CN106951325A - 空间计算域计算强度立方体构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间计算域计算强度立方体构建方法，包括以下步骤：将空间计算域拆解为多个子过程，分别采集不同顶点数的单个空间数据在每个子过程中的计算时间，对顶点数和计算时间进行线性回归分析，推导每个子过程的计算强度函数，检索空间计算域的各个计算强度网格单元的要素数量和总顶点数，构建每个子过程的计算强度网格，最终合并得到空间计算域的计算强度立方体。本发明方法能够在立体空间中表达空间计算域内部的计算强度，将计算强度的表达精确到子过程级别，有助于在并行计算中，针对每个子过程进行任务的均衡分解，实现并行计算效率的最大化。

Description

空间计算域计算强度立方体构建方法
技术领域
本发明涉及高性能地理空间计算技术，尤其是一种空间计算域计算强度立方体构建方法。
背景技术
计算强度的空间分布表达是高性能空间计算中需要解决的关键问题之一，在并行计算环境中，可根据计算强度的空间分布情况，将空间计算域进行均衡的分解，有利于获得更高的加速比。但现有的计算强度表面表达技术将空间计算域作为一个整体考虑，仅在二维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，未考虑空间计算域内部各个子过程的计算强度的差异性，导致并行计算环境中空间计算域的任务分解不均衡，降低了并行计算效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种空间计算域计算强度立方体构建方法，将计算强度的表达精确到子过程级别，在三维空间中精确的表达空间计算域的计算强度空间分布。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空间计算域计算强度立方体构建方法，其包括以下步骤：
步骤1)分析空间计算域的内部执行流程，根据空间计算域的执行步骤将其拆解为多个子过程；
步骤2)构造包含不同顶点数的空间数据，分别采集不同顶点数的单个空间数据在每个子过程中的计算时间；
步骤3)使用统计分析软件，对单个空间数据的顶点数和计算时间进行线性回归分析，得到单个空间数据的计算强度函数；
步骤4)根据单个空间数据的计算强度函数推导各个子过程的总的计算强度函数；
步骤5)将空间计算域划分为多个网格，计算每个网格单元的地理空间范围，然后检索并统计各个计算强度网格单元中的要素数量和总顶点数；所述要素为分布于空间计算域中的矢量空间要素；
步骤6)使用步骤4)中的计算强度函数构建每个子过程的计算强度网格；
步骤7)最终将各个子过程的计算强度网格进行合并，得到空间计算域的计算强度立方体，用于在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，结束。
本发明的有益效果是能够获得空间计算域每个子过程的计算强度度量函数，为每个子过程单独构建计算强度网格，最终在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，有利于在并行计算环境中，对空间计算域的每个子过程进行均衡的任务分解，提高空间计算效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例使用的多边形矢量空间数据；
图3是本发明实施例构建的计算强度立方体效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明提供的空间计算域计算强度立方体构建方法流程图，所述方法包括以下步骤：
步骤1)分析影响空间计算域内部执行流程的计算强度的影响因素，根据计算强度影响因素的差异，将空间计算域计算过程拆解为多个子过程；
步骤2)构造包含不同顶点数的空间数据，将其存储到数据库中，分别采集不同顶点数(x)的单个空间数据在每个子过程中的计算时间(tj)，将tj用来表达第j个子过程的计算强度；
步骤3)使用统计分析软件，基于步骤2中采集到的样本数据，对单个空间数据的顶点数和计算时间进行线性回归分析，获得针对每个子过程的计算强度线性函数的斜率(aj)和截距(bj)的取值，得到单个空间数据在每个计算子过程中的计算强度函数tj＝aj*x+bj；
步骤4)根据单个空间数据的计算强度函数推导各个子过程的总的计算强度函数，在每个子过程中，总的计算强度(Tj)为所有空间要素的计算强度之和，因此，每个子过程的计算强度函数为Tj＝aj*x0+bj+aj*x1+bj+aj*x2+bj+……+aj*xn-1+bj,其中n为要素总数，该函数可推导为公式(1),其中X为总顶点数；
步骤5)将空间计算域划分为R行*C列的网格，计算每个网格单元的地理空间范围，然后调用数据库查询接口检索并统计各个计算强度网格单元中的要素数量n和总顶点数X；
步骤6)使用步骤4)中的计算强度函数为每个子过程计算各个计算强度网格单元的计算强度值，构建每个子过程的计算强度网格；
步骤7)最终将各个子过程的计算强度网格进行合并，得到空间计算域的计算强度立方体，用于在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，结束。
本发明最明显的不同在于将计算强度的表达精确到了空间计算域的子过程级别，为每个子过程单独建立了计算强度函数表达式，在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布。此方法有助于在并行计算环境中在子过程级别对计算任务进行均衡的分解，从而提高并行计算效率，尤其是对于子过程较多和子过程之间的计算强度差异较大的空间计算域，该方法的优势更加明显。
具体实施例一：
为了更清晰的说明本发明的思想，下面对空间计算域计算强度立方体构建方法进行进一步的说明，使用一个水系图层作为示例数据(如图2所示)，以多边形矢量数据可视化这种空间计算域为例，空间数据几何类型为多边形，计算强度网格大小设置为4行*4列，使用SPSS软件进行线性回归分析。具体步骤如下：
步骤1)通过分析影响多边形矢量数据可视化内部执行流程的计算强度的影响因素，多边形矢量数据可视化可拆分为三个子过程：数据提取、顶点转换和图形绘制，具体分析如下：
