Среда решения проблем

Среда решения проблем (PSE) — это законченное, интегрированное и специализированное компьютерное программное обеспечение для решения одного класса проблем, сочетающее автоматизированные методы решения проблем с ориентированными на человека инструментами для управления решением проблем. PSE также может помочь пользователям сформулировать решение проблемы. PSE может также помочь пользователям формулировать задачи, выбирать алгоритм, моделировать числовые значения, а также просматривать и анализировать результаты.

Цель PSE

Многие PSE были введены в 1990-х годах. Они используют язык соответствующей области и часто используют современные графические интерфейсы пользователя . Цель состоит в том, чтобы сделать программное обеспечение простым в использовании для специалистов в других областях, помимо информатики . PSE доступны для решения общих задач, таких как визуализация данных или большие системы уравнений, а также для узких областей науки или техники, таких как проектирование газовых турбин . ^[1]

История

Среда решения проблем (PSE) была выпущена через несколько лет после выпуска Fortran и Algol 60 . Люди думали, что эта система с языком высокого уровня приведет к устранению профессиональных программистов. Однако, как ни удивительно, PSE был принят, хотя учёные использовали его для написания программ. ^[2]

Среда решения проблем для параллельных научных вычислений была представлена в 1960 году, когда это были первые организованные коллекции с незначительной стандартизацией. ^[2] В 1970 году PSE первоначально исследовался в качестве языка программирования высокого класса, а не Fortran. ^{[ нужна ссылка ]} также появление пакетов для печати библиотек. Продолжалось развитие библиотек, а также были внедрены вычислительные пакеты и графические системы визуализации данных. К 1990-м годам гипертекст и технология «укажи и щелкни» перешли к функциональной совместимости. Двигаясь дальше, индустрия «деталей программного обеспечения» наконец-то появилась. ^[2]

В последнее время в течение нескольких десятилетий было разработано множество PSE для решения проблем, а также поддержки пользователей из разных категорий, включая образование, общее программирование, изучение программного обеспечения CSE, выполнение заданий и грид/облачные вычисления. ^{[ нужна ссылка ]}

Примеры PSE

Численная оптимизация на основе сетки

Программное обеспечение оболочки GOSPEL является примером того, как можно разработать PSE для моделирования EHL с использованием ресурса Grid. С помощью PSE можно визуализировать ход оптимизации, а также взаимодействовать с другими моделями. ^[3]

PSE распараллеливает и встраивает множество отдельных числовых вычислений в код промышленной последовательной оптимизации. Он встроен в пакет IRIS Explorer от NAG для решения проблем EHL и параллелизма и может использовать библиотеки gViz для обеспечения всей связи между PSE и симуляцией. Он также использует MPI — часть библиотеки NAG — которая дает значительно более быстрые и лучшие решения за счет объединения максимальных уровней продолжения. ^[3]

Более того, система спроектирована таким образом, чтобы пользователи могли управлять моделированием с помощью визуализированных результатов. Примером является использование локальных минимумов или наложение дополнительных деталей вокруг локального входа и выхода из симуляции, и он может представить информацию, которая создается в любой резкости, а также позволяет управлять симуляцией. ^[4]

Сеточные PSE для мобильных устройств

PSE требуют большого количества ресурсов, которые нагружают даже самые мощные современные компьютеры. Перевод PSE в программное обеспечение, которое можно использовать для мобильных устройств, — важная задача, стоящая сегодня перед программистами. ^[5]

Грид-вычисления рассматриваются как решение проблем спасения PSE для мобильных устройств. Это стало возможным благодаря «Брокерской службе». Эта служба запускается инициирующим устройством, которое отправляет PSE необходимую информацию для решения задачи. Затем брокерская служба разбивает эту задачу на подзадачи, которые распределяют информацию по различным подчиненным устройствам, выполняющим эти подзадачи. ^[5] Для посредничества необходимы репозиторий активных агентов (AAR) и таблица распределения задач (TAT), которые оба работают для управления подзадачами. Сервер Keep-Alive используется для обеспечения связи между брокерской службой и подчиненными устройствами. Сервер Keep-Alive использует легкое клиентское приложение, установленное на участвующих мобильных устройствах.

