The paper presents a strategy to construct an incremental Singular Value Decomposition (SVD) for time-evolving, spatially 3D discrete data sets. A low memory access procedure for reducing and deploying the snapshot data is presented. Considered examples refer to Computational Fluid Dynamic (CFD) results extracted from unsteady flow simulations, which are computed spatially parallel using domain decomposition strategies. The framework addresses state of the art PDE-solvers dedicated to practical applications. Although the approach is applied to technical flows, it is applicable in similar applications under the umbrella of Computational Science and Engineering (CSE). To this end, we introduce a bunch matrix that allows the aggregation of multiple time steps and SVD updates, and significantly increases the computational efficiency. The incremental SVD strategy is initially verified and validated by simulating the 2D laminar single-phase flow around a circular cylinder. Subsequent studies analyze the proposed strategy for a 2D submerged hydrofoil located in turbulent two-phase flows. Attention is directed to the accuracy of the SVD-based reconstruction based on local and global flow quantities, their physical realizability, the independence of the domain partitioning, and related implementation aspects. Moreover, the influence of lower and (adaptive) upper construction rank thresholds on both the effort and the accuracy are assessed. The incremental SVD process is applied to analyze and compress the predicted flow field around a Kriso container ship in harmonic head waves at Fn = 0.26 and ReL = 1.4E+07. With a numerical overhead of O(10%), the snapshot matrix of size O(R10E+08 x 10E+04) computed on approximately 3000 processors can be incrementally compressed by O(95%). The storage reduction is accompanied by errors in integral force and local wave elevation quantities of O(1E-02%).


翻译:本文提出了一种针对随时间演化的三维空间离散数据集的增量奇异值分解(SVD)构建策略。文中介绍了一种低内存访问的降阶与快照数据部署规程。所考虑的实例涉及从非定常流动模拟中提取的计算流体动力学(CFD)结果,这些模拟采用区域分解策略进行空间并行计算。该框架面向专用于实际应用的现代偏微分方程求解器。尽管该方法应用于技术流动,但同样适用于计算科学与工程(CSE)领域内的类似应用。为此,我们引入了一个批量矩阵,允许聚合多个时间步并更新SVD,从而显著提高计算效率。该增量SVD策略首先通过模拟二维层流单相流绕圆柱流动得到验证与确认。后续研究分析了该策略在湍流两相流中二维浸没水翼上的应用。重点关注基于局部与全局流动量的SVD重构精度、其物理可实现性、区域分解的独立性及相关实现问题。此外,评估了下限与(自适应)上限构建秩阈值对计算开销与精度的影响。将增量SVD过程应用于分析并压缩Kriso集装箱船在谐波顶浪条件下(弗劳德数Fn=0.26,雷诺数ReL=1.4E+07)的预测流场。在数值开销约为10%的情况下,由约3000个处理器计算生成的规模约为O(1E+08 x 1E+04)的快照矩阵可被增量压缩约95%。存储缩减伴随着积分力与局部波高量的误差约为O(1E-02%)。

0
下载
关闭预览

相关内容

奇异值分解(Singular Value Decomposition)是线性代数中一种重要的矩阵分解,奇异值分解则是特征分解在任意矩阵上的推广。在信号处理、统计学等领域有重要应用。
不可错过!700+ppt《因果推理》课程!杜克大学Fan Li教程
专知会员服务
73+阅读 · 2022年7月11日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
4+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
1+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
15+阅读 · 6月10日
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
7+阅读 · 6月10日
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
8+阅读 · 6月10日
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 6月10日
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
9+阅读 · 6月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员