文档

目录

介绍

ALSVID-UQ是不确定性的多级蒙特卡罗有限体积解算器高达3维的双曲守恒律系统的量化。
代码是以高效的模块化形式编写的，因此扩展代码相对容易。

如果您有一些建议或想报告错误，请联系我：jonas.sukys@sam.math.ethz.ch

安装

要求

您需要有一个C++编译器（GCC可以工作，但不一定会生成最快的可执行文件）。

您需要安装最新版本的蟒蛇（2.5或更高版本）。要使用捆绑的脚本来显示输出，您还需要numpy公司和马特普洛特利布包装。

用于使用多个CPU内核或群集并行运行ALSVID-UQ安装MPI库实现所需的计算机，（例如开放MPI).

这些软件包中的许多都将被安装或预构建以安装在任何最新的Linux发行版上（例如Debian和Ubuntu在其软件包数据库中都有上述内容）。
这些软件包的MacOS X发行版可从其网页上获得，并且易于安装（也许除了MayaVi）。
我们没有尝试在Windows下运行ALSVID-UQ，但所有这些软件包的版本都是可用的，所以这应该是可能的。

下载和安装

从下载最新版本的ALSVID-UQhttp://www.sam.math.ethz.ch/alsvid-uq/downloads.html,并解压缩.tar.gz文件。
对于串行（1核）模拟，无需再进行安装。

测试模拟

对于简单的MLMC-FVM测试，运行（在终端中）：

cd alsvid-uq/运行蟒蛇/make.py型号：orszagtang ML=4 L=2

这将在二维中用随机扰动的初始磁场建立并运行Orzag-Tang涡旋。
可以使用包含的脚本将结果可视化：

蟒蛇-我/绘图.py

然后，在Python提示符中键入：

r=运行（）r.plot（欧盟RHO）

编译和运行

“make.py”脚本用于构建和运行代码。
该脚本计算出特定运行需要哪些源文件，并只将这些文件编译为可执行文件。
make过程比普通软件更复杂，因为为了提高效率，运行的所有设置都是在编译时指定的。
这意味着每次新的运行都需要一个新的编译，但在不到10年的计算机上，这不会花费很长时间。

该脚本将在当前目录中生成两个文件：
1） 可执行文件'alsvid-uq'
2） 配置文件“config.py”包含用于此运行的替代项和参数
脚本选项'--姓名“”可用于设置不同的名称，而不是“config.py”。

运行可执行文件（除非另有规定，否则由脚本完成）将至少再生成三个文件：
文件名 描述 何时生成
输出.dat 一个二进制文件，包含每个保存的时间步长的保守变量和额外变量的平均值 总是
时间.py 包含生成输出的时间 总是
运行时.py 包含模拟的运行时（对于MPI运行，有几个条目可用） 总是
变量输出.dat 是一个二进制文件，包含每个保存的时间步长的保守变量和额外变量的方差 仅适用于随机模拟（L>0或ML>1）
样品.py 包含用于每个网格级别的采样数 总是
平衡器.txt 包含每个多采样器的估计负载（格式化表格） 仅用于并行模拟
平衡器.dat 包含每个多采样器的估计负载（python列表） 仅用于并行仿真
装载.dat 包含每个多采样器的估计负载（python列表） 仅用于并行仿真和估算_负荷=1，即对于balacer：自适应
历史数据.py 包含直方图数据 只为组织结构=1

上述文件的默认名称也由脚本选项“--姓名'.
如果参数WRITE_LEVEL_DATAFILES=1，然后还生成每个网格分辨率级别和类型（0或1）的MC-FVM估计的输出文件。
文件夹'平衡器.txt'和'平衡器.dat'在模拟开始之前生成，并可用于分析失败的运行。

选择

运行ALSVID-UQ可用的替代方案主要有（与问题相关的）“方程式”、“通量”、“模型”、“求解器”、“空间”、“统计”和（与实现相关的）“rng”、“multi”、“balancer”。
这些选项选择要编译的源代码文件。
“通量”、“模型”和“求解器”备选方案的可用选择取决于为“方程”选择的备选方案。
还有一些特定于方程的替代方案，例如“地形”和“材料”。

