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1、中国科学:物理学力学天文学2010年第40卷第8期:992~1000《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAPhys,Mech&Astronwww.scichina.comphys.scichina.comSCIENCECHINAPRESS论文物理场的团簇识别与分析技术*张广财,许爱国,卢果,莫则尧北京应用物理与计算数学研究所国家级计算物理重点实验室,北京100088*E-mail:zhang_guangcai@iapcm.ac.cn收稿日期:2009-11-15;接受日期:2010-03-01国家自然科学基金(批准号:10102010,10775018
2、)、中国工程物理研究院发展基金(编号:2009A0102005,2009B0101012)和实验室基金资助项目摘要复杂构型和物理场的理解与规律提取一直是个难点.该文提供了一种团簇识别和分析技术,用于各类实验或模拟研究中的数据处理和分析.主要算法如下:采用离散点构造面元或体元以分割粒子所在空间;根据物理场的特征合并相同或相似性质的元,从而获得反映物理场特征的团簇结构.在算法中,对空间物体(点、线、面、体、团簇等)统一采用分级树数据管理结构,实现了对空间物体的两种快速搜索,搜索算法复杂性约化到.空间多级树的建立方法及快速搜索算法是通用的,不依赖于空间维数,可以方便
3、地推广应用于其他领域.作为应用实例,我们将该方法应用到二维和三维随机数据处理,验证了该方法的准确性和可靠性.关键词空间多级树,快速搜索,复杂构型,动态物理场,团簇识别PACS:05.90.+m,07.05.Kf,07.05.Rm复杂构型和动态物理场在武器物理、天体物理、性等,在模拟研究中对它们的识别和分析一直是个等离子体物理、材料物理等领域广泛存在.这些结构薄弱环节,多年来进展缓慢.和场的特性与演化模式决定着相应物理系统的各种现有的复杂构型与动态物理场特征分析方法主性能.例如,界面不稳定性极大地限制着惯性约束聚要有均匀物理场背景下小扰动场的线性分析、简单空[1
4、]变(InerticalConfinementFusion,ICF)装置的设计;间分布物理场(如一维不定常流)的特征分析(如特征[2]冲击波和射流等现象在高能物理是常见的运动模线方法、冲击波结构和射流结构等)以及对粒子模拟[3~5]式;云团、星云的分布等是天体物理非常关注的结果的物理图像观察等.由于这些方法对特征物理问题;在强激光与等离子体相互作用过程中存在着区的大小、形状、拓扑结构、流通量、物理量积分等[6]成团、成丝等现象;金属材料塑性变形过程中位错特征量缺乏定量计算,所以特征结构区域的演变过[7]聚集形成的位错带结构决定着材料的软化性.这些程得不到有效追
5、踪,难以把握特征区域之间,特征区结构特征也是理解多尺度物理过程的关键:小尺度与其背景间的消长、转化关系.的物理规律决定较大尺度稳定结构的生长、变化及结特征分析方法的难点集中在两点:(1)如何定义构间的相互作用;稳定结构演化规律的描述为更大和描述特征区,(2)如何界定特征区的空间结构.前尺度上的物理建模提供本构关系.由于这些结构的者涉及具体物理系统的演化方式(基本运动方程);后特征缺乏周期性、对称性、空间均匀性和明显的关联者涉及离散点的几何结构(区域的体和边界).近年来引用格式:张广财,许爱国,卢果,等.物理场的团簇识别与分析技术.中国科学:物理学力学天文学,2
6、010,40:992~1000中国科学:物理学力学天文学2010年第40卷第8期[8,9]数据挖掘技术中聚团分析技术在目标识别、规律“枝”,将此物体放入此枝中;若不能,将边长持续加总结方面有很好的应用,其主要关心的是数据集中倍,直到能够放下此物体为止,这时产生一个“枝”,的目标归类问题.相对来说,物理系统中更关心团簇的将物体放入.到这里,已建立起一棵只包含一个“枝”区域结构性质.特征区域构造可以归结为空间几何的“树”,“树”上只包含了一个“物体”.图3以二维空结构的构造,其中的关键问题是离散点的连接方式.间中的一个三角形物体为例,给出了原始树的构造[10,11
7、]Delaunay网格具有优良的空间近邻关系,本工过程.作中,采用Delaunay三角形或四面体作为几何单元.[12,13]数据结构设计和快速搜索算法是当今计算机软件工程中的核心问题.用树结构管理空间分散数据在内存和快速搜索方面有明显优势.在天体演化及星系形成研究领域,空间多级树广泛用来管理[14,15]空间的质量颗粒,实现颗粒受力的快速计算和星系质量分布分析.在本工作中,我们采用空间多级“树”管理n维空间中的物体,提出了适应给定搜索条件的两种快速搜索算法,在二维和三维空间上实现了Delaunay空间划分和团簇构造.1空间多级树管理结构图1二维离散点的多级树结
8、构的管理区域空间多级树已经成功应用于空
