 探討 33
第五章 模式之應用 34
5-1 大甲溪流域之相關水力設施概述 34
5-2 相關引用資料及基本假設 36
5-2-1 相關引用資料 36
5-2-2 基本假設 36
5-3 遺傳演算法於模式中之應用 37
5-3-1 水庫操作優選模式之目標函數說明 37
5-3-2 連續方程式 38
5-3-3 建立遺傳演算法之優選模式 38
5-3-4 遺傳演算法參數設定 41
5-4 水庫操作限制方程式 41
5-5 應用結果分析與討論 43
5-5-1 速度提升與效率之探討 43
5-5-2 模式應用結果之探討 46
5-6 綜合測試及應用模式之結論 46
第六章 結論與建議 48
6-1 結論 48
6-2 建議 49

表目錄
表3-1 硬體設備 28
表3-2 軟體設備 29
表4-1 集體通訊架構下之系統函數操作結果 55
表4-2 點對點通訊架構下之系統函數操作結果 56
表4-3(A)、(B) 系統方程式之SN值 57
表4-4(A)、(B) 系統方程式之EN值 57
表4-5 系統方程式在不同精確度對各族群數之結果 58
表5-1 德基水庫水位標高-電水比關係表 59
表5-2 德基水庫水位標高-容積關係表 60
表5-3 民國九十年石岡壩下游公共給水及灌溉需水量表 61
表5-4 集體通訊架構下之操作結果(豐水年) 62
表5-5 點對點通訊架構下之操作結果(豐水年) 63
表5-6 集體通訊架構下之操作結果(枯水年) 64
表5-7 點對點通訊架構下之操作結果(枯水年) 65
表5-8 集體通訊架構下之操作結果(平水年) 66
表5-9 點對點通訊架構下之操作結果(平水年) 67
表5-10(A)(B) 1962年(豐水年)歷史流況之SN值 68
表5-11(A)(B) 1962年(豐水年)歷史流況之EN值 68
表5-12(A)(B) 1967年(枯水年)歷史流況之SN值 69
表5-13(A)(B) 1967年(枯水年)歷史流況之EN值 69
表5-14(A)(B) 1982年(平水年)歷史流況之SN值 70
表5-15(A)(B) 1982年(平水年)歷史流況之EN值 70



圖目錄
圖3-1 遺傳演算法流程圖 71
圖3-2 硬體設備配置圖 72
圖3-3 1維(1-D)平行切割示意圖 73
圖3-4 2維(2-D)平行切割示意圖 74
圖4-1 MICHALEWICH及DE JONG – FUNCTION 75
圖4-2 平行遺傳演算法之概念流程圖 76
圖4-3(A) 集體通訊與點對點通訊模式之系統方程式的SN值對初始族群數之關係 77
圖4-3(B) 集體通訊與點對點通訊模式之系統方程式的EN值對染色體長度之關係 77
圖4-4 系統方程式在不同精確度對各初始族群數之計算時間關係圖 78
圖5-1 大甲溪流域水力分佈圖 79
圖5-2 豐水年、枯水年、平水年之流量歷線圖 80
圖5-3 模式操作流程圖 81
圖5-4(A) 集體通訊下不同染色體長度的SN值對初始族群數之關係 82
圖5-4(B) 點對點通訊下不同初始族群數的SN值對初始族群數之關係 82
圖5-4(C) 集體通訊下不同染色體長度的SN值對染色體長度之關係 83
圖5-4(D) 點對點通訊下不同初始族群數的SN值對染色體長度之關係 83
圖5-5(A) 集體通訊下不同染色體長度的EN值對初始族群數之關係 84
圖5-5(B) 點對點通訊下不同染色體長度的EN值對初始族群數之關係 84
圖5-5(C) 集體通訊下不同初始族群數的EN值對對染色體長度之關係 85
圖5-5(D) 點對點通訊下不同初始族群數的EN值對染色體長度之關係 85
圖5-6(A) 集體通訊與點對點通訊模式之不同染色體長度的SN值對初始族群數之關係(三種歷史年平均值) 86
圖5-6(B) 集體通訊與點對點通訊模式之不同初始族群數的SN值對染色體長度之關係(三種歷史年平均值) 86
圖5-7(A) 集體通訊與點對點通訊模式之不同染色體長度的EN值對初始族群數之關係(三種歷史年平均值) 87
圖5-7(B) 集體通訊與點對點通訊模式之不同初始族群數的EN值對染色體長度之關係(三種歷史年平均值) 87
圖5-8 三種歷史流況在不同精確度對各初始族群數之計算時間關係圖 88
圖5-9 德基水庫蓄水位圖 89
圖5-10 德基水庫放水量與入流量關係圖 90
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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