CN108647900A - 一种应用于水文模拟领域的区域划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于水文模拟领域的区域划分方法，其中，所述方法包括：读取步骤：读入水文拓扑文件，遍历所述水文拓扑文件中从上游至下游各个区域内的所有结点；计算步骤：根据遍历得到的结点信息计算负载均衡因子，并计算初始分组的数目；分组步骤：根据初始分组的数目将各个结点进行初始分组；分配步骤：将初始分组进行优先级的排序，并依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元节点，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。本发明提供的技术方案按照水文拓扑结构各个结点的优先级进行区域划分，充分发挥了流域拓扑结构上下游特点。

Description

一种应用于水文模拟领域的区域划分方法
技术领域
本发明涉及水文领域，特别是指一种应用于水文模拟领域的区域划分方法。
背景技术
在大规模水文模拟计算中，由于需要模拟的地理区域数目(记为N)远大于计算单元数目(记计算单元数目为M，则N>M)，因此需要基于一些策略将N个区域的计算量分配给M个计算单元。区域划分策略的优劣直接影响到并行效率，进而影响整个模拟系统性能的好坏。
常用的划分依据有负载均衡、通信最小化。就水文模拟领域而言，目前的一些区域划分方法大都属于通用的划分方式，虽然可以实现负载均衡、通信最小化，但是并未考虑大自然水系之间的上下游汇流关系。鉴于水文拓扑结构的特殊性(例如独特的上下游汇流关系、河网拓扑结构的短期不变性)，如果将目前的区域划分方法直接应用于水文模拟领域，会使得整个模拟系统的性能大打折扣。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高水文模拟系统的性能，提供一种应用于水文模拟领域的区域划分方法。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种应用于水文模拟领域的区域划分方法，包括：
读取步骤：读入水文拓扑文件，遍历所述水文拓扑文件中从上游至下游各个区域内的所有结点；
计算步骤：根据遍历得到的结点信息计算负载均衡因子，并计算初始分组的数目；
分组步骤：根据初始分组的数目将各个结点进行初始分组；
分配步骤：将初始分组进行优先级的排序，并依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元节点，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
优选的，所述水文拓扑文件包括邻接矩阵形式的图文件，所述读取步骤还包括：
记录所述图文件中的顶点信息、边信息以及权值信息。
优选的，在所述计算步骤中，所述负载均衡因子其中，m为计算单元个数，total为各个区域计算量总权值。
优选的，在所述计算步骤中，所述初始分组的数目其中，n为所述图文件中的顶点个数。
优选的，所述分组步骤还包括：
从深层次到浅层次遍历所述水文拓扑文件的拓扑结构，将各个结点进行初始分组；
当遍历数目达到m时，将该m个结点划分为一组，并给予组中每个结点相同的组号，所述组号的范围在[0，G]。
优选的，所述分配步骤具体包括：
将所述组号视作各组中结点的优先级，按照优先级由高到低的顺序，依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元，同时把该区域结点设为已分配状态，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，在进行任务划分时，同时考虑负载均衡、通信开销、上下游汇流关系，通过在区域划分策略中引入“流域分组”的概念，并按照水文拓扑结构各个结点的优先级进行区域划分，越靠近上游的区域结点，其优先级越高，在区域划分中也越先被分配给计算单元，充分发挥了流域拓扑结构上下游特点，进而极大的提高了整个模拟系统的性能。
附图说明
图1为本发明的实施例中一种应用于水文模拟领域的区域划分方法流程示意图；
图2为本发明的实施例中河网拓扑结构与任务划分示例图；
图3为本发明的实施例中计算单元示例图以及根据本发明对附图2所示拓扑结构进行划分的结果示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有技术中如何提高水文模拟系统的性能的技术问题，提供一种应用于水文模拟领域的区域划分方法。本发明的方法在进行任务划分时，同时考虑负载均衡、通信开销、上下游汇流关系。本发明通过在区域划分策略中引入“流域分组”的概念，并按照水文拓扑结构各个结点的优先级(例如越靠近上游的区域结点，其优先级越高，在区域划分中也越先被分配给计算单元)进行区域划分，充分发挥了流域拓扑结构上下游特点。
如图1所示，在步骤S1中，读取步骤：读入水文拓扑文件，遍历所述水文拓扑文件中从上游至下游各个区域内的所有结点。
