Simulated annealing using coarse grained classical dynamics: Smoluchowski dynamics in the Gaussian density approximation

1995 ◽  
Vol 103 (4) ◽  
pp. 1574-1581 ◽  
Author(s):  
John E. Straub ◽  
Jianpeng Ma ◽  
Patricia Amara
Keyword(s):  
Simulated Annealing ◽  
Coarse Grained ◽  
Classical Dynamics ◽  
Density Approximation ◽  
Gaussian Density ◽  
Smoluchowski Dynamics

scholarly journals Ανάπτυξη παραλληλοποιήσιμων υπολογιστικών μεθοδολογιών χρονο-βηματισμού για την ανάλυση και τον σχεδιασμό δικτύων νευρώνων πολλαπλών χωροχρονικών κλιμάκων και πολύ μεγάλης κλίμακας

2009 ◽  
Author(s):  
Κωνσταντίνος Σπηλιώτης
Keyword(s):  
Simulated Annealing ◽  
Cellular Automata ◽  
Rare Events ◽  
Small World ◽  
Coarse Grained ◽  
Matrix Free ◽  
Mean Time

Ο εγκέφαλος με περίπου 100 δισεκατομμύρια συνδεδεμένους νευρώνες αποτελεί αδιαμφισβήτητα το πιο πολύπλοκο και μεγαλύτερης κλίμακας δίκτυο που γνωρίζουμε. Η λειτουργία του εγκεφάλου εν πολλοίς βασίζεται στην φυσιολογία και την αλληλεπίδραση των νευρώνων κυττάρων, που καθορίζει την εμφανιζόμενη (emergent) δυναμική που εξελίσσεται σε μακροσκοπικό/κλινικά παρατηρήσιμο επίπεδο. Οι χρονικές και χωρικές κλίμακες συμπεριφοράς και εξέλιξης των φαινομένων εκτείνονται από την λειτουργία του κάθε ένα νευρώνα που εμπεριέχει σημαντικό βαθμό ετερογένειας (π.χ. διαφορετικοί χρόνοι ενεργοποιήσεις ιόντων στην μεμβράνη του νευρώνα), στην αλληλεπίδραση και μετάδοση σήματος (που περιλαμβάνει διαφορετικές χωρικές κλίμακες μετάδοσης), στο δίκτυο/όργανο μέχρι την εκδήλωση των συμπτωμάτων της νόσου στο άτομο. Λόγω της πολυπλοκότητας των φαινομένων η σύγχρονη τάση στη μαθηματική περιγραφή και την υπολογιστική προσομοίωση της δυναμικής δικτύων νευρώνων και ειδικότερα της δυναμικής νευρολογικών δυσλειτουργιών είναι η ανάπτυξη λεπτομερών-μικροσκοπικών μοντέλων. Βασικός σκοπός αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη συστηματικών υπολογιστικών μεθοδολογιών για την γεφύρωση του χάσματος στο χρόνο και στο χώρο, μεταξύ του επιπέδου στο οποίο μπορεί να είναι διαθέσιμη η λεπτομερής περιγραφή (μικροσκοπική-ατομιστική) της λειτουργίας των νευρώνων και των αλληλεπιδράσεών τους και του επιπέδου στο οποίο είναι επιθυμητή η ανάλυση της εμφανιζόμενης δυναμικής και εν τέλει ο σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου των συμπτωμάτων στον οργανισμό (μακροσκοπικό επίπεδο). Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αναπτύχθηκε ένα υπολογιστικό πλαίσιο το οποίο επιτρέπει σε μεγάλης κλίμακας προσομοιωτές της δυναμικής νευρώνων μικροσκοπικού-ατομιστικού επιπέδου να εκτελούν άμεσα ανάλυση σε μακροσκοπικό επίπεδο, χωρίς να είναι απαραίτητο το πέρασμα από μια ενδιάμεση ή μακροσκοπικού επιπέδου (συμβατική) περιγραφή της εξεταζόμενης δυναμικής της, μέσω μακροσκοπικών εξισώσεων σε κλειστή μορφή (π.χ. υπό την μορφή μερικών διαφορικών εξισώσεων ή/και διαφορικών-ολοκληρωτικών εξισώσεων). Κατά αυτό τον τρόπο, το προτεινόμενο πλαίσιο είναι γενικό ως προς την εφαρμογή του, προσαρμόζοντας το κατάλληλα στον εκάστοτε ατομικιστικό προσομοιωτή. Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται τα κύρια μοντέλα περιγραφής των νευρώνων, καθώς και ποιοτικές ιδιότητες που εμφανίζουν. Έμφαση δίνεται στην σύνδεση της δυναμικής με τον τρόπο πυροδότησης των νευρώνων. Ιδιαίτερα παρουσιάζονται αναλυτικά οι πιο συχνά εμφανιζόμενες δυναμικές συμπεριφορές στους νευρώνες τύπου Morris-Lecar. Στη συνέχεια αναπτύσσοντας τη καρδιά της θεωρίας πολυπλοκότητας στην περιοχή, δηλαδή τη θεωρία δικτύων, παρουσιάζονται οι πιο γνωστές μορφές δικτύων, Erdos και Renyi, Watts και Strogatz (WS) μικρού κόσμου (small world) και τέλος δίκτυα Barabasi ελευθέρας κλίμακας. