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Plataforma BOINC
Tamaño de descarga de software 2 MB
Tamaño cargado de datos de trabajo 1 KB
Cantidad de datos de trabajo enviados 150 KB
Espacio en disco 2 MB
Cantidad de memoria utilizada 10 MB
interfaz gráfica de usuario No
Tiempo promedio de cálculo de tareas hasta 6 horas
plazo 11 días
Posibilidad de usar GPU No

Gerasim@Home es un proyecto de computación distribuida voluntario  ruso basado en la plataforma BOINC . El proyecto comenzó en modo de prueba en febrero de 2008 [1] . Una característica distintiva de la parte del servidor del proyecto, desarrollada por S. Yu. Valyaev, es el uso del sistema operativo Windows Server 2008 y el paquete de Microsoft SQL Server con ASP.NET , mientras que el conjunto estándar de aplicaciones de los desarrolladores de BOINC requiere el uso del sistema operativo Linux o Unix . A partir del 23 de julio de 2015, 1999 usuarios (890 computadoras) de 62 países participaron en el proyecto, proporcionando un rendimiento de 1 a 5 teraflops . Cualquier persona que tenga una computadora con acceso a Internet puede participar en el proyecto instalando en ella el programa BOINC Manager .

Historia del proyecto

El proyecto comenzó en modo de prueba en febrero de 2008 [1] utilizando el programa gsm para encontrar números primos como módulo de cálculo de prueba.

En junio de 2010, en el Departamento de Ingeniería Informática de la Southwestern State University , se desarrolló la aplicación de cálculo separador, cuyo propósito es construir particiones de grafos-esquemas paralelos de algoritmos de control lógico obtenidos por diversos métodos heurísticos con el fin de comparar la calidad de las soluciones obtenidas y desarrollar recomendaciones sobre los límites de la conveniencia de usar métodos. La primera parte de los cálculos se completó en septiembre de 2011.

En enero de 2013, se lanzó un experimento [2] para explorar las posibilidades de usar una estrategia de síntesis de partición codiciosa con una restricción en la elección de vértices de un vecindario adyacente del bloque actual [3] .

En marzo de 2014, se lanzó una nueva serie de experimentos cuyo objetivo es probar la aplicación de métodos heurísticos en relación con la resolución de problemas conocidos de teoría de grafos usando el ejemplo del problema de encontrar el camino más corto en un gráfico y para encontrar particiones [4] .

En junio de 2014, una serie de experimentos comenzó a explorar la posibilidad de utilizar la enumeración aleatoria[5] [6] con un número fijo de iteraciones al construir particiones.

En febrero de 2015, se lanzó una continuación de una serie de experimentos, cuyo objetivo es probar la aplicación de métodos heurísticos en relación con la solución del problema de encontrar el camino más corto en un gráfico utilizando una estrategia de retorno [7] , así como como métodos para simular recocido [8] , búsqueda con limitación de profundidad [9] [10] , diversas variaciones del algoritmo de colonia de hormigas [11] [12] , el algoritmo genético [13] y el algoritmo de colonia de abejas [14] .

En junio de 2016 se lanzó un experimento computacional cuyo objetivo es contar el número de cuadrados latinos diagonales de orden 9 (secuencia A274171 en OEIS y secuencia A274806 en OEIS ) [15] .

En octubre de 2016, se lanzó un experimento en el proyecto destinado a estudiar la efectividad de los métodos de caminata aleatoria [16] y un enjambre de partículas [17] [18] en el problema de encontrar la ruta más corta en un gráfico.

A principios de 2017, el proyecto organizó un experimento destinado a determinar los valores de una serie de características combinatorias de cuadrados latinos diagonales y sus pares ortogonales ( cuadrados griego-latinos ) de orden 8 [19] . En marzo de 2017, se lanzó un experimento para obtener pares aleatorios de cuadrados latinos diagonales ortogonales de orden 10 para formar una lista de sus formas canónicas únicas [20] . Del 3 al 16 de junio de 2017, el proyecto contó el número de cuadrados latinos diagonales simétricos del orden de 10 [21] . El 23 de octubre de 2017, el proyecto lanzó un experimento destinado a analizar cuadrados que son simétricos en un plano al construir pares de cuadrados latinos diagonales ortogonales [22] [23] .