在数据提取子过程，多边形需要从数据库中逐条取出，数据条数越多，需要的时间越长，因此，多边形的数量是影响计算时间的主要因素。另外，每个多边形的顶点数也会对计算时间产生一定的影响，顶点数越多，从数据库中提取的时间就会越长。
数据提取完成之后，需要将多边形顶点从地理坐标转换为屏幕坐标，才能进行后续的图形绘制操作。在顶点转换过程中，影响计算时间的主要因素是要素的顶点数，顶点数越多，需要转换的计算量就越大，计算时间就越长。由于多边形数量的增加同时也会导致总的顶点数的增加，因此，多边形数量的变化也会对计算时间产生一定的影响。
多边形的顶点转换完成后，就可以调用计算机图形绘制接口进行图形绘制操作，在该过程中，多边形数量是直接影响图形绘制时间的因素，多边形越多，调用图形绘制接口的次数就越多，时间就越长。另外，顶点数也对绘制时间有一定的影响，顶点数越多，在绘制时需要处理的顶点数就越多，绘制时间就会越长。
从上面的分析可以看出，多边形矢量数据可视化的三个子过程虽然有些差异，但它们的影响因素都是多边形要素数量和顶点数量，因此，可以为三个子过程分别建立计算强度函数，构造三个子过程的计算强度网格。
步骤2)构造包含不同顶点数(包括4，8，12，16，20，24，28，32，36，40，44，48，52，56，60，64)的多边形矢量数据，将其存储到数据库中，分别采集不同顶点数(x)的多边形在每个子过程中的计算时间(tj)，将tj用来表达单个多边形矢量数据可视化的第j个子过程的计算强度；
步骤3)使用SPSS统计分析软件，基于步骤2中采集到的样本数据，对单个多边形的顶点数和计算时间进行线性回归分析，获得针对三个子过程的计算强度线性函数的斜率(aj)和截距(bj)的取值(如表1所示)，从而得到单个多边形在三个计算子过程中的计算强度函数，分别如公式(2)-(4)所示。
表1 三个子过程的线性函数斜率和截距
子过程 斜率 截距
数据提取 0.001501(a0) 0.013197(b0)
顶点转换 0.000068(a1) 0.000758(b1)
图形绘制 0.000194(a2) 0.010907(b2)
t0＝0.001501*x+0.013197 公式(2)
t1＝0.000068*x+0.000758 公式(3)
t2＝0.000194*x+0.010907 公式(4)
步骤4)根据单个多边形的计算强度函数推导每个子过程的总的计算强度函数，在每个子过程中，总的计算强度(Tj)为所有多边形要素的计算强度之和，因此，每个子过程的计算强度函数为Tj＝aj*x0+bj+aj*x1+bj+aj*x2+bj+……+aj*xn-1+bj,其中n为要素总数，该函数可推导为公式(1)，因此，三个子过程的计算强度计算函数如公式(5)-(7)所示，其中X为所有多边形的总顶点数；
T0＝0.001501*X+0.013197*n 公式(5)
T1＝0.000068*X+0.000758*n 公式(6)
T2＝0.000194*X+0.010907*n 公式(7)
步骤5)将多边形矢量数据划分为4行*4列的网格，计算每个网格单元的地理空间范围，然后调用数据库查询接口检索并统计各个计算强度网格单元中的多边形数量n和总顶点数X，统计结果如表2所示；
表2 计算强度网格单元中的多边形数量和总顶点数
步骤6)使用步骤4中的计算强度函数分别为多边形矢量数据三个子过程计算各个计算强度网格单元的计算强度值，以第一个子过程的第0行第0列为例，其计算强度值T0＝0.001501*1616+0.013197*96≈3.69，T1和T2的计算方法与T0类似，为每个子过程循环计算各个网格单元的计算强度，构建三个子过程的计算强度网格，如图3(a)-(c)所示；
步骤7)最终将各个子过程的计算强度网格进行合并，得到多边形矢量数据可视化空间计算域的计算强度立方体,如图3(d)所示，用于在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，结束。
采用本发明设计的空间计算域计算强度立方体构建方法，能够将空间计算域的计算强度表达精确到子过程级别，并在三维立体空间中表达空间计算域的计算强度空间分布，有利于并行环境中对空间计算域进行均衡的分解，提高空间计算效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，从而应用到其它数据类型或其它空间计算类型中，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种空间计算域计算强度立方体构建方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1)分析空间计算域的内部执行流程，将空间计算域拆解为多个子过程；
2)在数据库中构造包含不同顶点数的空间数据，分别采集不同顶点数的单个空间数据在每个子过程中的计算时间tj，tj用于表达第j个子过程的计算强度；
3)对单个空间数据的顶点数和每个子过程的计算时间tj进行线性回归分析，得到单个空间数据每个子过程的计算强度函数；
4)根据单个空间数据的计算强度函数推导各个子过程的总的计算强度函数；
5)将空间计算域划分为多个网格，计算每个网格单元的地理空间范围，然后检索并统计各个计算强度网格单元中的要素数量和总顶点数；所述要素为分布于空间计算域中的矢量空间要素；
6)使用步骤4)中的计算强度函数构建每个子过程的计算强度网格；
7)最终将各个子过程的计算强度网格进行合并，得到空间计算域的计算强度立方体，用于在三维空间中表达空间计算域的计算强度空间分布。
2.根据权利要求1所述的空间计算域计算强度立方体构建方法，其特征在于，所述步骤3)中单个空间数据的计算强度函数为tj＝aj*x+bj，其中j为子过程的拆解个数；aj和bj为对单个空间数据的顶点数和计算时间进行线性回归分析，获得针对每个子过程的计算强度线性函数的斜率aj和截距bj的取值。
3.根据权利要求1所述的空间计算域计算强度立方体构建方法，其特征在于，所述步骤5)中计算强度网格的粒度参数设置为2c行*2c列，其中c为并行计算结点个数。
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