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στα χαρακτηριστικά τους μεγέθη όπως χαρακτηριστικό μήκος και οι συντελεστές ομάδας. Στο κεφάλαιο 5 αναπτύσσεται ένα μικροσκοπικό μοντέλο συνδυάζοντας τη θεωρία δικτύων και την βιοφυσική περιγραφή νευρώνων Morris-Lecar. Το πρωτότυπο κομμάτι αυτής της περιγραφής είναι η ανάδειξη της επίδρασης του μεγέθους του δικτύου στην μακροσκοπική συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων: συγκεκριμένα ανάλογα με την πυκνότητα των συνδέσεων του παρατηρούνται διαφορετικές ποιοτικά καταστάσεις με πολύπλοκη μη-γραμμική δυναμική οι οποίες αναδύονται με μικρές αλλαγές στην πυκνότητα των συνδέσεων. Στο κεφάλαιο 6 παρατίθεται η κύρια μεθοδολογία «Ελεύθερη Εξισώσεων» (Equation-Free) που χρησιμοποιείται για τη συστηματική μελέτη και ανάλυση της μακροσκοπικής δυναμικής από μικροσκοπικούς προσομοιωτές οι οποίοι χρησιμοποιούνται ως «μαύρα κουτιά». Παρουσιάζονται η έννοια του χρονοβηματιστή (timestepper) καθώς και ο τρόπος που αυτός μπορεί να διασυνδεθεί με προχωρημένες τεχνικές αριθμητικής ανάλυσης (ελεύθερων πινάκων-matrix free), οι οποίες είναι κατάλληλες για μεγάλης κλίμακας συστήματα, για την εύρεση σημείων ισορροπίας, περιοδικών λύσεων, τον υπολογισμό ιδιοτιμών, την κατασκευή διαγραμμάτων διακλάδωσης και τέλος τη μελέτη σπανίων γεγονότων (rare-events). Πολύ σημαντικό και πρωτότυπο στοιχείο στην ανάλυση προβλημάτων της δυναμικής νευρώνων σε δίκτυα είναι η σύνδεση της μεθοδολογίας «ελεύθερης εξισώσεων» με την τεχνική εύρεσης βέλτιστης λύσης, από την περιοχή της στατιστικής φυσικής, προσομοιωμένης ανόπτησης (simulated annealing). Το κύριο αποτέλεσμα της υβριδικής αυτής μεθόδου η ο οποία παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 7 είναι ότι η δυναμική του συστήματος, με χρήση του μικροσκοπικού προσομοιωτή, οδηγείται στην αδρομερή (coarse-grained) αργή πολλαπλότητα των «λίγων» μακροσκοπικών μεταβλητών. Η καινούργια μεθοδολογία που προτείνεται είναι γενική υπό την έννοια ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε πολύ μεγάλο πλήθος δικτύων νευρώνων (με διακριτές τιμές). Στα δύο τελευταία κεφαλαία παρατίθενται οι κύριες εφαρμογές της μεθοδολογίας που αναπτύχτηκε στα κεφαλαία 6 και 7. Στη πρώτη εφαρμογή (κεφαλαίο 8) αναπτύσσεται ένα μοντέλο κυτταρικών αυτομάτων (cellular automata) πάνω σε ένα τυχαίο δίκτυο με σταθερή συνδεσιμότητα με ατομικιστικούς κανόνες αλληλεπίδρασης και μετάδοσης του σήματος. Οδηγώντας την δυναμική του μικροσκοπικού προσομοιωτή με την προτεινόμενη μεθοδολογία υπολογίζουμε τα σημεία ισορροπίας, την ευστάθεια τους και κατασκευάζουμε το αδρομερές διάγραμμα διακλάδωσης. Τέλος, πάλι χρησιμοποιώντας τη υβριδική μέθοδο και κατασκευάζοντας με την μέθοδο «Ελεύθερη Εξισώσεων» μια εξίσωση Langevin, βρίσκουμε επιτυχώς το μέσο χρόνο πρώτης διαφυγής της μετά-ευσταθούς κατάστασης (first mean time to escape). Στο κεφάλαιο 9 γενικεύουμε την μέθοδο σε συστήματα που εξελίσσονται σε ετερογενή τυχαία δίκτυα με διαφορετικούς ανά νευρώνα βαθμούς διασύνδεσης. Με τη χρήση της προτεινόμενης μεθοδολογίας αναλύεται η συμπεριφορά του συστήματος και κατασκευάζονται τα αδρομερή διαγράμματα διακλάδωσης για διάφορες τιμές παραμέτρων όπως είναι η πιθανότητα ενεργοποίησης των νευρώνων και η πυκνότητα διασύνδεσης των νευρώνων στο δίκτυο. Τέλος στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο παραλληλοποιήθηκε η προτεινόμενη μεθοδολογία για την αντιμετώπιση των αυξημένων υπολογιστικών απαιτήσεων λόγω της μεγάλης κλίμακας των προβλημάτων που εξετάζονται.