En diciembre de 2018, se lanzó un experimento en el proyecto para estudiar la efectividad de los métodos heurísticos en el problema de colorear gráficos de forma general [24] .

aplicación separador

La necesidad de encontrar una partición que sea (sub)óptima en términos de una serie de indicadores de calidad surge al diseñar sistemas de control lógico utilizados para implementar el control lógico de varios sistemas discretos ( circuitos digitales , máquinas CNC , líneas de ensamblaje robóticas, etc.). Al diseñar dichos sistemas, surgen una serie de problemas de optimización combinatoria multicriterio en estructuras discretas ( grafos ), que incluyen el problema de síntesis de partición de un esquema gráfico dado de un algoritmo de control [25] [26] [27] , de acuerdo con que debe funcionar el sistema de control lógico desarrollado. Encontrar una solución exacta (óptimo global) en la mayoría de los casos prácticos es imposible debido a que el problema planteado pertenece a la clase NP , por lo que, en la práctica, se suelen limitar a utilizar métodos heurísticos que aporten soluciones de buena calidad en un formato aceptable. tiempo.

La calidad de la solución encontrada se evalúa como el grado de minimización de los indicadores de calidad privados, que incluyen:

La estimación integral de la calidad de la partición se calcula como una suma ponderada de los valores normalizados de los indicadores de calidad parciales.

En la implementación práctica de un sistema de control lógico, es necesario tener en cuenta las limitaciones tecnológicas, que incluyen principalmente:

La limitación no es crítica y puede excluirse de la consideración mediante la duplicación de controladores que tengan las mismas entradas y ejecuten el mismo tipo de firmware. Para simplificar la estructura interna del controlador, se impone una restricción estructural adicional sobre la imposibilidad de colocar vértices paralelos en un bloque de partición (controlador).

Como métodos heurísticos para la búsqueda de particiones en experimentos computacionales intervinieron:

Los métodos se caracterizan por una complejidad de implementación significativamente diferente, complejidad de tiempo y capacidad de los algoritmos de transformación, y la calidad de las soluciones obtenidas para varios valores de restricciones tecnológicas. Al comparar la calidad de los métodos, es necesario estudiar varias regiones del espacio de parámetros , donde  está el número de vértices en la composición de diagramas de gráficos de algoritmos, lo cual es una tarea difícil desde el punto de vista computacional. En el proceso de cálculo, se analizaron segmentos individuales del espacio de parámetros, sobre la base de los cuales se reveló un comportamiento significativamente diferente de los métodos para sintetizar particiones a medida que se fortalecían o debilitaban los valores de las restricciones tecnológicas.

Para cada punto de la porción seleccionada del espacio de parámetros, se construye una muestra de algoritmos de control de lógica paralela con una estructura pseudoaleatoria, sus particiones se construyen mediante el método especificado y se evalúa la calidad, lo que requiere de varios minutos (pequeños valores ) a varias horas (valores grandes ) de tiempo computacional. Las muestras resultantes de valores numéricos de aproximadamente 200 KB cada una se transfieren al servidor del proyecto y esperan su posterior procesamiento. La cantidad total de datos recibidos (sin incluir la redundancia) fue de 235 GB y el costo computacional fue de 51,6 exa flops ( 818 GHz-año). En comparación con la implementación de doble núcleo Core 2 Duo de 1,86 GHz, la ganancia de tiempo lograda por el procesamiento en paralelo de la red fue 155x. El posprocesamiento de los resultados obtenidos [31] [32] tomó alrededor de un día de tiempo computacional y consistió en calcular los valores promedio de los parámetros de calidad y las probabilidades de obtener una partición con el valor mínimo del indicador de calidad seleccionado, como resultado se obtuvieron los mapas bidimensionales deseados con un volumen total de 96 MB, que pueden ser utilizados para el análisis detallado del comportamiento de los métodos en diferentes áreas del espacio de parámetros.

