基于混合并行的 Kriging 插值算法研究-论文.pdf

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1、第33第1期计算技术与自动化V0I_33，No．12014年3月ComputingTechnologyandAutomationMar．2O14文章编号：1003—6199(2014)01—0065—04基于混合并行的Kriging插值算法研究吴博，高超，谢健(湖南大学软件学院，湖南长沙410012)摘要：普通Kriging方法是进行空间降水插值的一种有效方法。然而一方面由于海量数据插值计算量大，另一方面该算法的时间复杂度大，为减少空间降水插值的计算时间，采用OpenMP和MPI混合并行技术，实现Kriging并

2、行算法。在Windows操作系统上搭建并行计算环境，实验数据表明，该并行算法能有效地节省计算时间。关键词：并行计算；OpenMP；MPI；Kriging；空间降水插值中图分类号：TP391文献标识码：AParallelKrigingonSpatialInterpolationofPrecipitationBasedonOpenMPandMPIWUBo，GAOChao，XIEJian(SoftwareCollege，HunanUniversity，Changsha410012，China)Abstract：Krig

3、ingalgorithmisaneffectivemethodofinterpolationcalculation．Ontheonehand，considerthelargea—mountofmassivedatainterpolation，ontheotherhand，krigingalgorithmisacomplexalgorithm．Inordertoimprovethecalculationspeed，usingOpenMPandMPIparallelinterfacelibrary，achievepa

4、rallelKrigingalgorithm．Theparallelcompu—ringenvironmentisbasedontheWindowsoperatingsystem．Testdatashowsthattheparallelalgorithmcaneffectivelysavecomputingtime．Keywords：parallelcomputing；OpenMP；MPI；Kriging；spatialinterpolationofprecipitation在空间降水领域已有较多的应用[3“]。

5、然而，Krig—1引言ing法的算法复杂度和计算量相当大，存在实现算法并行的要求。针对多核机群系统既有分布式存随着气候变化加剧，实践需要气候要素的空间储又有共享存储的结构特点，本文提出在节点间应化动态数据集。空间降水分布是气候资源研究的用MPI消息传递、节点内部应用OpenMP共享存重要内容之一。然而由于影响降水的因素较多和储的混合并行编程模型。可获取的观测站点数据有限，无法准确获得某个区域内所有格点的降水量。一般采用的方法是利用2并行模型与Kriging插值方法区域内已知站点的降水数据，对其它空间格点的数据进行

6、插值估计，以获取整个区域的近似降水量分本节简单介绍并行模型和Kriging插值方法布，用来进行气候分析与研究口]。相关知识。在一些常用的空间插值方法中，Kriging2．1并行模型法_l是进行空间降水插值的一种有效方法，并本文应用到的并行程序设计模型一种为共享收稿日期：2013—03—02作者简介：吴博(1984一)，男，湖南株洲人，硕士研究生，研究方向：数据挖掘、并行计算(E—mail：wubo333@gmail．corn)；高超(1987一)，女，山东博兴人，硕士研究生，研究方向：数据挖掘、并行计算。计算技术

7、与自动化存储模型(OpenMP)，另一种为消息传递模型属性值的加权平均和：(MPI)。Z(xO)一∑2iZ(M)2．1．1OpenMP简介i=lOpenMP是共享存储体系结构中的一个并行(一1，⋯，)是待定权重系数，根据无偏估编程模型，适用于SMP共享内存多处理系统和多计和最小方差，应当满足：核处理器体系结构。它由一组编译制导、运行时库f∑2i一1函数和环境变量组成，可以显式地指导编译器如何以及何时执行应用程序中的并行部分j。∑MCov(xi，)一一Cov(xO，xd)OpenMP具有简单、移植性好和可扩展性等特

8、i1点。OpenMP是基于线程的并行编程模型。它采用Fork—Join并行模型[7]：OpenMP程序开始于一个单独的主线程，主线程一直串行执行，当遇见第一个并行域时，开始并行执行并行区域内的代码。其过程如图1所示。FORK1L上上1LJOIN}FORKJOIN图2，调用流程图1OpenMP程序并行框架Coy(xi，巧)是Z(xO)和Z(巧)的协方差函数，fx是2．1．2