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使用Parareal对皮肤运输进行数值模拟。 (英语) Zbl 1360.65337号

小结:在硅片研究中,皮肤渗透是一个重要但也需要计算的问题。要详细解决所有涉及的规模,不仅需要六倍的计算能力,还需要合适的并行算法。本文研究了时间并行Parareal算法在砖混结构中的适用性,这是皮肤渗透的前兆问题。C++库图书馆4PrM实现Parareal与无人值守地面传感器4仿真框架,提供空间离散化和并行化。从收敛性和加速比方面研究了该组合的性能。结果表明,区域内的各向异性和扩散系数的跳跃对拟实函数的收敛性影响很小。讨论了由于空间解算器所需迭代次数的差异以及时空弱缩放导致的时间负载不平衡的影响。

MSC公司:

2005年5月 并行数值计算
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
92-08 生物问题的计算方法
92C05型 生物物理学
92 C50 医疗应用(通用)
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参考文献:

[1] Anissimov,Y.G.,Roberts,M.S.:经皮吸收动力学的扩散模型:3。可变扩散和分配系数,对角质层深度剖面和解吸动力学的影响。药学杂志。93(2), 470-487 (2004). doi:10.1002/jps.10567·doi:10.1002/jps.10567
[2] Anissimov,Y.G.,Roberts,M.S.:经皮吸收动力学的扩散模型:4。角质层内缓慢平衡过程对吸收和解吸动力学的影响。药学杂志。98, 772-781 (2009). doi:10.1002/jps.21461·doi:10.1002/jps.21461
[3] Arteaga,A.,Ruprecht,D.,Krause,R.:基于模板的Parareal在\[C++\]++领域特定嵌入式语言STELLA中的实现。申请。数学。计算。(2015). doi:10.1016/j.amc.2014.12.055·Zbl 1411.65173号
[4] Aubanel,E.:Parareal算法中的任务调度。并行计算。37, 172-182 (2011). doi:10.1016/j.parco.2010.10.004·Zbl 1216.65124号 ·doi:10.1016/j.parco.2010.10.004
[5] 平衡,G。;Kornhuber,R.(编辑);等。,关于解偏微分方程的拟实算法的收敛性和稳定性,第40期,426-432(2005),柏林·Zbl 1066.65091号 ·doi:10.1007/3-540-26825-1.43
[6] Bylaska,E.J.、Weare,J.Q.、Weae,J.H.:《扩展分子模拟时间尺度:高级量子化学和复杂力表示的并行时间积分》。化学杂志。物理。139(7), 074114 (2013). doi:10.1063/1.4818328·doi:10.1063/1.4818328
[7] Celledoni,E.,Kvamsdal,T.:铝挤压中热-粘塑性问题的时间平行化。国际期刊数字。方法工程79(5),576-598(2009)。doi:10.1002/nme.2585·Zbl 1171.74460号 ·doi:10.1002/nme.2585
[8] Demmel,J.W.,Eisenstat,S.C.,Gilbert,J.R.,Li,X.S.,Liu,J.W.H.:稀疏部分旋转的超节点方法。SIAM J.矩阵分析。申请。20(3), 720-755 (1999) ·Zbl 0931.65022号 ·doi:10.1137/S0895479895291765
[9] Dick,B.,Vogel,A.,Khabi,D.,Rupp,M.,Küster,U.,Wittum,G.:在数值模拟代码中使用经验确定的能量最优CPU频率。计算。视觉。科学。(2015). doi:10.1007/s00791-015-0249-8
[10] Dongarra,J.等人:Exascale计算的应用数学研究。技术报告LLNL-TR-651000,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(2014)。http://science.energy.gov//media/ascr/pdf/research/am/docs/EMWGreport.pdf
[11] Elwasif,W.R.、Foley,S.S.、Bernholdt,D.E.、Berry,L.A.、Samaddar,D.、Newman,D.E.和Snchez,R.S.:依赖驱动的拟实公式:作为多任务应用程序的PDE并行时间解决方案。摘自:2011年ACM网格和超级计算机上多任务计算国际研讨会论文集,第1524页(2011年)。doi:10.145/2132876.2132883
