求解旅行商问题的并行计算平台设计与实现 (2013年)

为有效提高混合优化算法对大规模旅行商问题实例的计算效果，开发了并行算法，提供了一个可视化并行计算平台，该平台可实现批量实例计算，调用Java相应的包实现SSH2协议，利用远程Linux命令实现任务提交，获取计算结果数据流，连接Excel实现计算结果统计，并将结果可视化.仿真结果表明：该方法可行，且性能优于相应的串行算法. ### 求解旅行商问题的并行计算平台设计与实现 #### 一、背景介绍 随着计算技术的发展，解决复杂优化问题的需求日益增长。旅行商问题（Traveling Salesman Problem, TSP）作为组合优化领域的一个经典难题，其求解效率直接影响到物流配送、电路板布局等多个实际应用领域的成本和效率。传统的串行算法在处理大规模TSP实例时往往效率低下，因此开发高效的并行算法成为提高TSP求解速度的关键。 #### 二、并行计算平台的设计 ##### 1. **设计目标** 为了有效提高混合优化算法对大规模旅行商问题实例的计算效果，本文提出了一种基于Java和MPI的并行计算平台。该平台不仅实现了算法的加速，还提供了一个友好的用户界面，方便用户批量处理多个TSP实例，并将计算结果可视化展示。 ##### 2. **系统架构** 本系统采用了Java Eclipse + MPI + Linux的架构，结合了Eclipse工具包提供的可视化界面设计能力、MPI的消息传递能力和Linux系统的稳定性和灵活性。 - **界面设计**：利用Eclipse工具包设计用户界面，用户可以在界面上选择数据类型、计算任务、显示计算时间以及绘制计算结果图表。 - **MPI与Linux集成**：通过SSH2协议实现客户端与远程服务器之间的安全通信，利用Linux命令来执行并行任务。 - **任务管理**：用户通过点击界面中的按钮提交计算任务，系统自动完成任务调度和结果收集。 ##### 3. **核心功能** - **并行计算**：通过MPI并行编程技术实现算法的并行化，显著提高了计算速度。 - **可视化操作**：用户可以通过简单的界面操作提交任务，并查看计算结果。 - **结果统计与可视化**：利用Excel对计算结果进行统计，并将结果以图表的形式展示，便于用户分析。 #### 三、关键技术 ##### 1. **SSH2协议** 为了确保远程任务提交的安全性，系统采用了SSH2协议。通过调用Java相应的包实现SSH2协议，用户可以在本地通过简单的操作实现远程Linux命令的执行，提交并行计算任务。 ##### 2. **MPI并行编程** 使用C+MPI并行编程语言编写并行程序。MPI作为一种广泛使用的并行编程模型，具有良好的异构环境兼容性，能够实现高效的数据通信。本文中的并行程序主要包括头文件、变量声明、程序主体等部分。 ##### 3. **结果处理** 计算完成后，系统通过获取计算结果数据流的方式，将结果传输回客户端，并利用Excel进行结果统计。此外，还提供了结果可视化功能，使得用户能够直观地理解计算结果。 #### 四、实验验证 通过对一系列TSP实例进行模拟计算，验证了该并行计算平台的有效性和优越性。实验结果显示，相比于传统的串行算法，采用本文提出的并行计算平台能够显著提升计算效率。特别是在处理大规模TSP实例时，其优势更为明显。 #### 五、结论 本文提出了一种求解旅行商问题的并行计算平台设计与实现方案。通过采用Java Eclipse + MPI + Linux的技术架构，结合SSH2协议和Excel等工具，成功实现了一个高效、易用的并行计算解决方案。该平台不仅极大地提高了计算效率，还提供了丰富的用户交互功能，为大规模TSP实例的求解提供了一种新的思路和方法。