Esse trabalho tem dois objetivos principais: o primeiro deles consiste em apresentar o estado da arte sobre processos de otimização combinatorial dando uma ênfase especial ao método Simulated Annealing (SA). São apresentados seu histórico, funcionalidades, algoritmo genérico e propostas de paralelização presentes na literatura. Além disso, é apresentado o algoritmo de geração de redes aleatórias contínuas, algoritmo, esse, projetado por pesquisadores do Instituto de Física da UFRGS que utiliza o método SA para gerar redes que atendam certas restrições. O segundo objetivo consiste empropor a paralelização desse algoritmo visando diminuir significativamente o tempo de geração de cada rede, que com o algoritmo seqüencial chega a demorar mais de um mês. Nessa etapa foi utilizada uma adaptação de um dos métodos propostos pela literatura juntamente com a técnica de divisão de domínio. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios tanto em relação à qualidade numérica quanto à diminuição do tempo de processamento. Além disso, discute-se no trabalho a genericidade da proposta de paralelização a outros problemas baseados em SA. / This work has two main goals: the first one is to present the state of the art on combinatorial optimization processes, with a special emphasis to the Simulated Annealing (SA) method. The work presents its history, features, generic algorithm and proposed parallelization present in the literature. Moreover, the algorithm to generate random networks continued is presented. This algorithm was designed by researchers of the UFRGS Physics Institute and it uses the SA method. The second goal of this work is to propose a parallelization for this algorithm in order to decrease significantly the generation time of each network, that with the sequential algorithm reaches more than months. To do that was used an adaptation of one of the methods proposed by literature together with the domain partitioning technical. The results were satisfactory in terms of the numerical quality and in the decrease of the processing time. In addition, this work discusses the genericity of the proposed parallelization to other problems based on SA.

Orientador: Ivan Luiz Marques Ricarte / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:35:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dantas_AnnaCatharinadaCosta_M.pdf: 9497760 bytes, checksum: 097a379f20e9653f453d5fe6e9bcd664 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A classificação ou ordenação de dados tem assumido grandes proporções no âmbito do processamento de informações, tanto devido a sua importância na análise de desempenho quanto pelo fato de ser utilizado como processo intermediário em diversas aplicações. Os primeiros estudos sobre ordenação se deram a partir dos algoritmos seqüenciais. Entretanto, o tamanho crescente das aplicações tratadas vem impondo maior demanda de tempo de execução e memória, provocando uma necessidade de evolução. Para tentar minimizar os efeitos de complexidade dos algoritmos seqüenciais de ordenação, diversos algoritmos paralelos vêm sendo propostos. A combinação entre a tecnologia disponibilizada pelo processamento paralelo e a eficiência dos algoritmos de ordenação produz algoritmos paralelos de ordenação com alto poder de computação. Esse trabalho avalia alguns dos algoritmos paralelos de ordenação interna disponíveis na literatura, aplicáveis ou adaptados a multicomputadores MIMD de memória distribuída, interconectados por redes locais. Alguns benchmarks com diferentes características de distribuição de probabilidade foram implementados para validar os resultados apresentados, obtidos a partir da execução paralela suportada por bibliotecas de comunicação por troca de mensagens / Abstract: Data sorting has assumed large proportions in the field of information processing, even because of its importance in performance analysis and also because of its use as an intermediate process for several applications. The first researches about sorting have been undertaken trough serial algorithms. However, the increasing size of treated applications has imposed demand on execution time and memory, leading to evolution necessities. In order to minimize complexity effects of serial sorting algorithms, many parallel algorithms have been proposed. The combination between technology made available by parallel processing and efficiency of sorting algorithms produces parallel sorting algorithms with high computation power. This work evaluates some parallel internal sorting algorithms available in actual literature, applicable to or adapted for distributed memory MIMD multicomputers, interconnected by local works. Some benchmarks with different features of probability distribution have been complemented to validate presented results. Such results have been obtained from parallel execution supported by libraries that provide communication by message-passing / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