要查看每个备选方案的所有可用值的列表，请使用--询问脚本选项。
下表提供了每个备选方案的简要说明：
备选方案 解释 示例 违约
方程式 要模拟的守恒定律（选择守恒变量）。 mhd、euler、sw、burgers、平流、波浪、bl 磁流体动力学
通量 指定流量是：确定性（'det'）还是随机性。
取决于“方程式”。		 欧拉：规格
bl（黑色）：渗透率、扰动、粘度
汉堡：kl，kl-exp，扰动		 det（探测）
模型 指定要运行的模型，即：
域大小、初始数据、边界条件、时间范围。
取决于“方程式”。		 多种型号可选；使用--询问脚本选项 取决于“方程式”
统计数据 指定要计算的统计估计。 平均值、平均值var、平均-方差、平均峰度、平均-var函数、平均值ar-不稳定、直方图、阈值sw（方程：仅sw） 均值-方差
解算器 指定要用于模拟的解算器。取决于“方程式”。 欧拉：hll3，hll3L
磁流体动力学：hll3，hll3L，hll3GR，hll5
开关：ec、es-roe、es-rusanov
波动：fdm（分钟）		 hll公司
空间 指定空间和时间的实现。 第一个订单：o1，o1fdm
第二个订单：o2central、o2minmod、o2eno、o2enof、o2eno、o2enof、o2ecminmod、o2ecno
第三个订单：o3weno、o3wenof、o3norec		 o1号机组
天然气 指定随机数生成器。 512a井、19937a井、mt19937井、lcg井 512a井
地形 [仅适用于方程式：sw]指定底部地形。 平坦、海岸、凸起、凸起2d、hr、hr-iso、hr2d、hr2d-iso 平的
材料 [仅适用于方程：波浪]材料系数。 const，logn-kl，logn-kl2d，logn-kl2d-int，logn-kl3d-int，logn-fft（-mpi），logn-fft per（-mpi），logn-fft per int（-mpi），logu-kl，多层，黎曼 常数

在命令行上用“：”符号指定替代项，即。

蟒蛇/make.py方程：mhd模型：orszagtang解算器：hll3空间：o2weno

参数

也可以设置一些参数。
其中一些是针对所做的替代选择（尤其是“模型”），而有些则适用于所有跑步项目。

要查看所有可用参数的列表，请使用--询问脚本选项。
下表提供了每个参数的简要说明：
参数 违约 解释
（FVM部分）
西北、纽约、新西兰 1 X、Y和Z方向上的单元格数
紧凑型荧光灯 0.9 用于选择时间步长的CFL编号
保存0 0 求解的快照，t=0？
NSAVES公司 1 要保存的解决方案的快照数
初始_ ATA_标定 1 初始数据的缩放
初始_ ATA_偏移 0 初始数据的偏移（缩放后应用）
（MLMC部分）
毫升 1 MC样品的数量（如果L=0）或最高级的样品数量（如果L>0）。如果设置为“-1”，则从文件中读取样本数ML.txt文件.
L（左） 0 级别为0、1、…、的多级MC的最高级别数。。。，L.将L=0设置为使用ML样本的常规MC。
USE_OPTIMAL_NUMBER_OF_样本 0 使用渐近优化（而不是平衡）的样本数（删除误差收敛估计中的对数项）。
读取样本源文件 0 从文件samples_file中读取每个级别的样本数。
样本_编号_文件 “Ml.txt” 应从中读取每个级别的样本数的文件。
平滑_解决方案 0 解决方案是否平滑（连续）？如果不是，有效的FVM收敛速度是形式精度阶的一半（并且永远不会大于1）。
计算机_变更 1 是否应计算方差？
RUN_NUMBER（运行编号） 0 用于在执行多个运行以计算某些平均数量时随机化运行：错误、运行时等。
样本_偏移 0 仅使用samples_OFFSET之后的样本。（容错分析所需）
美国_主要_种子 0 在播种PRNG之前，将种子映射到质数数组
PRIME_SHIFT（主换档） 0 质数种子数组中的移位
（输出自定义）
打印_t 1 打印所有模拟时间和时间步
写入数据文件 1 写出数据文件（*.dat）
写入级别数据文件 0 写出每个MLMC级别和类型的数据文件（*.dat）
数据_路径 "" 数据文件的路径（*.dat）
（特定于方程式）
鲍威尔 1 [仅适用于方程式：mhd]设置为0以关闭Powell-Gudenov源项。hll2解算器始终表现为POWELL=0。
防泄漏（_A） 1 [仅适用于方程：sw]“hr”和“hr2d”底部地形的抗锯齿
粘性的 0 [仅适用于方程式：汉堡]启用粘度
粘度 1e-3号机组 [仅适用于方程式：burgers]设置粘度值

