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摘要：本发明公开一种基于快速矩阵分解法的近海气候预测方法和装置。使用已有基于Matern核函数高斯随机场模型以及收集到近海气候物理数据，对该区域的任意空间点位进行物理值预测；使用OpenMP来生成任务依赖图并按依赖顺序调度其中的分解任务；使用MPI来控制矩阵分块后，然后进行不同进程间的非阻塞通信。本发明提出一种全新的MPI+X范式，既可运行在分布式环境中，也可使用原生的OpenMP任务模型进行编程，多线程执行通信有效提升大规模分解算法运行效率。本发明提出一种分布式环境下全新的二维数据布局，平衡分布式分解算法中各进程上负载；分摊计算量较高的任务到不同进程上，从而降低分解算法的通信开销，并提升效率。

主权项：1.一种基于快速矩阵分解法的近海气候预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：各进程对数据进行划分，并计算任意位置之间的距离；具体是：1-1获取待预测位置的坐标数据矩阵L1、观测位置的坐标数据矩阵L2以及对应的观测物理值向量Z2；1-2配置多个基于MPI通信的MPI进程，各进程结合改进的二维数据布局，根据进程数对步骤1-1数据分布进行划分，各进程会分到若干个矩阵块；1-3根据L1和L2，结合公式1各进程分别计算出任意两个观测位置之间的距离矩阵D1以及所有观测位置和待预测位置之间的距离矩阵D2；其中距离矩阵计算方式如下所示： 其中E函数为标准欧氏距离计算函数，x1,y1、x2,y2为两个任意位置的坐标经纬度；步骤2：利用基于Matern核函数高斯随机场模型，各进程获取任意位置之间观测值的相关性；具体是：所述基于Matern核函数高斯随机场模型中Matern核函数如下： 其中θ1代表方差，θ2代表空间范围，θ3代表平滑度，γ代表标准gamma函数，K代表根据平滑度θ3修正后的贝塞尔曲线函数；基于Matern核函数的协方差矩阵计算方式如下所示： 其中Σ矩阵中对角线位置元素为θ1，非对角线位置元素为任意位置之间Matern核函数的计算结果；对步骤1获得的距离矩阵D1和D2，根据公式2-3分别得到两组协方差矩阵∑1和∑2；步骤3：各进程结合两组协方差矩阵∑1和∑2，求解预测物理值向量Z1；具体是：3-1根据克里金法，获取预测物理值向量Z1计算公式： 3-2取Z1*∑2-1＝X，然后对上述公式4建立对称正定线性系统Σ1*X＝Z2，求解X；具体是：1分布式低秩Cholesky分解S11：初始化MPI，并指定MPI启动参数为MPI_THREAD_MULTIPLE，使得每个进程中同时启用OpenMP多线程进行独立的非阻塞通信；上述多线程包括一个主线程和多个从线程；主线程负责创建所有任务，并生成任务依赖图；在主线程工作任务的同时，其余空闲从线程会自动根据任务依赖图到OpenMP任务队列中获取可执行任务进行绑定并执行；其中OpenMP任务队列中包括分解任务、压缩任务、三角求解任务、尾更新任务、通信任务；所述任务依赖图中的图节点为OpenMP任务队列中的各任务，两图节点的边为两任务的前后依赖关系；S12：某一进程选取某线程执行分解任务，具体在对角线块上采用标准型Cholesky分解；S13：当前从线程执行完分解任务后，由所有进程的线程进行通信任务同步，接着释放通信任务的依赖；然后执行分解任务后的进程选取任意一个从线程执行通信任务，将Cholesky分解结果发送给对应进程；在通信任务中，为非阻塞通信任务设置显式线程调度点；当线程执行发送或者接收操作后遇到调度点时，会暂停当前任务的执行，并切换到OpenMP任务队列中其他可执行的任务；等当前线程再次可调度时，回到调度点处继续执行原来的任务；调度前通过MPI进行通信情况的测试，线程会轮询通信情况并判断需要调度或者继续完成任务；S14：在每次循环的步骤S12后，由各进程选取某从线程依次执行压缩任务和三角求解任务；S15：当前从线程执行完三角求解任务后，由所有进程的线程进行通信任务同步，并释放通信任务的依赖；然后执行过低秩三角求解的进程将两个低秩矩阵和对应矩阵秩，发送给对应进程；S16：各进程选取某从线程对所有尾矩阵块进行尾更新任务；S17：返回步骤S12，直到进入最后一个循环并对最后一个矩阵块完成分解任务；2基于Cholesky分解结果的正反向传播S21：获得上述步骤1分布式低秩Cholesky分解结果；初始化MPI，并指定MPI启动参数为MPI_THREAD_MULTIPLE，使得每个进程中同时启用OpenMP多线程进行独立的非阻塞通信；上述多线程包括一个主线程和多个从线程；主线程负责创建所有任务，并生成任务依赖图；在主线程工作任务的同时，其余空闲从线程会自动根据任务依赖图到OpenMP任务队列中获取可执行任务进行绑定并执行；其中OpenMP任务队列中包括三角求解任务、向量更新任务、通信任务；S22：某一进程选取某从线程对对角线块进行三角求解任务；当前从线程执行完三角求解任务后，由所有进程的线程进行通信任务同步，并释放通信任务的依赖；然后执行过三角求解的进程将求解结果，发送给对应进程；该通信任务的实现方式同步骤S13；S23：各进程选取某一线程对矩阵块进行向量更新任务；S24：返回步骤S22，直到进入最后一个循环并求解出最后一个对角线块解向量；3主进程收集其他进程上的解向量，组合成一个完整解向量；步骤4：主进程利用完整解向量，根据标准矩阵乘法计算预测物理值向量Z1＝Σ2*X，即为近海气候预测值。

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