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非线性特征值问题的计算方法
结题报告
批准号:
91330202
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
350.0 万元
负责人:
周爱辉
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹礼群、高卫国、文再文、谢和虎、戴小英、吴新明、张昕、刘壮
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中文摘要
我们拟针对模拟物质微观结构的非线性偏微分算子特征值问题,发展高效实用的非线性迭代方法、网格自适应方法和离散问题的可扩展计算方法,研究相关的数学理论,探索如何实现逾万处理器核上的高效数值模拟. 特别是,研究Kohn-Sham方程多层耦合离散、拟Newton类自洽场迭代、代数特征值问题的实空间预处理以及分层并行程序实现与应用.
英文摘要
We aim to develop highly efficient and practical nonlinear iterative methods, mesh based adaptive methods as well as scalable computational methods of the discretized problems, study their corresponding mathematical theory and probe how to carry out highly efficient numerical simulation on computers with more than ten thousand CPU cores, for solving eigenvalue problems associated with nonlinear partial differential operators arising from simulating the microstructure of matter. In particular, we shall investigate multi-level coupled discretizations for Kohn-Sham equation, quasi-Newton-type self-consistent field iterations, real space preconditioners for algebraic eigenvalue problems, and the implementation and application of a multi-level parallel software package.
如何利用高性能计算机又快又好地计算大规模的原子分子体系,依然是极具挑战的重要的交叉性前沿课题。第一原理电子结构计算中典型的数学模型包括Hartree-Fock方程和Kohn-Sham方程在内的非线性特征值问题及其相应的带正交约束的能量极小问题。第一原理电子结构计算的关键是设计、分析与实现这些数学模型的高效的适应超级计算的计算方法。.本项目针对模拟物质微观结构的有关非线性偏微分算子特征值问题计算,发展了网格自适应离散方法、非线性迭代求解方法和离散问题的可扩展计算方法,研究了相关的数学理论,探索了如何实现其在逾万处理器核上的高效数值模拟。 特别是,研究了Kohn-Sham方程自适应有限元离散、并行轨道更新算法、带正交约束的优化算法以及分层并行程序实现与应用, 探索了离散Kohn-Sham方程的自洽场迭代的收敛性以及几类代数特征值问题的快速求解,取得了满意的进展,引起了国际同行的关注并产生了欧美几项后续性工作,为理解与应用有关创新的第一原理计算方法提供了数学依据。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:10.1137/140971464
发表时间:2015
期刊:SIAM Journal on Optimization
影响因子:3.1
作者:Liu Xin;Wen Zaiwen;Zhang Yin
通讯作者:Zhang Yin
DOI:--
发表时间:2015
期刊:IMA J. Numer. Anal.
影响因子:--
作者:Xiaoying Dai;Lianhua He;Aihui Zhou
通讯作者:Aihui Zhou
DOI:10.1007/s10915-017-0412-0
发表时间:2015-04
期刊:Journal of Scientific Computing
影响因子:2.5
作者:Xinming Wu;Zaiwen Wen;W. Bao
通讯作者:Xinming Wu;Zaiwen Wen;W. Bao
Accelerating Convergence by Augmented Rayleigh-Ritz Projections For Large-Scale Eigenpair Computation
通过增强瑞利-里兹投影进行大规模特征对计算加速收敛
DOI:10.1137/16m1058534
发表时间:2017-04
期刊:Siam Journal ON Matrix Analysis and Applications
影响因子:1.5
作者:Wen Zaiwen;Zhang Yin
通讯作者:Zhang Yin
DOI:--
发表时间:2015
期刊:中国科学:化学
影响因子:--
作者:周爱辉
通讯作者:周爱辉
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