参数在命令行上用“=”符号指定，即。

蟒蛇/make.py方程：mhd模型：orszagtang NX=256 NY=256

脚本选项

可以使用以下选项修改make.py脚本的行为：
脚本选项 解释
-a、 --询问 告诉脚本向用户查询备选方案的值。如果此选项出现两次，则脚本也会向用户查询参数值。
-c文件，--config=file 指定一个配置文件，用于指定要用于运行的备选方案和参数。命令行上指定的替代项和参数将覆盖这些选项。
-g、 --调试 告诉编译器生成适合于调试器使用的输出。
-n名称，--名称=名称 修改生成的文件的名称以包含此名称。如果要将多个运行的结果存储在单个目录中，则非常有用。
-r、 --重新运行 使用现有的config.py配置文件。请参见-c选项。
-x、 --诺伦 仅编译。不要运行生成的可执行文件。
-s、 --模拟 模拟“make”（无实际编译或运行）。
-q、 --安静 安静运行：不要将信息写入标准输出。
-v、 --详细 显示参数值、编译器输出和作业提交查询。
-l、 --日志 将输出记录到文件。

编译器

如果您希望使用GCC以外的编译器，那么您应该在与'制作.py'打电话'本地.py'.
复制中的一个示例文件'配置'目录，并根据您的需求修改它（如果需要）。

并行模拟

对于在多核计算机和集群上运行大型模型，ALSVID-UQ支持并行运行。
要使用此功能，您应该为“多个”备选方案。
目前唯一可用的是MPI实现'多：mpi'。为此，需要MPI库。
MPI标准有几种实现。ALSVID-UQ已通过OpenMPI测试。

对于并行模拟，可以使用几种负载平衡算法，方法是指定'平衡器'备选方案。
目前，'平衡器：静态'和'平衡器：自适应'都是并行的。

自适应负载平衡的开销稍大，但更普遍，并允许相同采样器的不同并行配置：
对于小样本，区域分解并行化被MC并行化取代，强制执行指定的最小CELLS_PER_CORE这样大大提高了效率。
自适应负载平衡器是贪婪负载平衡算法的推广，适用于执行速度不均匀的工人，
ans基于关于每个时间步长的先验FVM工作估计的综合知识（如静态）以及计算（可能是随机的）时间步长（基于CFL）。

以下参数用于并行运行：
参数 违约 解释
MULTIX公司 1 在X方向使用的进程数
MULTIY公司 1 在Y方向使用的进程数
MULTIZ公司 1 Z方向上要使用的进程数
MULTIM公司 1 “采样器”的数量（处理器组计算一系列样本）
多分辨率 0 要使用的进程总数（如果指定，则忽略MULTIX、MULTIY、MULTYZ和MULTIM）
确保并行性和可复制性 1 确保最终结果不依赖于并行化配置或负载平衡（可能会降低效率）

备注：多核>0与不兼容'平衡器：静态'.
备注：即使确保并联可重复性=0，如果没有修改参数，则始终确保再现性。

配置

在MPI模式下运行需要更多配置，而在单进程模式下运行则不需要这些配置。必须向'本地.py'配置文件。
首先，必须添加一个编译器规范，指定在何处查找MPI库，或者使用编译器的MPI前端（mpiCC）。
其次，在超级计算机和集群上，通常使用作业队列系统，并且需要一个脚本文件来指定作业。
make脚本'制作.py'将根据提供的模板生成合适的文件。
第三，需要指定用于运行MPI版本的命令。直接运行可执行文件将不起作用。
此命令可以是“mpiexec”或“mpirun”，也可以是将作业提交到作业队列的命令。
由于这些细节在很大程度上取决于所使用的MPI实现以及所运行系统的其他方面
（例如，正在使用的作业队列管理软件），此信息不能与ALSVID-UQ一起提供，但必须为每个系统指定。
各种类型的示例'本地.py'文件位于'配置'目录，其中一个最能满足你需求的应该被复制和修改。