本实施中，所述水文拓扑文件包括邻接矩阵形式的图文件，所述读取步骤还包括：
记录所述图文件中的顶点信息、边信息以及权值信息。
其中，假设顶点数目为n，例如图2中n＝11。
在步骤S2中，计算步骤：根据遍历得到的结点信息计算负载均衡因子，并计算初始分组的数目。
本实施中，在所述计算步骤中，所述负载均衡因子其中，m为计算单元个数(如图2中m＝3)，total为各个区域计算量总权值，而且假设负载不平衡度为z，如图2中假设z＝0.3。
本实施中，在所述计算步骤中，所述初始分组的数目其中，n为所述图文件中的顶点个数，如图2中所示，其例中且4组的组号依次为0、1、2、3，每组结点数目依次为：3、3、3、2。
在步骤S3中，分组步骤：根据初始分组的数目将各个结点进行初始分组。
本实施中，所述分组步骤还包括：
从深层次到浅层次遍历所述水文拓扑文件的拓扑结构，将各个结点进行初始分组；
当遍历数目达到m时，将该m个结点划分为一组，并给予组中每个结点相同的组号(如图2中的group_id)，所述组号的范围在[0，G]。
本实施中，遍历过程遵循叶子节点优先准则和通信最小化准则。
在步骤S4中，分配步骤：将初始分组进行优先级的排序，并依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元节点，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
本实施中，所述分配步骤具体包括：
将所述组号视作各组中结点的优先级(例如图2中的group_id越小优先级越高)，按照优先级由高到低的顺序，依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元，同时把该区域结点设为已分配状态，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
其中，当把某个区域结点划分给计算节点m[i]时，计算已分配给该计算单元的区域结点的总权值total_m[i]，同时根据total_m[i]的数值判断负载均衡：如total_m[i]>＝(1+z)*x，则不再分配结点给该计算节点；否则继续分配。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，在进行任务划分时，同时考虑负载均衡、通信开销、上下游汇流关系，通过在区域划分策略中引入“流域分组”的概念，并按照水文拓扑结构各个结点的优先级进行区域划分，越靠近上游的区域结点，其优先级越高，在区域划分中也越先被分配给计算单元，充分发挥了流域拓扑结构上下游特点，进而极大的提高了整个模拟系统的性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，所述方法包括：
读取步骤：读入水文拓扑文件，遍历所述水文拓扑文件中从上游至下游各个区域内的所有结点；
计算步骤：根据遍历得到的结点信息计算负载均衡因子，并计算初始分组的数目；
分组步骤：根据初始分组的数目将各个结点进行初始分组；
分配步骤：将初始分组进行优先级的排序，并依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元节点，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
2.如权利要求1所述的应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，所述水文拓扑文件包括邻接矩阵形式的图文件，所述读取步骤还包括：
记录所述图文件中的顶点信息、边信息以及权值信息。
3.如权利要求2所述的应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，在所述计算步骤中，所述负载均衡因子其中，m为计算单元个数，total为各个区域计算量总权值。
4.如权利要求3所述的应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，在所述计算步骤中，所述初始分组的数目其中，n为所述图文件中的顶点个数。
5.如权利要求3所述的应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，所述分组步骤还包括：
从深层次到浅层次遍历所述水文拓扑文件的拓扑结构，将各个结点进行初始分组；
当遍历数目达到m时，将该m个结点划分为一组，并给予组中每个结点相同的组号，所述组号的范围在[0，G]。
6.如权利要求5所述的应用于水文模拟领域的区域划分方法，其特征在于，所述分配步骤具体包括：
将所述组号视作各组中结点的优先级，按照优先级由高到低的顺序，依次将未被分配的各区域结点的计算任务分配到各计算单元，同时把该区域结点设为已分配状态，重复执行上述分配任务直到所有区域结点被分配完毕。
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