COLLAPSE OF WORMHOLE SPACE AND THE BABY UNIVERSE PRODUCTION

1991 ◽  
Vol 06 (17) ◽  
pp. 1535-1541 ◽  
Author(s):  
AKIRA TOMIMATSU
Keyword(s):  
Gravitational Collapse ◽  
Dimensional Space ◽  
Space Time ◽  
Coarse Grained ◽  
Classical Dynamics ◽  
Dimensional Space Time ◽  
Baby Universe

We study the classical dynamics of a wormhole space in terms of the coarse grained physical topology. It is found that the gravitational collapse leads to the emission and the reabsorption of a baby universe whose topology is S1 × S2. This process proceeds smoothly in the 4-dimensional space-time.

scholarly journals Parallel Implementations of Candidate Solution Evaluation Algorithm for N-Queens Problem

Complexity ◽  
2021 ◽  
Vol 2021 ◽  
pp. 1-15
Author(s):  
Jianli Cao ◽  
Zhikui Chen ◽  
Yuxin Wang ◽  
He Guo
Keyword(s):  
Simulated Annealing ◽  
Heuristic Algorithm ◽  
Large Scale ◽  
Fitness Function ◽  
Academic Research ◽  
Coarse Grained ◽  
Practical Application ◽  
Problem Size ◽  
Candidate Solution ◽  
Evaluation Algorithm

The N-Queens problem plays an important role in academic research and practical application. Heuristic algorithm is often used to solve variant 2 of the N-Queens problem. In the process of solving, evaluation of the candidate solution, namely, fitness function, often occupies the vast majority of running time and becomes the key to improve speed. In this paper, three parallel schemes based on CPU and four parallel schemes based on GPU are proposed, and a serial scheme is implemented at the baseline. The experimental results show that, for a large-scale N-Queens problem, the coarse-grained GPU scheme achieved a maximum 307-fold speedup over a single-threaded CPU counterpart in evaluating a candidate solution. When the coarse-grained GPU scheme is applied to simulated annealing in solving N-Queens problem variant 2 with a problem size no more than 3000, the speedup is up to 9.3.

The Alteration of the Pore Spaces in Sandstones

1973 ◽  
Vol 31 ◽  
pp. 210-211
Author(s):  
R. E. Ferrell ◽  
G. G. Paulson
Keyword(s):  
Electron Microscope ◽  
Scanning Electron Microscope ◽  
The Other ◽  
Coarse Grained ◽  
Depositional Fabric ◽  
Soluble Components ◽  
Scanning Electron ◽  
Shape And Size

The pore spaces in sandstones are the result of the original depositional fabric and the degree of post-depositional alteration that the rock has experienced. The largest pore volumes are present in coarse-grained, well-sorted materials with high sphericity. The chief mechanisms which alter the shape and size of the pores are precipitation of cementing agents and the dissolution of soluble components. Each process may operate alone or in combination with the other, or there may be several generations of cementation and solution.The scanning electron microscope has ‘been used in this study to reveal the morphology of the pore spaces in a variety of moderate porosity, orthoquartzites.

On the Origin of the Microscystalline Structure in Rapidly Solidified IN-100 Powder

1977 ◽  
Vol 35 ◽  
pp. 260-261
Author(s):  
J. M. Walsh ◽  
K. P. Gumz ◽  
J. C. Whittles ◽  
B. H. Kear
Keyword(s):  
The Other ◽  
Coarse Grained ◽  
Microcrystalline Structure ◽  
Routine Examination ◽  
Atomization Process ◽  
Centrifugal Atomization ◽  
Splat Quenching ◽  
Powder Particles ◽  
Dendritic Microstructures ◽  
Rapidly Solidified

During a routine examination of the microstructure of rapidly solidified IN-100 powder, produced by a newly-developed centrifugal atomization process1, essentially two distinct types of microstructure were identified. When a high melt superheat is maintained during atomization, the powder particles are predominantly coarse-grained, equiaxed or columnar, with distinctly dendritic microstructures, Figs, la and 4a. On the other hand, when the melt superheat is reduced by increasing the heat flow to the disc of the rotary atomizer, the powder particles are predominantly microcrystalline in character, with typically one dendrite per grain, Figs, lb and 4b. In what follows, evidence is presented that strongly supports the view that the unusual microcrystalline structure has its origin in dendrite erosion occurring in a 'mushy zone' of dynamic solidification on the disc of the rotary atomizer.The critical observations were made on atomized material that had undergone 'splat-quenching' on previously solidified, chilled substrate particles.