配置文件已可用（请参阅'配置'目录）用于以下群集：
姓名 描述 文件名
本地（Linux） GNU编译器和调试器 gnu本地.py
布鲁特斯（苏黎世联邦理工学院） GNU编译器和调试器 布鲁图斯·洛卡尔.py
罗莎（CSCS卢加诺） GNU编译器和调试器、CrayPat探查器 rosa-gnu-craypat-local.py公司
罗莎（CSCS卢加诺） 英特尔编译器与调试器、CrayPat探查器 rosa-icc-craypat-local.py公司
罗莎（CSCS卢加诺） PGI编译器和调试器、CrayPat探查器 rosa-pgi-craypat-local.py公司
罗莎（CSCS卢加诺） CCE编译器和调试器、CrayPat探查器 rosa-cce-craypat-local公司
托迪（CSCS卢加诺） GNU编译器和调试器、CrayPat探查器 todi-gnu-craypat-local.py公司
托迪（CSCS卢加诺） 英特尔编译器与调试器、CrayPat探查器 todi-icc-craypat-local.py公司
托迪（CSCS卢加诺） PGI编译器和调试器、CrayPat探查器 todi-pgi-craypat-local.py公司
托迪（CSCS卢加诺） CCE编译器和调试器、CrayPat探查器 todi-cce-craypat-local公司

作业提交的脚本选项

脚本选项 违约 解释
-w、 --墙壁时间 1 预期运行时数（小时），或者HH。MM表示小时和分钟（MM以59为界）
-m、 --存储器 1024 每个内核所需内存（RAM）的数量（MB）
-t、 --佩蒂尔 32 每个节点的核数（当每个核需要更多内存（RAM）时很有用）
-p、 --配置文件 - 启用分析
-o、 --xopts - 指定作业提交的额外选项

的自定义（依赖于群集）默认值-宽-米-吨可以在中指定'本地.py'文件。

并联输出

而不是只生成一个'输出.dat'文件，并行运行会为每个进程生成一个文件。
这些进程的坐标由“”分隔附加到输出文件名。

有一个python脚本（需要numpy），可以将这些脚本组合成一个二进制文件：

蟒蛇/组合.py

将合并运行中的输出文件--姓名提供脚本选项，以及：

蟒蛇/组合.py myrun

如果“我的跑步”以名称的形式给出--姓名脚本选项。

这些命令假定当前目录包含输出文件，并且是ALSVID-UQ主目录的下一级目录，例如，在run子目录中。
Combine使用由编写的配置文件中的信息'制作.py'.

绘图

文件中提供了所有可用绘图例程的概述'绘图.py'.
脚本可用于：

脚本'绘图.py'可以使用以下命令运行：

蟒蛇-我/绘图.py

这假设您在主ALSVID-UQ目录下一级，并且在所有模拟数据所在的目录中。
脚本将运行配置加载到名为“r”并留下一个Python提示符。

如果您使用了“--名称”选项，则应将您使用的名称指定为例程的参数'运行（）':

r=跑步（“myrun”）

如果要比较多个运行，这尤其有用，可以将它们加载到不同的Python变量中（而不是“r”).

要根据结果绘制图形，可以使用“绘图”例行程序：

均方根曲线（mhd.RHO，5）

这将绘制第五次快照时MHD方程（方程：MHD）的密度（RHO）（前提是参数“NSAVES”大于5）。
有关可以从输出文件加载并绘制的变量的完整列表，请参阅文件'变量.py'.
如果运行是1d运行，它将是1d绘图；如果运行是2d运行，这将是2d绘图；而如果运行是3d运行，那将是3d绘图。
如果需要，绘制参数'切割切片'可用于从2d或3d图中获取1d图，从3d图中获得2d图。
如果未指定快照编号，则使用最终快照（在最后一次）。

