Otimização por enxame de partículas em arquiteturas paralelas de alto desempenho.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2013 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11796 |
Resumo: | Particle Swarm Optimization (PSO) is an optimization technique that is used to solve many problems in different applications. However, most implementations are sequential. The optimization process requires a large number of evaluations of the objective function, especially in complex problems, involving a large amount of particles and dimensions. As a result, the algorithm may become inefficient in terms of performance, execution time and even the quality of the expected result. To overcome these difficulties,high performance computing and parallel algorithms can be used, taking into account to the characteristics of the architecture. This should increase performance, minimize response time and may even improve the quality of the final result. In this dissertation, the PSO algorithm is parallelized using three different strategies that consider different granularities of the problem, and the division of the optimization work among several cooperative sub-swarms. One of the developed parallel algorithms, namely PPSO, is implemented directly in hardware, using an FPGA. All the proposed strategies, namely PPSO ( Parallel PSO), PDPSO (Parallel Dimension PSO) and CPPSO (Cooperative Parallel PSO), are implemented in a multiprocessor, multicomputer and GPU based parallel architectures. The different performed assessments show that the GPU achieved the best results for problems with high number of particles and dimensions when a strategy with finer granularity is used, namely PDPSO and CPPSO. In contrast with this, when using a strategy with a coarser granularity, namely PPSO, the multi-computer based implementation achieved the best results. |
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The optimization process requires a large number of evaluations of the objective function, especially in complex problems, involving a large amount of particles and dimensions. As a result, the algorithm may become inefficient in terms of performance, execution time and even the quality of the expected result. To overcome these difficulties,high performance computing and parallel algorithms can be used, taking into account to the characteristics of the architecture. This should increase performance, minimize response time and may even improve the quality of the final result. In this dissertation, the PSO algorithm is parallelized using three different strategies that consider different granularities of the problem, and the division of the optimization work among several cooperative sub-swarms. One of the developed parallel algorithms, namely PPSO, is implemented directly in hardware, using an FPGA. All the proposed strategies, namely PPSO ( Parallel PSO), PDPSO (Parallel Dimension PSO) and CPPSO (Cooperative Parallel PSO), are implemented in a multiprocessor, multicomputer and GPU based parallel architectures. The different performed assessments show that the GPU achieved the best results for problems with high number of particles and dimensions when a strategy with finer granularity is used, namely PDPSO and CPPSO. In contrast with this, when using a strategy with a coarser granularity, namely PPSO, the multi-computer based implementation achieved the best results.A Otimização por Enxame de Partículas (PSO, Particle Swarm Optimization) é uma técnica de otimização que vem sendo utilizada na solução de diversos problemas, em diferentes áreas do conhecimento. Porém, a maioria das implementações é realizada de modo sequencial. O processo de otimização necessita de um grande número de avaliações da função objetivo, principalmente em problemas complexos que envolvam uma grande quantidade de partículas e dimensões. Consequentemente, o algoritmo pode se tornar ineficiente em termos do desempenho obtido, tempo de resposta e até na qualidade do resultado esperado. Para superar tais dificuldades, pode-se utilizar a computação de alto desempenho e paralelizar o algoritmo, de acordo com as características da arquitetura, visando o aumento de desempenho, a minimização do tempo de resposta e melhoria da qualidade do resultado final. Nesta dissertação, o algoritmo PSO é paralelizado utilizando três estratégias que abordarão diferentes granularidades do problema, assim como dividir o trabalho de otimização entre vários subenxames cooperativos. Um dos algoritmos paralelos desenvolvidos, chamado PPSO, é implementado diretamente em hardware, utilizando uma FPGA. Todas as estratégias propostas, PPSO (Parallel PSO), PDPSO (Parallel Dimension PSO) e CPPSO (Cooperative Parallel PSO), são implementadas visando às arquiteturas paralelas baseadas em multiprocessadores, multicomputadores e GPU. Os diferentes testes realizados mostram que, nos problemas com um maior número de partículas e dimensões e utilizando uma estratégia com granularidade mais fina (PDPSO e CPPSO), a GPU obteve os melhores resultados. Enquanto, utilizando uma estratégia com uma granularidade mais grossa (PPSO), a implementação em multicomputador obteve os melhores resultados.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:18:12Z No. of bitstreams: 1 Rogerio de Moraes Calazan.pdf: 1446970 bytes, checksum: a839e3108e6bf7c2d69dabd2ce5b3de8 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rogerio de Moraes Calazan.pdf: 1446970 bytes, checksum: a839e3108e6bf7c2d69dabd2ce5b3de8 (MD5) Previous issue date: 2013-02-21application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia EletrônicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaElectronic EngineeringParticle Swarm OptimizationHigh Performance ArchitectureParallel AlgorithmEngenharia EletrônicaOtimização por enxame de partículasArquiteturas de alto desempenhoAlgoritmos paralelosCNPQ::ENGENHARIASOtimização por enxame de partículas em arquiteturas paralelas de alto desempenho.Particle swarm optimization in high-performance parallel architectures.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALRogerio de Moraes Calazan.pdfapplication/pdf1446970http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/11796/1/Rogerio+de+Moraes+Calazan.pdfa839e3108e6bf7c2d69dabd2ce5b3de8MD511/117962024-02-27 15:16:50.543oai:www.bdtd.uerj.br:1/11796Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:16:50Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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