aplicación spstarter

En marzo de 2014, se lanzó otra serie de experimentos computacionales [4] , cuya característica distintiva es el soporte para la ejecución simultánea de varios experimentos. Con el fin de probar métodos para resolver problemas de optimización discreta, se implementó un módulo de cálculo apropiado, que está conectado estáticamente a la aplicación spstarter.exe. Además de la aplicación del separador, que forma parte del nuevo módulo computacional, es posible analizar la calidad de las soluciones al problema de prueba de encontrar el camino más corto en un gráfico utilizando una serie de enfoques ( algoritmo de Dijkstra, algoritmo voraz, algoritmo aleatorio enumeración, enumeración aleatoria ponderada [33] , sus modificaciones con soporte para retornos combinatorios [7] , variaciones del algoritmo de colonia de hormigas [11] [12] , método de recocido simulado , búsqueda de fuerza bruta con un límite en la profundidad o número de ramas de árboles consideradas , algoritmo genético [13] , algoritmo de colonia de abejas [14] , método de caminata aleatoria y variaciones del método de enjambre de partículas ) para identificar sus fortalezas y debilidades. Los mejores resultados en este problema fueron demostrados por el método de la colonia de hormigas y el algoritmo genético [34] [35] , [36] .

Determinación del comportamiento asintótico de características combinatorias de estructuras combinatorias basadas en cuadrados latinos diagonales

Se desconocía el comportamiento asintótico del número de cuadrados latinos diagonales (DLS) con un aumento de su dimensión N a los cálculos realizados en el proyecto. Como resultado del desarrollo de un módulo computacional altamente eficiente que utiliza una serie de técnicas algorítmicas y de optimización de alto nivel [37] [38] [39] [40] [41] [42] , fue posible lograr una generación tasa de 6,6 millones de DLC/s, lo que permitió determinar el número de DLC hasta N<10 (secuencia A274171 en OEIS y secuencia A274806 en OEIS ). Esto requirió 3 meses de cálculos por red con un rendimiento real de 2–5 TFLOP/s [43] y 3 meses de cálculos en el clúster de computadoras “Akademik V.M. Matrosov” de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias para verificar y confirmar el resultado obtenido [44] .

Se utilizaron principios algorítmicos similares para contar el número de cuadrados latinos diagonales simétricos de orden N<11 [21] y para determinar el número mínimo y máximo de transversales en cuadrados latinos diagonales de orden N<9 [45] [46] [47] .

Además de determinar características combinatorias, el proyecto busca y recolecta formas canónicas de cuadrados latinos diagonales ortogonales de orden 10 con el fin de clasificar las estructuras combinatorias formadas por ellos (grafos sobre el conjunto de una relación de ortogonalidad binaria) [48] y un intento de encontrar un triple de cuadrados latinos diagonales ortogonales por pares, que es un problema matemático abierto. La búsqueda más eficiente de cuadrados ortogonales de forma general se realiza mediante transversales reduciendo el problema original al problema de cobertura exacta con su posterior solución utilizando el algoritmo de conexión danzante en el marco del método de Euler-Parker [49] [50] . A partir de julio de 2020, la colección incluye más de 10 millones de formas canónicas de orden 10 de ODLC encontradas en el proyecto.