为了在相同的绘图（仅适用于1d和2d绘图），可以使用

r.plot0（mhd.RHO）

要将绘图保存到文件，可以将文件名指定为“绘图”和'绘图0'日常工作：

r.plot（mhd.RHO，save='RHO_final.png'）

可以使用其他几种输出格式（如PDF）。文件扩展名指定格式。
有关已识别格式的完整列表，请参阅matplotlib文档。

还可以将一个变量的值加载到Python数组中（快照编号为必修的在这种情况下）：

rho=r.var（mhd.rho，5）

下面，我们提供了一些非直观参数的表，
其可以在一些绘图例程中使用。
有关参数的默认值，请参阅'绘图.py'脚本。
参数 描述 例子
程度 指定值的范围 [最小值，最大值]
剪切_切片 在坐标“dir”的位置“pos”处剪切一个切片 {'dir'：'x'，'pos'：'0.1'}或{'dir：'x]，'pos：'0.1'，'dir2'：'z'，'pos2'：'0.6'}
看法 设置三维打印中的指定视图 {方位角：45，标高：10，距离：1.5}
轮廓_水平 指定等高线图的计数值 [3, 5.6, 7, 9.1, 10]
削减 剪辑一个（或两个）三维图，以便观察内部结构 {“原始”：（0.5，0.5，0.5），“法线”：（（0,0,1），（0,1,0）或无，无）}
突出 在三维打印中高亮显示具有指定值的轮廓 （突出显示平均值，突出显示变量）

一维和二维绘图

这个'脚本/plot1d.py','脚本/plot2d.py'和'脚本/plot2_histograms.py'脚本使用numpy和matplotlib包。

三维绘图

3d打印有三个主要后台：MayaVi、VisIt和Paraview。相应的脚本是'脚本/plot3d_mayavi.py','脚本/plot3d_visit.py'和'脚本/plot3d_paraview.py'.所选后端必须在中指定'local_visualization.py'文件。

已有几个（可视化）配置文件可用（请参阅'配置'目录）：
姓名 描述 文件名
本地（Linux） 玛雅维 本地mayavi_可视化.py
本地（Linux） 签证 本地访问可视化.py
艾格（CSCS卢加诺） 签证 eiger-visit-local可视化.py

对于所选的三维可视化后端，可以通过以下方式在plot命令中指定所需的（并行的、特定于后端的）引擎

rho=r.var（mhd.rho，发动机=发动机（4,2））
其中可以使用相应的功能生成所需的引擎'获取引擎（）'在中'local_visualization.py'文件。

其他绘图例程

可以在文件中找到用于一系列实验的（误差、缩放）分析的附加绘图例程'errorplot.py'.
脚本可用于：
其他打印例程可用于处理仿真信息：
例行程序 解释
plot_inbalance（） 绘制负载平衡结果，包括理论值和测量值
plot_loads（） 绘制每个样本的估计负载，仅适用于估算_负荷=1

自定义打印

一旦模拟成功完成，模拟结果将存储在二进制文件中，以及一些ASCII元文件。
二进制文件可能非常大，这取决于您所要求的分辨率和您希望保存的时间步数。
运行的参数也会被保存，通用工具可以使用这些参数来了解二进制文件中数据的布局。

如果您希望使用自己的工具处理输出，您应该了解以下内容：

示例

串行MC运行

蟒蛇/make.py方程：欧拉模型：sod-shock-tube ML=16

串行MLMC运行

蟒蛇/make.py方程：欧拉模型：sod-shock-tube ML=16 L=2

并行MC运行

蟒蛇/make.py方程：euler模型：sod-shock-tube multi:mpi MULTIX=2 MULTIM=4 ML=16

并行MLMC运行

蟒蛇/make.py方程：euler模型：sod-shock-tube multi:mpi MULTIX=2 MULTIM=4 ML=16 L=2

二阶空间近似下的MLMC运行

蟒蛇/make.py方程：欧拉模型：sod-shock-tube空间：o2weno ML=16 L=2

启用下采样的MLMC运行

蟒蛇/make.py方程：欧拉模型：sod-shock-tube DOWNSAMPLE=1 ML=16 L=2

延伸ALSVID-UQ

我建议复制和修改模型、通量等的现有文件。
请记住几句简短的话：