三維FDTD并行算法的研究及應(yīng)用的開(kāi)題報(bào)告

三維FDTD并行算法的研究及應(yīng)用的開(kāi)題報(bào)告一、選題背景和研究意義近年來(lái)，電磁場(chǎng)計(jì)算在科學(xué)研究和工程應(yīng)用方面越來(lái)越重要，例如雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)通信、醫(yī)學(xué)成像等。而FDTD（Finite-DifferenceTime-Domain）方法作為一種數(shù)值求解電磁波動(dòng)方程的重要工具，因其具有簡(jiǎn)單易用、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)而備受研究者關(guān)注。然而，F(xiàn)DTD方法需要在三維空間中離散計(jì)算，計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng)。為了縮短計(jì)算時(shí)間，需要使用并行計(jì)算技術(shù)。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算，需要對(duì)并行算法進(jìn)行優(yōu)化。因此，本研究擬通過(guò)研究三維FDTD并行算法，探索其并行計(jì)算優(yōu)化技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的電磁場(chǎng)計(jì)算，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用方面產(chǎn)生重要的影響。二、研究?jī)?nèi)容和研究方法1.研究?jī)?nèi)容本研究將涉及以下內(nèi)容：（1）FDTD方法基本原理和三維空間離散方法；（2）并行計(jì)算優(yōu)化技術(shù)研究，如MPI、OpenMP等；（3）FDTD算法在不同并行計(jì)算平臺(tái)下的實(shí)現(xiàn)；（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。2.研究方法本研究將采用以下方法：（1）文獻(xiàn)調(diào)研、分析和總結(jié)；（2）模擬實(shí)驗(yàn)：編寫(xiě)FDTD程序，在多個(gè)計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行性能測(cè)試；（3）數(shù)據(jù)分析：利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和比較，找到最佳算法和參數(shù)配置。三、預(yù)期成果和創(chuàng)新點(diǎn)本研究預(yù)期實(shí)現(xiàn)以下成果：（1）研究三維FDTD并行算法，比較不同的并行計(jì)算方法，找到最優(yōu)算法和參數(shù)配置；（2）實(shí)現(xiàn)FDTD算法在不同并行計(jì)算平臺(tái)下的高效運(yùn)行，提高計(jì)算性能；（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，總結(jié)并行計(jì)算優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法，為更快、更準(zhǔn)確的電磁場(chǎng)計(jì)算提供支持。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于：（1）利用并行計(jì)算技術(shù)，提高三維FDTD算法的計(jì)算性能；（2）利用實(shí)驗(yàn)方法，比較并分析不同并行計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出最佳優(yōu)化策略。四、進(jìn)度安排2021年3月-2021年5月：文獻(xiàn)調(diào)研、分析和總結(jié)；2021年5月-2021年7月：編寫(xiě)三維FDTD并行程序，進(jìn)行性能測(cè)試；2021年7月-2021年9月：分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)并行計(jì)算優(yōu)化技術(shù)；2021年9月-2021年11月：論文撰寫(xiě)和修改。五、論文結(jié)構(gòu)安排本研究的論文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：緒論第二章：相關(guān)技術(shù)和理論基礎(chǔ)第三章：三維FDT