Безопасность, прозрачность и надежность — это проблемы, которые могут возникнуть при использовании сетки для PSE на базе мобильных устройств. ^[5]

Поддержка образования

Произошла революция в области сетевого обучения и электронного обучения в сфере образования, но очень сложно собирать данные об образовании и данные о деятельности учащихся. TSUNA-TASTE разработан Т. Терамото, PSE для поддержки процессов образования и обучения. Эта система может создать новую идею электронного обучения, поддерживая учителей и студентов в компьютерном образовании. Он состоит из четырех частей, включая агентов студентов, сервер поддержки образования, систему баз данных и веб-сервер. Эта система делает электронное обучение более удобным, поскольку информацию нужно заранее хранить и собирать для учащихся и преподавателей. ^{[ нужна ссылка ]}

П-НКАС

Поддержка создания параллельных программ с помощью компьютера (P-NCAS) - это PSE, который создает новый способ уменьшить трудную задачу компьютерного программирования. Эта программа может избежать или уменьшить вероятность выхода из строя огромного компьютерного программного обеспечения, что ограничивает неопределенность и крупные несчастные случаи в обществе. Более того, задачи уравнений в частных производных (УЧП) могут решаться с помощью параллельных программ, генерируемых средствами поддержки P-NCAS. P-NCAS использует Single Program Multi Data (SPMD) и метод декомпозиции для распараллеливания. Они позволяют пользователям P-NCAS вводить задачи, описанные PDES, алгоритмом, схемой дискретизации и т. д., а также просматривать и редактировать все детали с помощью визуализации и окон для редактирования. Наконец, параллельная программа будет выводиться на языке C с помощью P-NCAS, а также включать документы, показывающие все, что было введено вначале. ^[6]

Будущее улучшение

Поначалу решать двумерные задачи EHL было сложно из-за дороговизны и доступной мощности компьютера. Разработка параллельных двумерных кодов EHL и более быстрых компьютеров открыла путь к решению задач двумерного EHL. Данные о трении и смазочных материалах требуют более высокого уровня безопасности, учитывая их чувствительность. Учет моделирования может оказаться затруднительным, поскольку оно выполняется быстро и тысячами. Эту проблему можно решить с помощью системы регистрации или «каталога». Совместные PSE с несколькими пользователями столкнутся с трудностями при отслеживании изменений, особенно при внесении конкретных изменений и времени их внесения. Эту проблему также можно решить с помощью каталога внесенных изменений. ^[3]

Во-вторых, группа стремится к будущему совершенствованию PSE на основе Grid для мобильных устройств. Целью группы является создание новых сценариев путем манипулирования доступными управляющими переменными. Изменяя эти управляющие переменные, программное обеспечение для моделирования может создавать сценарии друг из друга, что позволяет более тщательно изучать условия в каждом сценарии. Ожидается, что манипуляция тремя переменными приведет к созданию двенадцати различных сценариев. ^[5]

Переменные, которые мы заинтересованы в изучении, — это стабильность сети и мобильность устройств. Мы считаем, что эти переменные окажут наибольшее влияние на производительность сети. В нашем исследовании производительность будет измеряться с использованием времени выполнения задачи в качестве основного результата. ^[5]

ПСЭ Парк

Поскольку PSE становятся более сложными, потребность в вычислительных ресурсах резко возросла. И наоборот, с появлением приложений PSE в областях и средах все более сложной сложности, создание PSE стало утомительным и трудным.

Хирумичи Кобаши и его коллеги разработали PSE, предназначенную для создания других PSE. Это получило название «мета PSE» или PSE. Так родился PSE Park. ^{[ нужна ссылка ]}

Рамочная основа

Архитектура PSE Park подчеркивает гибкость и расширяемость. Эти характеристики делают его привлекательной платформой для специалистов разного уровня — от пользователей начального уровня до разработчиков. ^{[ нужна ссылка ]}

PSE Park предоставляет их через свой репозиторий функций. репозиторий содержит модули, необходимые для сборки PSE. Некоторые из самых базовых модулей, называемых ядрами, используются в качестве основы PSE. Программистам доступны более сложные модули. Пользователи получают доступ к PSE Park через консоль, связанную с программистами. После регистрации пользователя он/она получает доступ к хранилищу. Сервер PIPE используется в качестве посредника между пользователем и PSE Park. Он предоставляет доступ к модулям и объединяет выбранные функции в PSE. ^{[ нужна ссылка ]}

