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SC²S Colloquium - April 27, 2016

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Date: April 27, 2016
Room: 02.07.023
Time: 3:00 pm, s.t.

Christian Thieme: Implementierung einer Sensorik für virtuelle Fußgänger im Kontext der agentenbasierten Modellierung und Simulation

Für ein bereits bestehendes agentenbasiertes Programm zur Modellierung und Simulation von Fußgängerdynamiken, sollen zusätzliche Funktionen in einem Modul bereitgestellt werden. Das Simulationsprogramm hat den Namen Anylogic und basiert auf der Programmiersprache Java. Das Ziel der Modulentwicklung ist für die Agenten der Simulation (z.B. Besucher einer Eventveranstaltung) verschiedene sensorische Fähigkeit zu implementieren. Die Sensorik hat das Ziel externe Stimuli einzufangen, die das Verhalten des Agenten beeinflussen. Sensorische Informationen sind Umgebungsinformationen, welche ein Agent innerhalb einer Simulation zum aktuellen Zeitpunkt der Simulation wahrnehmen kann. Beispielsweise wäre die Anzahl von Personen, die sich zu einem Zeitpunkt innerhalb von zehn Metern Entfernung um den Agenten herum aufhalten, eine sensorische Information. Diese für jeden Agenten abrufbaren Funktionen werden genutzt, um insbesondere die Aktionsauswahl des Agenten zu beeinflussen.


Jean-Matthieu Gallard: Improvements, implementation and evaluation of the FFT acceleration of the Fast Multipole Method

The Fast Multipole Method is a numerical simulation algorithm to compute long range interactions in the N-body problem with a linear time complexity. To achieve this the particles are aggregated into Multipole and Local expansions and numerous long range particle-to-particle interactions can be replaced by one Multipole-to-Local (M2L) operation. Each M2L can be expressed as a two-dimensional convolution of px2p matrices and, therefore, be accelerated from its O(p^4) complexity. Using the convolution theorem and the Fast Fourier Transform (FFT), M2L can be performed in Fourier Space as an entry-wise product in O(p^2).

This thesis focuses on implementing and improving a self-contained FFT acceleration module for the M2L that can be plugged in any FMM implementation and adapt to multiple configurations. To do so, the default implementation of the FFT acceleration is improved with vectorization, a specialized FFT tailored to the M2L operation and a two-way M2L algorithm. The module is also expanded to be able to go beyond the limitation of the default implementation via block and advanced-block decomposition schemes. Order reduction heuristics were also investigated. Each acceleration scheme was evaluated to determine the best one for different use cases.

The module was tested on the molecular dynamics simulation software ls1 mardyn. For orders of the expansions between 5 and 31, M2L was sped-up by factors 20 to 66, resulting in a speed-up of the whole FMM part by factors 1.8 to 4.7.