[12] Emmett,M.,Minion,M.L.:关于偏微分方程的有效并行时间方法。Commun公司。申请。数学。计算。科学。7, 105132 (2012). doi:10.2140/camcos.2012.7.105·Zbl 1248.65106号 ·doi:10.2140/camcos.2012.7.105
[13] Falgout,R.D.,Friedhoff,S.,Kolev,T.V.,MacLachlan,S.P.,Schroder,J.B.:多重网格并行时间集成。SIAM J.科学。计算。36、C635C661(2014)·Zbl 1310.65115号
[14] Farhat,C.,Chandesris,M.:时间分解并行时间积分器:流体、结构和流体结构应用的理论和可行性研究。国际期刊数字。方法工程58(9),13971434(2003)。doi:10.1002/nme.860·Zbl 1032.74701号 ·doi:10.1002/nme.860
[15] Gander,M.J.,Vandwalle,S.:关于Parareal算法的超线性和线性收敛性。收录于:Widlund,O.B.,Keyes,D.E.(编辑)《科学与工程领域分解方法》,《计算科学与工程讲义》,第55卷,第291-298页。施普林格,柏林(2007)。doi:10.1007/978-3-540-34469-8_34
[16] Hansen,S.,Lehr,C.M.,Schaefer,U.F.:模拟人体皮肤屏障,以更好地理解皮肤吸收。高级药物递送。版本(2013)。doi:10.1016/j.地址:2012.12.002
[17] Krienbuehl,A.,Benedusi,P.,Ruprecht,D.,Krause,R.:时间平行重力崩塌模拟(2015)(准备中)·Zbl 1349.76730号
[18] Li,X.、Demmel,J.、Gilbert,J.和iL.Grigori,Shao,M.、Yamazaki,I.:SuperLU用户指南。技术报告LBNL-44289,劳伦斯伯克利国家实验室(1999)。网址:http://crd.lbl.gov/小叶/超鲁/。上次更新时间:2011年8月
[19] Lions,J.L.,Maday,Y.,Turinici,G.:PDE的“准真实”时间离散化。C.R.l’CAD公司。科学。序列号。I数学。332, 661668 (2001). doi:10.1016/S0764-4442(00)01793-6·Zbl 0984.65085号 ·doi:10.1016/S0764-4442(00)01793-6
[20] Minion,M.L.、Speck,R.、Bolten,M.、Emmett,M.和Ruprecht,D.:交织PFASST和并行多重网格。SIAM J.科学。计算。(2015). arxiv公司:1407.6486·Zbl 1325.65193号
[21] Minion,M.L.:一种混合准实谱延迟校正方法。Commun公司。申请。数学。计算。科学。5(2), 265301 (2010). doi:10.2140/camcos.2010.5.265·Zbl 1208.65101号 ·doi:10.2140/camcos.2010.5.265
[22] Mula,O.:对依赖时间的中子输运并行模拟和实时观测数据集成的一些贡献。巴黎第六大学皮埃尔和玛丽·居里大学博士论文(2014年)。https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01081601 ·Zbl 0931.65022号
[23] Naegel,A.,Heisig,M.,Wittum,G.:模拟人体角质层渗透性的二维和三维模型的比较。欧洲药理学杂志。72(2), 332-338 (2009). doi:10.1016/j.ejpb.2008.11.009。http://www.sciencedirect.com/science/article/B6T6C-4V1KMMP-1/2/b906a3a90140385ba35b48bed48fdef7 ·Zbl 1171.74460号
[24] Querleux,B.(编辑):皮肤的计算生物物理。Pan Stanford Publishing,新加坡(2014)
[25] Randles,A.,Kaxiras,E.:层流格子Boltzmann方法的时间并行近似。J.计算。物理。270, 577586 (2014). doi:10.1016/j.jcp.2014.04.006·兹比尔1349.76730 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.04.006
