基于混合并行計算的氣候資源插值算法和區(qū)劃技術(shù)研究.pdf

1、近年來我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨日益變化的氣候條件，這對農(nóng)業(yè)氣候資源的研究與應(yīng)用提出了更高的要求。通過對農(nóng)業(yè)氣候資源的精細(xì)化研究，支持我國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展是非常必要的。為了得到精細(xì)的氣候區(qū)劃數(shù)據(jù)，常用的兩種技術(shù)是小網(wǎng)格插值技術(shù)和氣候資源區(qū)劃技術(shù)。然而，由于氣候區(qū)劃需要處理龐大的歷史氣象數(shù)據(jù)，小網(wǎng)格插值中采用的基于單處理器的串行算法的執(zhí)行效率并不高，計算時間消耗非常大，聚類技術(shù)也同樣如此。特別是對于多屬性的復(fù)雜數(shù)據(jù)，聚類的計算時間消耗就更大了。

2、>　　 為了提高應(yīng)用系統(tǒng)整體的反應(yīng)速度，本文采用一種混合并行的策略對小網(wǎng)格插值的關(guān)鍵技術(shù)Kriging算法進(jìn)行改造。首先將算法封裝為可粗粒度實現(xiàn)部分和可細(xì)粒度實現(xiàn)部分，然后修改其數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)以適應(yīng)并行時數(shù)據(jù)的存儲和交互，其次建立并行處理機群，采用基于MPI的消息傳遞的并行策略和主從模式進(jìn)行粗粒度部分的并行，而各個計算節(jié)點內(nèi)部對細(xì)粒度部分采用基于OpenMP進(jìn)行并行處理。實驗數(shù)據(jù)表明混合并行的Kriging算法相比較串行的算法提高了計算

3、效率。
　　 對于氣候區(qū)劃中的聚類分析，為了提高擴展到多屬性的海量數(shù)據(jù)的聚類的效率，本文針對K-means算法提出一種剪枝的標(biāo)準(zhǔn)，基于該策略稱為PK-means算法。首先隨機選取k個初始質(zhì)心，使用標(biāo)準(zhǔn)的k-d樹規(guī)范其他數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，然后針對每個節(jié)點的候選質(zhì)心集進(jìn)行剪枝，計算各質(zhì)心對該節(jié)點的最小和最大距離，最小距離采用k-d樹的最近鄰法得到，最大距離采用該節(jié)點的分割超平面的最遠(yuǎn)距離表示，剪去最小距離中大于最大距離的最小者的質(zhì)心，形成

4、候選質(zhì)心簇，該節(jié)點只與候選質(zhì)心計算距離，將其指派到最近的質(zhì)心，而該節(jié)點的子節(jié)點的候選質(zhì)心簇從父節(jié)點繼承，以此反復(fù)指派并更新質(zhì)心，直至聚類結(jié)束。PK-means算法，針對多維海量數(shù)據(jù)，與經(jīng)典K-means算法相比，運行效率更加優(yōu)越。
　　 本文對于Kriging算法的并行化改造，采用了基于MPI和OpenMP的混合并行策略，具有較好的并行效率;同時對于聚類算法提出了基于剪枝策略的PK-means算法，在處理大規(guī)模的，多屬性的數(shù)據(jù)時