No presente trabalho, estudamos alguns conceitos relacionados ao desenvolvimento de programas paralelos, algumas formas de aplicar computação paralela em métodos de otimização contínua e dois métodos que envolvem o uso de otimização. O primeiro método que apresentamos, chamado PUMA (Pointwise Unconstrained Minimization Approach), recupera constantes óticas e espessuras de filmes finos a partir de valores de transmitância. O problema de recuperação é modelado como um problema inverso e resolvido com auxílio de um método de otimização. Através da paralelização do PUMA viabilizamos a recuperação empírica de constantes e espessuras de sistemas compostos por até dois filmes sobrepostos. Relatamos aqui os resultados obtidos e discutimos o desempenho da versão paralela e a qualidade dos resultados obtidos. O segundo método estudado tem o objetivo de obter configurações iniciais de moléculas para simulações de dinâmica molecular e é chamado PACKMOL. O problema de obter uma configuração inicial de moléculas é modelado como um problema de empacotamento e resolvido com o auxílio de um método de otimização. Construímos uma versão paralela do PACKMOL e mostramos os ganhos de desempenho obtidos com a paralelização. / In this work we studied some concepts of parallel programming, some ways of using parallel computing in continuous optimization methods and two optimization methods. The first method we present is called PUMA (Pointwise Unconstrained Minimization Approach), and it retrieves optical constants and thicknesses of thin films from transmitance data. The problem of retrieve thickness and optical constants is modeled as an inverse problem and solved with aid of an optimization method. Through the paralelization of PUMA we managed to retrieve optical constants and thicknesses of thin films in structures with one and two superposed films. We describe some results and discuss the performance of the parallel PUMA and the quality of the retrievals. The second studied method is used to build an initial configuration of molecules for molecular dynamics simulations and it is called PACKMOL. The problem of create an initial configuration of molecules is modeled as a packing problem and solved with aid of an optimization method. We developed a parallel version of PACKMOL and we show the obtained performance gains.

El objetivo general de esta tesis se centra en la investigación y desarrollo de algoritmos paralelos de búsqueda en grafos best-first search para arquitecturas multicore y cluster de multicore, que mejoran los existentes y se utilizan para resolver problemas de optimización combinatoria y de planificación, acompañado de un análisis de rendimiento (speedup, eficiencia, escalabilidad) de los mismos. La temática propuesta es de interés en la actualidad por la complejidad computacional de dichos algoritmos de búsqueda y las posibilidades que brindan las arquitecturas mencionadas. Los algoritmos presentados en esta tesis pueden aplicarse para resolver problemas reales como planificación de rutas óptimas, navegación automática de un robot o vehículo, alineamiento óptimo de secuencias, entre otros. Los temas de investigación derivados son múltiples y se refieren tanto a la paralelización de algoritmos sobre (a) arquitecturas de memoria compartida, como son los multicore (b) arquitecturas de memoria distribuida, como son los clusters (c) y también sobre arquitecturas híbridas, tal es el caso de los clusters de multicore. El aporte de la tesis es el desarrollo de dos algoritmos paralelos best-first-search propios, uno apto para su ejecución sobre máquinas de memoria compartida (multicore) y otro apto para máquinas de memoria distribuida (cluster), basados en el algoritmo HDA* (Hash Distributed A*), en los cuales se incluyen técnicas originales que optimizan su rendimiento. Asimismo, se presenta un análisis de rendimiento de los algoritmos desarrollados a medida que escala la carga de trabajo y la arquitectura paralela subyacente. Para finalizar, se compara la memoria consumida por ambos algoritmos y el rendimiento alcanzado cuando se los ejecuta sobre una máquina multicore; estos análisis presentan originalidad en el área. Los resultados arrojados indican que se obtendría un beneficio al convertir HDA* en una aplicación híbrida, cuando la arquitectura subyacente es un cluster de multicore, por lo que se sientan las bases para éste algoritmo híbrido.

