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基于MPI的并行FDTD算法的改进型研究的开题报告
一、题目简介
基于MPI的并行FDTD算法的改进型研究
二、研究背景和意义
跟随电子信息领域的飞速发展，数字通信技术和雷达工程等技术也得以迅速应用和发展。而在这些技术中，电磁场计算问题是一个非常重要的环节。目前，求解这些领域计算问题的方法以FDTD(Finite-Difference,Time-Domain)为主。这种方法是通过对Maxwell's方程的离散化来模拟电磁场，然后通过计算机来数值求解这些问题。但是，由于电磁场问题计算量大、精度要求高等因素，单一机器的计算性能已经无法满足工程需求。
为了解决这个问题，目前广泛采用并行计算技术来加速求解计算问题。这种方法不仅可以提高计算速度，还能充分发挥各个计算资源的优势，从而提高整个计算系统的效率。而在并行计算中，基于MPI(MessagePassingInterface)的算法是一种非常常见的计算方法。MPI是目前广泛使用的一种消息传递库，它能够有效地实现信息在多个计算资源之间的传输，让不同计算节点之间协作完成任务。
然而，目前存在的MPI并行FDTD算法仍然存在一些问题。比如，算法的效率非常低，节点之间通信的开销非常高等。另外，目前的算法对于处理类型比较单一的计算问题效果不错，但是处理大型复杂的电磁场问题时，效率还是不够高的。因此，为了提高MPI并行FDTD算法的效率和精度，必须采取一些改进型的方法来进行研究。
三、研究内容和技术路线
3.1研究内容
本研究旨在探索一种高效的基于MPI的并行FDTD算法，主要内容包括以下几个方面：
（1）对现有的MPI并行FDTD算法进行调研和评估，找出其中存在的问题和不足。
（2）给出一种新的基于MPI的并行FDTD算法，以提高效率和精度，并在大型计算场景中进行测试验证。
（3）对算法进行性能分析和评估，并进行算法优化，提高效率和精度。
3.2研究技术路线
本研究将采用以下技术路线：
（1）对现有的MPI并行FDTD算法进行调研和评估。分析现有算法的计算复杂度、通信开销、并行效率等特点，找出存在的问题和不足。
（2）提出一种高效的基于MPI的并行FDTD算法。通过对算法进行设计和优化，减少通信频率，提高并行效率和精度。
（3）实现算法原型，并在大型算例中进行测试验证。测试策略包括对比实验(如MPI并行算法与串行算法的对比)、性能测试、精度测试等。
（4）对算法进行性能分析和评估，并从算法复杂度、通信开销、并行效率、精度等多个方面进行比较和评估。
（5）在现有算法的基础上，对算法进行优化，以提高算法执行效率和精度。
四、论文结构
本研究将分为以下几个章节：
（1）绪论：介绍研究背景、意义、目的和研究内容，阐述研究思路和方法。
（2）MPI并行FDTD算法的基础知识：介绍MPI并行计算的基础知识和FDTD算法的基础知识。
（3）现有MPI并行FDTD算法的问题与分析：对现有算法进行调研和评估，分析算法存在的问题和不足。
（4）基于MPI的并行FDTD算法的提出：提出一种新的基于MPI的并行FDTD算法，并进行详细的阐述。
（5）大型算例测试与性能分析：对算法进行性能测试，并从计算复杂度、通信开销、算法效率、精度等多个方面进行分析和评估。
（6）算法优化和实际应用研究：在现有算法的基础上，对算法进行优化，以提高算法的执行效率和精度，并对其进行实际应用研究。
（7）总结与展望：总结本研究的研究成果和不足，展望未来的研究方向和重点。
五、结论
本研究将提出一种新的基于MPI的并行FDTD算法，并针对算法进行性能测试、性能分析和优化。通过实验验证，将展示改进算法相对于现有算法的高效性和精度优势，为电磁场计算问题的高效求解提供新的思路和方法。