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JXPAMG

        JXPAMG是由北京应用物理与计算数学研究所和湘潭大学联合开发的并行代数多重网格解法器软件包,主要针对武器物理、激光聚变、工程力学、电磁环境等重大应用数值模拟中出现的大规模病态离散线性系统的求解而发展的基于代数多重网格(AMG)的快速算法库。

        JXPAMG以经典AMG算法为基础[1,2],并结合了近年发展起来的面向应用特征和基于部分几何与分析信息的AMG法(简称GAMG 法)[3-19],其中包括APTCL、ILU-AMG组合型预条件子算法[5,6,7,8],适合各向异性网格和高次有限元的AMG法[9,10,11],AI-AMG法[12],基于自由度分组磨光的AMG法[13,14],aSetup-AMG法[15]等。

        求解线性代数系统的JXPAMG并行解法器采用面向复用的软件设计思想,该解法器包含算法层与基本运算层(见以下架构图)。其中,算法层包含了AMG算法的基本组件,包括Setup阶段的网格粗化、插值算子构造和粗网格矩阵计算以及迭代求解过程(Cycle)的光滑迭代、插值和限制、粗网格求解等,基本运算层则封装稀疏矩阵和向量的数据结构、以及相关操作的并行实现和面向体系结构的性能优化。基于层次化架构,JXPAMG实现了算法设计与具体实现的分离。该软件包已封装了由LLNL开发的经典AMG并行解法器BoomerAMG[20],集成了一系列应用驱动的GAMG算法模块,以及Krylov子空间类的通用迭代方法[21],并且无缝对接到编程框架JASMIN[22]和JAUMIN[23]。

        目前,JXPAMG解法器已应用于我国激光聚变数值模拟、以及中物院高性能数值模拟软件中心工程力学与电磁环境等领域的数值模拟,是这些应用的默认解法器。

        欢迎大家使用JXPAMG解法器软件包,其二进制码可免费获取。

 

        联系人:岳孝强(yuexq@xtu.edu.cn)。

        设计与开发人员:
        北京应用物理与计算数学研究所:徐小文、徐然、游春光、安恒斌、莫则尧。
        湘潭大学:岳孝强、冯春生、周志阳、肖映雄、舒适。

        JXPAMG得到如下项目资助:ICF国家重大专项项目,国家自然科学基金项目(No.61370067,60903006,11571293,11601462)等。

 

参考文献:

[1]. J.W.Ruge and K.Stüben, Algebraic Multigrid, in Multigrid Methods, Frontiers Appl.Math.3, S.F.McCormick.editor, SIAM, Philadelphia, 73-130, 1987.
[2]. K.Stüben, Algebraic multigrid(AMG):an introduction with applications, GMD Report No. 70, 1999. Also available as an appendix in Multigrid, U.Trottenberg, C.W.Oosterlee, A.Schuller, Academic Press, 413-532, 2001.
[3]. 舒适,几类基于几何和分析信息的代数多重网格法及其应用,博士学位论文,湘潭:湘潭大学,2004.
[4]. 徐小文,并行可扩展代数多重网格算法研究,博士学位论文,北京:中国工程物理研究院,2007.
[5]. 徐小文,莫则尧,安恒斌,求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层网格迭代方法,计算物理,26(1): 1-8,2009.
[6]. 周志阳,徐小文,舒适,冯春生,莫则尧,二维三温辐射扩散方程两层预条件子的自适应求解,计算物理,29(4):475-483,2012.
[7]. Yingxiong Xiao, Zhiyang Zhou and Shi Shu. An efficient algebraic multigrid method for quadratic discretizations of linear elasticity problems on some typical anisotropic meshes in three dimensions. Numer. Linear Algebra Appl., 22.
[8]. Xiaoqiang Yue, Shi Shu, Xiaowen Xu and Zhiyang Zhou, An Adaptive Combined Preconditioner with Applications in Radiation Diffusion Equations, CiCP, 2015, 18(5): 1313-1335, doi: 10.4208/cicp.091014.060315a.
[9]. Yingxiong Xiao, Shi Shu, Ping Zhang and Min Tan. An algebraic multigrid method for isotropic linear elasticity on anisotropic meshes. Int. J. Numer. Meth. Bio., 26(5): 534-553, 2010.
[10]. Yingxiong Xiao, Zhiyang Zhou and Shi Shu. An efficient algebraic multigrid method for quadratic discretizations of linear elasticity problems on some typical anisotropic meshes in three dimensions. Numer. Linear Algebra Appl., 22: 465-482, 2015.
[11]. Shi Shu, Dudu Sun and Jinchao Xu, An algebraic multigrid method for higher-order finite element discretizations, Computing, 77(4): 347-377, 2006.
[12]. Xiaowen Xu, Zeyao Mo, Algebraic interface based coarsening AMG preconditioner for multi-scale sparse matrices with applications to radiation hydrodynamics computation, Numer Linear Algebra Appl, 2017, doi: 10.1002/nla.2078.
[13]. Chunsheng Feng, Shi Shu, Jinchao Xu, Chensong Zhang, Numerical study of geometric multigrid methods on CPU-GPU heterogeneous computers. Advances in Applied Mathematics and Mechanics, 2014, 6(1):1-23.
[14]. 冯春生,舒适,李政,岳孝强,彭洁,张楚琴,柯春海, 基于强连通图自由度分组的并行代数多层网格解法器系统(RS-AMG-MC),计算机软件著作权,登记号:2014SR118056. 国家版权局,2014.
[15]. 徐小文,莫则尧,安恒斌,求解大规模稀疏线性代数方程组序列的自适应AMG预条件策略,中国科学:信息科学,2016,46:1411-1420,dio:10.1360/N112016-00074.
[16]. 肖映雄, 舒适, 张平文, 莫则尧, 许进超, 求解二维三温能量方程的半粗化代数多重网格法, 数值计算与计算机应用, 4:293-303, 2003.
[17]. 徐小文,莫则尧,一种新的并行代数多重网格粗化算法,计算数学,27(3): 325-336,2005.
[18]. Zeyao Mo and Xiaowen Xu, Relaxed RS0 or CLJP coarsening strategy for parallel AMG methods, Parallel Computing, 33(3):174-185, 2007.
[19]. Chunsheng Feng, Shi Shu and Xiaoqiang Yue. An Improvement to the OpenMP Version of BoomerAMG. Communications in Computer and Information Science, 207: 1-11, 2013.
[20]. V.E.Henson and U.M.Yang, BoomerAMG: a parallel algebraic multigrid solver and preconditioner, Applied Numerical Mathematics, 41:155-177, 2002.
[21]. Y.Saad, Iterative methods for sparse linear systems, 2nd Edition, SIAM, Philadelphia, 2003.
[22]. Zeyao Mo, Aiqing Zhang, Xiaolin Cao, Qingkai Liu, Xiaowen Xu, Hengbin An, Wenbing Pei, Shaoping Zhu, JASMIN: a parallel software infrastructure for scientific computing, Front. Comput. Sci. China, 4(4): 480-488, 2010. (http://www.caep-scns.ac.cn/JASMIN.php)
[23]. Qingkai Liu, Weibo Zhao, Jie Cheng and Zeyao Mo, Aiqing Zhang, Jianjun Liu, A Programming Framework for Large-scale Numerical Simulations on Unstructured Mesh,Proceeding of IEEE-HPCS2016, 298-303. (http://www.caep-scns.ac.cn/JAUMIN.php)