A área de biologia computacional está vivendo um crescimento rápido causado pela revolução no estudo de genômas e pelo avanço das técnicas de manipulação do material genético. Com essas novas tecnologias para manipulação de seqüências, a importância de achar uma solução eficiente para os problemas chamados de intratáveis também cresceu, pois muitos problemas envolvidos na análise de DNA pertencem a essa classe de problemas. Uma abordagem para achar essas soluções é usar o próprio DNA para realizar computação, aproveitando o paralelismo massivo utilizado em operações que manipulam seqüências de DNA. Isto é estudado na área de computação com DNA. Esse trabalho propõe um modelo formal para representar a estrutura da molécula de DNA e das operações que são realizadas com ela em laboratório. Este modelo ajuda a preencher a necessidade de uma descrição matemática que possa ser usada para analisar algoritmos baseados em DNA, assim como possibilitar a simulaç~o desses algoritmos em um computador. Foi utilizada a teoria de gramáticas de grafos, uma linguagem de especificação formal, para modelar as seqüências de DNA e suas I operações. O trabalho apresenta um estudo da estrutura da molécula de DNA, deScrevendo suas características e as principais operações que são realizadas para sua manipulação em laboratório. Uma descrição da teoria de Gramática de Grafos e sua aplicação também é apresentada. Para validação do modelo proposto as especificações resultantes foram adaptadas para o formato L-systems, outra linguagem de especificação formal, permitindo realizar a simulação da especificação no ambiente L-Studio. / The area of computational biology is living a fast growth, fed with a revolution in the study of genomes and with the advance in the techniques of genetic material manipulation. With these new technologies for manipulation of sequences, the relevance of finding efficient solution to the so-called computer intractable problems has also grown, because many problems involved in analyzing DNA belong to this class of problems. One approach to find such solutions is to use DNA itself to perform computations, taking advantage of the massive parallelism involved in operations that manipulate DNA sequences. This is what is studied in the area ofDNA computing. This work proposes a formal model to represent the DNA structure and the operations performed in laboratory with it. This model helps to fill the need of a mathematical description that can be used to analyze DNA-based algorithms, as well as for simulating such algorithms in a computer. We use graph grammars, a formal specification language, to model the DNA sequences and operations. The work presents a study of the DNA molecule structure, describing its features and the main operations performed for manipulation in laboratory. A description of the theory of Graph Grammars and its application are presented too. To validate the proposed model, the resulting DNA-graph grammar specifications are then translated into the L-systems format, another formal specification language, allowing for the simulation of the specifications using the L-Studio environment.

Apresentamos as características de algoritmos para obter a solução de sistemas de equações lineares, utilizando computadores com arquitetura paralela e explorando os recursos de paralelismo neles embutidos. São descritos os modelos de computadores paralelos e os procedimentos para a criação de algoritmos paralelos. / The characteristics of algorithms to solve systems of linear equations, using parallel computers, are presented. The abstract models of these computers are described, as well as the methods to develop parallel algori thms.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:58:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104649.pdf: 8371805 bytes, checksum: ecf25b37c1c199fe6ad5b9d9255d1d9d (MD5) Previous issue date: 1996 / Este trabalho está inserido no Projeto Nó // que objetiva a construção de um ambiente para processamento paralelo formado por um multicomputador denominado Nó //, um sistema operacional distribuído e um interpretador. O multicomputador Nó // é composto de uma rede de interconexão dinâmica, um sistema de interrupções e de processadores intel i486 com memória privativa. O trabalho implementa as primitivas para o sistema de comunicação deste multicomputador, que realizaram a interface do hardware com o sistema operacional. E através de um modelo de simulação da máquina, simula a execução de uma aplicação realizando então a avaliação do ganho de performance e do tempo gasto com o protocolo necessário para a realização de uma comunicação.

Apresentamos as características de algoritmos para obter a solução de sistemas de equações lineares, utilizando computadores com arquitetura paralela e explorando os recursos de paralelismo neles embutidos. São descritos os modelos de computadores paralelos e os procedimentos para a criação de algoritmos paralelos. / The characteristics of algorithms to solve systems of linear equations, using parallel computers, are presented. The abstract models of these computers are described, as well as the methods to develop parallel algori thms.

