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Linux机群环境下并行蚁群优化算法的设计与实现

作　者: 张志明
导　师: 安毅生
学　校: 长安大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 蚁群优化算法 邻域搜索 机群 Linux MPICH
分类号: TP316.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 20次
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内容摘要


蚁群优化算法是一种新的模拟进化算法，具有正反馈、元启发式与分布式计算相结合的特点，其中正反馈有助于算法更快地发现较好解，元启发式特征有助于算法更容易地发现较好解，分布式计算则是有利于实现蚂蚁种群的并行寻优。此外，近年来随着计算机技术尤其是高性能微型计算机和高速网络的出现，一种廉价且高性能的并行机群环境逐渐成为并行计算领域的研究热点，这类计算机可以为用户提供低价高效的高性能计算环境和快速、灵活、可靠的计算服务。鉴于蚁群优化算法的分布式特性，本文在构建Linux机群环境下设计并实现了并行蚁群优化算法，并将该算法应用于旅行商问题。本文的主要工作和研究成果如下：（1）在研究分析现有蚁群优化算法和邻域搜索算法的基础上，利用邻域搜索算法对蚁群优化算法产生的初始解进行二次寻优，既能够发挥蚁群优化算法较强收敛性的特征，又能够使邻域搜索算法提高初始解的质量，从而指导后续蚂蚁的寻优过程。（2）通过对现有机群软硬件环境的调研和分析，确定了机群系统的选型，研究并分析了多种并行编程环境，建立了基于Linux的机群系统和基于MPICH的并行编程环境。（3）在Linux机群环境下，按照蚂蚁个体在多个处理器上均匀分布的思想，设计并实现了并行蚁群优化算法，对蚂蚁系统优化算法和蚁群系统优化算法，以及添加邻域搜索的蚂蚁系统优化算法和蚁群系统优化算法进行对比测试，并对加速比等性能指标进行了实例分析。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章 绪论  13-26
  1.1 课题研究背景和意义  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-24
    1.2.1 蚁群优化算法的研究现状  15-18
    1.2.2 并行处理技术的发展  18-21
    1.2.3 并行蚁群优化算法的研究现状  21-24
  1.3 研究内容及论文结构  24-26
第二章 蚁群优化算法概述  26-38
  2.1 蚁群优化算法简介  26-32
    2.1.1 蚁群优化算法的概念  26-28
    2.1.2 蚁群优化算法的模型特征  28-31
    2.1.3 蚁群优化算法优缺点  31-32
  2.2 邻域搜索算法  32-36
    2.2.1 邻域搜索算法概述  32-33
    2.2.2 邻域搜索算法流程  33-36
  2.3 蚁群优化算法中常用术语  36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 并行机群系统及 MPI 并行程序设计  38-58
  3.1 机群系统概述  38-40
  3.2 典型机群系统  40-42
    3.2.1 工作站机群系统  40-41
    3.2.2 Beowulf 机群系统  41-42
  3.3 机群环境下并行编程模式  42-45
    3.3.1 数据并行  42-43
    3.3.2 消息传递  43-44
    3.3.3 共享存储  44-45
  3.4 MPI 并行程序设计概述  45-56
    3.4.1 MPI 概述  46
    3.4.2 MPI 基本数据类型及主要函数  46-50
    3.4.3 MPI 程序通信模式  50-55
    3.4.4 MPI 并行程序设计模式  55-56
  3.5 本章小结  56-58
第四章 并行 LINUX 机群系统设计与实现  58-70
  4.0 机群系统总体结构设计  58-60
  4.1 硬件环境  60-61
  4.2 软件环境  61-69
    4.2.1 操作系统  61-62
    4.2.2 NFS（Network File System）和 SSH（Secure Shell）  62-66
    4.2.3 并行计算环境 MPICH  66-69
  4.3 本章小结  69-70
第五章 基于 MPI 的并行蚁群优化算法实现  70-87
  5.1 并行蚁群优化算法性能指标  70-72
  5.2 并行蚁群优化算法设计  72-76
    5.2.1 并行算法设计  72-73
    5.2.2 并行蚁群优化算法常用并行策略  73-76
  5.3 并行蚁群优化算法描述及流程图  76-80
    5.3.1 算法描述  76-80
    5.3.2 并行蚁群优化算法流程图  80
  5.4 实验结果及分析  80-86
  5.5 本章小结  86-87
第六章 结论与展望  87-91
  6.1 主要结论  87-88
  6.2 研究展望  88-91
参考文献  91-99
附录  99-105
攻读硕士学位期间发表的论文  105-106
致谢  106

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 操作系统 > 网络操作系统 > UNIX操作系统
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