[26] Reiter,S.、Vogel,A.、Heppner,I.、Rupp,M.、Wittum,G.:层次分布网格上的大规模并行几何多重网格解算器。计算。视觉。科学。16(4), 151-164 (2013). doi:10.1007/s00791-014-0231-x·Zbl 1380.65463号 ·doi:10.1007/s00791-014-0231-x
[27] Rim,J.E.,Pinsky,P.M.,van Osdol,W.W.:使用均匀化方法计算具有渗透性角细胞的角质层的有效扩散系数。J.生物技术。41(4), 788-796 (2008). doi:10.1016/j.jbiomech.2007.11.011。http://www.sciencedirect.com/science/article/B6T82-4RWHXFR-2/2/bfe8e93f74d145a105071a106d6d227c
[28] Rim,J.E.,Pinsky,P.M.,van Osdol,W.W.:经皮给药的多尺度建模框架。安。生物识别。工程37(6),1217-1229(2009)·doi:10.1007/s10439-009-9678-1
[29] Ruprecht,D.、Speck,R.、Emmett,M.、Bolten,M.和Krause,R.:海报:极端尺度的时空平行性。摘自:2013年高性能计算网络、存储和分析协会会议记录,SC'13协会(2013)。http://sc13.supercomputing.org/sites/default/files/PostersArchive/tech_posters/post148s2-file3.pdf
[30] Ruprecht,D.,Speck,R.,Krause,R.:具有空间和时间相关系数的扩散问题的准实性。收录于:科学与工程领域分解方法二十二,计算科学与工程课堂讲稿,第104卷,第3-10页。施普林格,瑞士(2015)。doi:10.1007/978-3-319-18827-01·Zbl 1343.65113号
[31] Ruprecht,D.:准实函数与空间粗化的收敛。PAMM 14(1),1031-1034(2014)。doi:10.1002/pamm.201410490·doi:10.1002/上午20121410490
[32] Samaddar,D.,Newman,D.E.,Snchez,R.S.:使用Parareal算法对完全发展的等离子体湍流进行数值模拟时的并行化。J.计算。物理。229, 65586573 (2010). doi:10.1016/j.jcp.2010.05.012·Zbl 1425.76090号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.05.012
[33] Speck,R.、Ruprecht,D.、Krause,R.和Emmett,M.、Minion,M.L.、Winkel,M.和Gibbon,P.:大规模时空并行N体解算器。摘自:《高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集》,SC'12,第92:1-92:11页。IEEE Computer Society Press,Los Alamitos,CA,USA(2012)。doi:10.1109/SC.2012.6·Zbl 1443.76185号
[34] Vogel,A.、Calotiou,A.、Strube,A.、Reiter,S.、Nägel,A、Wolf,F.、Wittum,G.:UG4仿真框架每分钟10000个性能模型的可伸缩性。收录于:Träff,J.L.、Hunold,S.和Versaci,F.(编辑)Euro-Par 2015:并行处理,第519-531页。施普林格,柏林(2015)
[35] Vogel,A.、Reiter,S.、Rupp,M.、Nägel,A、Wittum,G.:UG4:一种新型灵活的软件系统,用于在高性能计算机上模拟基于pde的模型。计算。视觉。科学。16(4), 165-179 (2013). doi:10.1007/s00791-014-0232-9·兹比尔1375.35003 ·doi:10.1007/s00791-014-0232-9
[36] Wang,T.F.,Kasting,G.B.,Nitsche,J.M.:地层角质层渗透性的多相微观扩散模型。I.代表性化合物的配方、溶液和说明性结果。药学杂志。95(3), 620-648 (2006). doi:10.1002/jps.20509·doi:10.1002/jps.20509
[37] Wang,T.F.,Kasting,G.B.,Nitsche,J.M.:地层角质层渗透性的多相微观扩散模型。二、。物理化学参数估计,并应用于大型渗透率数据库。药学杂志。96(11), 3024-3051 (2007). doi:10.1002/jps.20883·doi:10.1002/jps.20883
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