Разработчики могут разрабатывать функции или даже целые PSE для включения в репозиторий. Пользователи начального уровня и опытные пользователи могут получить доступ к этим готовым PSE для своих целей. Учитывая эту архитектуру, PSE Park требуется среда облачных вычислений для поддержки огромного обмена данными, который происходит во время использования и разработки PSE. ^{[ нужна ссылка ]}

ПАЙП-сервер

Сервер PIPE отличается от других серверов тем, как он обрабатывает промежуточные результаты. Поскольку сервер PIPE действует как посредник в мета-PSE, любые результаты или переменные, сгенерированные основным модулем, извлекаются как глобальные переменные для использования следующим ядром. Последовательность или иерархия определяется пользователем. Таким образом, одноименные переменные преобразуются в новый набор переменных. ^{[ нужна ссылка ]}

Еще одной важной характеристикой сервера PIPE является то, что он выполняет каждый модуль или ядро независимо. Это означает, что язык каждого модуля не обязательно должен совпадать с языком других модулей PSE. Модули реализуются в зависимости от заданной иерархии. Эта функция обеспечивает огромную гибкость для разработчиков и пользователей с различным опытом программирования. Модульный формат также позволяет легко расширять и модифицировать существующие PSE. ^{[ нужна ссылка ]}

Ядра

Для регистрации ядро должно быть полностью определено. Определения ввода и вывода позволяют серверу PIPE определять совместимость с другими ядрами и модулями. Любое отсутствие определения помечается сервером PIPE как несовместимое. ^{[ нужна ссылка ]}

Механизм регистрации и консоль

Механизм регистрации отслеживает все ядра, которые могут использоваться в PSE Park. Также создается история использования. Карта ядра может быть разработана, чтобы помочь пользователям лучше понять ядро или модуль. Консоль — это основной интерфейс пользователя с PSE Park. Он очень нагляден и схематичен, что позволяет пользователям лучше понять связи между модулями и ядрами PSE, над которыми они работают. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Внешние ссылки

исследования PSE

Ссылки

^ Ричард Дж. Фейтман. «Среда решения проблем и символьные вычисления» (PDF) . Калифорнийский университет в Беркли . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Джек Донгарра. «Среда решения задач для параллельных научных вычислений» (PDF) . Университет Теннесси/Национальная лаборатория Ок-Риджа . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с К.Э. Гудьер; М. Берзиньш; ПК Джимак; ЛЕ Весы. «Численная оптимизация на основе сетки в среде решения проблем» (PDF) . Университет Лидса . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ Марк Уолкли; Джейсон Вуд и Кен Бродли. «Распределенная среда совместного решения проблем» (PDF) . Университет Лидса . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Стэн Курковски; Бхагьявати; Аррис Рэй (2004). «Моделирование грид-среды решения проблем для мобильных устройств». п. 135. CiteSeerX 10.1.1.86.6377 .
^ Стэн Курковски; Бхагьявати; Аррис Рэй (2015). «Моделирование грид-среды решения проблем для мобильных устройств». arXiv : 1503.04501 [ physical.comp-ph ].

[1] Ричард Дж. Фейтман. «Среда решения проблем и символьные вычисления» (PDF) . Калифорнийский университет в Беркли . Проверено 3 ноября 2015 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Джек Донгарра. «Среда решения задач для параллельных научных вычислений» (PDF) . Университет Теннесси/Национальная лаборатория Ок-Риджа . Проверено 3 ноября 2015 г.

[:3-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с К.Э. Гудьер; М. Берзиньш; ПК Джимак; ЛЕ Весы. «Численная оптимизация на основе сетки в среде решения проблем» (PDF) . Университет Лидса . Проверено 3 ноября 2015 г.

[4] Марк Уолкли; Джейсон Вуд и Кен Бродли. «Распределенная среда совместного решения проблем» (PDF) . Университет Лидса . Проверено 3 ноября 2015 г.

[:4-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Стэн Курковски; Бхагьявати; Аррис Рэй (2004). «Моделирование грид-среды решения проблем для мобильных устройств». п. 135. CiteSeerX 10.1.1.86.6377 .

[6] Стэн Курковски; Бхагьявати; Аррис Рэй (2015). «Моделирование грид-среды решения проблем для мобильных устройств». arXiv : 1503.04501 [ physical.comp-ph ].

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]