Logros científicos

Notas

  1. 1 2 BOINCestadísticas | Gerasim@Home - Resumen de créditos  (enlace descendente)
  2. Progreso del separador - Página 2 - Ciencia - Foro Gerasim@home (enlace descendente) . Fecha de acceso: 30 de enero de 2013. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2013. 
  3. 1 2 Vatutin E. I., Leonov M. E. Uso de un vecindario adyacente para la formación secuencial codiciosa de bloques para la partición de esquemas gráficos de algoritmos paralelos. Instrumentación. 2013. V. 56. Núm. 6. S. 30-35. . Fecha de acceso: 12 de octubre de 2013. Archivado desde el original el 14 de octubre de 2013.
  4. 1 2 Acerca del proyecto Gerasim@home — Página 48 — Gerasim@home — Foro Boinc.ru  (enlace no disponible)
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  6. 1 2 Vatutin E. I., Kolyasnikov D. V., Titov V. S. Análisis de los resultados de aplicar el método de enumeración aleatoria en el problema de encontrar particiones de esquemas de grafos de algoritmos paralelos // Boletín de la Universidad Federal del Sur. ciencia técnica. 2014. Nº 12 (161). págs. 102-110. . Fecha de acceso: 1 de marzo de 2015. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015.
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  14. 1 2 Vatutin E. I., Titov V. S. Características de la metaoptimización del algoritmo de colonia de abejas en el problema de encontrar el camino más corto en un gráfico en presencia de restricciones en la densidad del gráfico // Boletín de la Universidad Estatal del Suroeste . Serie: Gestión, informática, informática. Instrumentación médica. Nº 2 (19). 2016. S. 52-65. . Consultado el 7 de agosto de 2016. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2016.
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  21. 1 2 Acerca del proyecto Gerasim@home - Página 103 - Gerasim@home - Foro Boinc.ru (enlace inaccesible) . Consultado el 16 de junio de 2017. Archivado desde el original el 20 de junio de 2017. 
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  27. Vatutin E. I. Diseño de multicontroladores lógicos. Síntesis de particiones de grafos-esquemas paralelos de algoritmos. Saarbrucken : Lambert Academic Publishing , 2011. 292 págs. ISBN 978-3-8433-1728-3
  28. Baranov S. I., Zhuravina L. N., Peschansky V. A. Un método para representar esquemas gráficos paralelos de algoritmos mediante conjuntos de esquemas gráficos secuenciales // Automatización e informática. 1984. Nº 5. S. 74-81.
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  30. Vatutin E. I., Zotov I. V. Un método para generar particiones subóptimas de algoritmos de control en paralelo // Problemas de control y computación en paralelo (PACO'04). M.: UIP RAN, 2004. S. 884-917. . Fecha de acceso: 13 de mayo de 2012. Archivado desde el original el 29 de marzo de 2014.
  31. evatutin - ¡Cálculos y posprocesamiento completados!
  32. evatutin — ¡Se completó el procesamiento posterior de los resultados del análisis de la estrategia codiciosa adyacente!
  33. Vatutin E. I., Dremov E. N., Martynov I. A., Titov V. S. Método de enumeración aleatoria ponderada para resolver problemas de optimización combinatoria discreta // Izvestiya VolGTU. Categoría: Electrónica, equipos de medida, radioingeniería y comunicación. Nº 10 (137). Tema. 9. 2014. c. 59-64. . Consultado el 22 de julio de 2014. Archivado desde el original el 29 de julio de 2014.
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  48. 1 2 Vatutin EI, Titov VS, Zaikin OS, Kochemazov SE, Manzuk MO, Nikitina NN Clasificación basada en ortogonalidad de cuadrados latinos diagonales de orden 10 // CEUR Workshop Proceedings. vol. 2267. Actas de la VIII Conferencia Internacional "Computación Distribuida y Tecnologías Grid en Ciencia y Educación" (GRID 2018). Dubna, JINR, 2018. págs. 282–287. . Consultado el 5 de enero de 2019. Archivado desde el original el 5 de enero de 2019.
  49. Vatutin E.I., Belyshev A.D., Kochemazov S.E., Zaikin O.S., Nikitina N.N., Manzyuk M.O. Sobre la reducción polinomial de problemas basados ​​en cuadrados latinos al problema de la cobertura exacta // Dispositivos optoelectrónicos y dispositivos en sistemas de reconocimiento y procesamiento de imágenes (Reconocimiento - 2019). Kursk: editorial de SWGU, 2019, págs. 62–64. . Consultado el 28 de mayo de 2019. Archivado desde el original el 28 de mayo de 2019.
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Véase también