Correlation between dislocation, grain boundary and interface of duplex SS in stress corrosion cracking(SCC)

1990 ◽  
Vol 48 (4) ◽  
pp. 928-929
Author(s):  
Wang Zheng-fang ◽  
Z.F. Wang
Keyword(s):  
Stainless Steel ◽  
Thermal Cycle ◽  
Secondary Phase ◽  
Corrosion Cracking ◽  
Coarse Grained ◽  
Test Environment ◽  
Fine Grained ◽  
Evaluation Test ◽  
Welding Thermal Cycle ◽  
Micro Analysis

The main purpose of this study highlights on the evaluation of chloride SCC resistance of the material,duplex stainless steel,OOCr18Ni5Mo3Si2 (18-5Mo) and its welded coarse grained zone(CGZ).18-5Mo is a dual phases (A+F) stainless steel with yield strength:512N/mm2 .The proportion of secondary Phase(A phase) accounts for 30-35% of the total with fine grained and homogeneously distributed A and F phases(Fig.1).After being welded by a specific welding thermal cycle to the material,i.e. Tmax=1350°C and t8/5=20s,microstructure may change from fine grained morphology to coarse grained morphology and from homogeneously distributed of A phase to a concentration of A phase(Fig.2).Meanwhile,the proportion of A phase reduced from 35% to 5-10°o.For this reason it is known as welded coarse grained zone(CGZ).In association with difference of microstructure between base metal and welded CGZ,so chloride SCC resistance also differ from each other.Test procedures:Constant load tensile test(CLTT) were performed for recording Esce-t curve by which corrosion cracking growth can be described, tf,fractured time,can also be recorded by the test which is taken as a electrochemical behavior and mechanical property for SCC resistance evaluation. Test environment:143°C boiling 42%MgCl2 solution is used.Besides, micro analysis were conducted with light microscopy(LM),SEM,TEM,and Auger energy spectrum(AES) so as to reveal the correlation between the data generated by the CLTT results and micro analysis.

Penjadwalan Produksi Menggunakan Metode Simulated Annealing pada Unit Produksi Daun Pintu di PT. ML

2019 ◽  
Vol 2 (2) ◽  
Author(s):  
Rosnani Ginting ◽  
Chairul Rahmadsyah Manik
Keyword(s):  
Simulated Annealing ◽  
Problem Solving ◽  
Production Scheduling ◽  
Production Control ◽  
Delivery Time ◽  
Production Schedule ◽  
A Company ◽  
Predetermined Time ◽  
Factory Floor

Penjadwalan merupakan aspek yang sangat penting karena didalamnya terdapat elemen perencanaan dan pengendalian produksi bagi suatu perusahaan yang dapat mengirim barang sesuai dengan waktu yang telah ditentukan, untuk memperoleh waktu total penyelesaian yang minimum. Masalah utama yang dihadapi oleh PT. ML adalah keterlambatan penyelesaian order yang mempengaruhi delivery time ke tangan costumer karena pelaksanaan penjadwalan produksi dilantai pabrik belum menghasilkan makespan yang sesuai dengan order yang ada. Oleh kaena itu dituntut untuk mencari solusi pemecahan masalah optimal dalam penentuan jadwal produksi untuk meminimisasi total waktu penyelessaian (makespan) semua order. Dalam penelitian ini, penjadwalan menggunakan metode Simulated Annealing (SA) diharapkan dapat menghasilkan waktu total penyelesaian lebih cepat dari penjadwalan yang ada pada perusahaan.   Scheduling is a very important aspect because in it there are elements of planning and production control for a company that can send goods in accordance with a predetermined time, to obtain a minimum total time of completion. The main problem faced by PT. ML is the delay in completing orders that affect delivery time to customer because the implementation of production scheduling on the factory floor has not produced the makespan that matches the existing order. Therefore, it is required to find optimal problem solving solutions in determining the production schedule to minimize the total time of elimination (makespan) of all orders. In this study, scheduling using the Simulated Annealing (SA) method is expected to produce a total time of completion faster than the existing scheduling in the company.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document