A área de biologia computacional está vivendo um crescimento rápido causado pela revolução no estudo de genômas e pelo avanço das técnicas de manipulação do material genético. Com essas novas tecnologias para manipulação de seqüências, a importância de achar uma solução eficiente para os problemas chamados de intratáveis também cresceu, pois muitos problemas envolvidos na análise de DNA pertencem a essa classe de problemas. Uma abordagem para achar essas soluções é usar o próprio DNA para realizar computação, aproveitando o paralelismo massivo utilizado em operações que manipulam seqüências de DNA. Isto é estudado na área de computação com DNA. Esse trabalho propõe um modelo formal para representar a estrutura da molécula de DNA e das operações que são realizadas com ela em laboratório. Este modelo ajuda a preencher a necessidade de uma descrição matemática que possa ser usada para analisar algoritmos baseados em DNA, assim como possibilitar a simulaç~o desses algoritmos em um computador. Foi utilizada a teoria de gramáticas de grafos, uma linguagem de especificação formal, para modelar as seqüências de DNA e suas I operações. O trabalho apresenta um estudo da estrutura da molécula de DNA, deScrevendo suas características e as principais operações que são realizadas para sua manipulação em laboratório. Uma descrição da teoria de Gramática de Grafos e sua aplicação também é apresentada. Para validação do modelo proposto as especificações resultantes foram adaptadas para o formato L-systems, outra linguagem de especificação formal, permitindo realizar a simulação da especificação no ambiente L-Studio. / The area of computational biology is living a fast growth, fed with a revolution in the study of genomes and with the advance in the techniques of genetic material manipulation. With these new technologies for manipulation of sequences, the relevance of finding efficient solution to the so-called computer intractable problems has also grown, because many problems involved in analyzing DNA belong to this class of problems. One approach to find such solutions is to use DNA itself to perform computations, taking advantage of the massive parallelism involved in operations that manipulate DNA sequences. This is what is studied in the area ofDNA computing. This work proposes a formal model to represent the DNA structure and the operations performed in laboratory with it. This model helps to fill the need of a mathematical description that can be used to analyze DNA-based algorithms, as well as for simulating such algorithms in a computer. We use graph grammars, a formal specification language, to model the DNA sequences and operations. The work presents a study of the DNA molecule structure, describing its features and the main operations performed for manipulation in laboratory. A description of the theory of Graph Grammars and its application are presented too. To validate the proposed model, the resulting DNA-graph grammar specifications are then translated into the L-systems format, another formal specification language, allowing for the simulation of the specifications using the L-Studio environment.

A área de biologia computacional está vivendo um crescimento rápido causado pela revolução no estudo de genômas e pelo avanço das técnicas de manipulação do material genético. Com essas novas tecnologias para manipulação de seqüências, a importância de achar uma solução eficiente para os problemas chamados de intratáveis também cresceu, pois muitos problemas envolvidos na análise de DNA pertencem a essa classe de problemas. Uma abordagem para achar essas soluções é usar o próprio DNA para realizar computação, aproveitando o paralelismo massivo utilizado em operações que manipulam seqüências de DNA. Isto é estudado na área de computação com DNA. Esse trabalho propõe um modelo formal para representar a estrutura da molécula de DNA e das operações que são realizadas com ela em laboratório. Este modelo ajuda a preencher a necessidade de uma descrição matemática que possa ser usada para analisar algoritmos baseados em DNA, assim como possibilitar a simulaç~o desses algoritmos em um computador. Foi utilizada a teoria de gramáticas de grafos, uma linguagem de especificação formal, para modelar as seqüências de DNA e suas I operações. O trabalho apresenta um estudo da estrutura da molécula de DNA, deScrevendo suas características e as principais operações que são realizadas para sua manipulação em laboratório. Uma descrição da teoria de Gramática de Grafos e sua aplicação também é apresentada. Para validação do modelo proposto as especificações resultantes foram adaptadas para o formato L-systems, outra linguagem de especificação formal, permitindo realizar a simulação da especificação no ambiente L-Studio. / The area of computational biology is living a fast growth, fed with a revolution in the study of genomes and with the advance in the techniques of genetic material manipulation. With these new technologies for manipulation of sequences, the relevance of finding efficient solution to the so-called computer intractable problems has also grown, because many problems involved in analyzing DNA belong to this class of problems. One approach to find such solutions is to use DNA itself to perform computations, taking advantage of the massive parallelism involved in operations that manipulate DNA sequences. This is what is studied in the area ofDNA computing. This work proposes a formal model to represent the DNA structure and the operations performed in laboratory with it. This model helps to fill the need of a mathematical description that can be used to analyze DNA-based algorithms, as well as for simulating such algorithms in a computer. We use graph grammars, a formal specification language, to model the DNA sequences and operations. The work presents a study of the DNA molecule structure, describing its features and the main operations performed for manipulation in laboratory. A description of the theory of Graph Grammars and its application are presented too. To validate the proposed model, the resulting DNA-graph grammar specifications are then translated into the L-systems format, another formal specification language, allowing for the simulation of the specifications using the L-Studio environment.