|
|
Automatic scheduling, execution and monitoring of computational workflows on distributed systems
Jaroš, Marta ; Corbalan Gonzales, Julita (referee) ; Martinovič, Jan (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Rutinní automatizované vykonávání složitých výpočetních procesů, tzv. workflows, se stalo naprosto klíčovým pro dosažení vysoké produktivity v různých oblastech vědy a výzkumu. Výpočetní workflows se v posledních několika letech staly důležitou abstrakcí mnoha reálných procesů a jevů, jako např. digitálních dvojčat, personalizované medicíny či na simulaci založené vědě obecně. Vykonání workflow lze vnímat jako orchestraci mnoha úloh s různými výpočetními požadavky a vzájemnými závislostmi. Vzhledem k výpočetní složitosti reálných workflows je jejich provádění možné pouze na výpočetních klastrech nebo v cloudu, kde hraje efektivní plánování a optimalizace provedení workflows klíčovou roli. Hlavním cílem této práce je umožnit automatizované a spolehlivé vykonání výpočetních workflows. Tyto workflows se často skládají z distribuovaných úloh, které jsou schopny běžet na několika výpočetních prostředcích najednou, dokonce umožňují toto množství měnit. Anglicky se tyto úlohy nazývají moldable tasks. Množství přiřazených prostředků ovlivňuje jak dobu vykonání workflow, tak i cenu výpočtu, ovšem ne stejnou měrou díky rozdílné výpočetní efektivitě. Proto tato práce zkoumá různé přístupy k plánování a optimalizaci vykonání workflows, převážně se zabývá optimalizačními technikami založenými na genetických algoritmech. Práce představuje tři optimalizační přístupy zkoumající dynamicky i staticky přidělované výpočetních zdroje. V procesu optimalizace hraje důležitou roli výkonnostní databáze, která je průběžně vytvářena a jejíž úlohou je uchovávat paralelní škálování prováděných úloh při různých vstupech. Řídkost a neúplnost výkonnostní databáze je řešena různými interpolačními metodami. Navrhované přístupy vykazují lepší využití výpočetních prostředků a umožňují prioritizaci různých optimalizačních kritérií, např. doby provádění workflow či ceny výpočtu. Finální implementace byla experimentálně ověřena na reálných workflows vykonávaných na klastrech v národním superpočítačovém centru IT4Innovations. Tato práce rovněž představuje návrh a implementaci komplexního systému pro automatické plánování, vykonávání a monitorování workflows na výpočetních klastrech. Systém rovněž disponuje dalšími funkcemi jako jsou účtování, reportování či odolnost vůči chybám. Tento systém, zvaný k-Dispatch, byl úspěšně komercializován v oblasti ultrazvukové neurostimulace a je nabízen společností Brainbox, Ltd.
|
|
|
Approximations in Stochastic Optimization and Their Applications
Mrázková, Eva ; Horová, Ivana (referee) ; Štěpánek, Petr (referee) ; Karpíšek, Zdeněk (advisor)
Mnoho inženýrských úloh vede na optimalizační modely s~omezeními ve tvaru obyčejných (ODR) nebo parciálních (PDR) diferenciálních rovnic, přičemž jsou v praxi často některé parametry neurčité. V práci jsou uvažovány tři inženýrské problémy týkající se optimalizace vibrací a optimálního návrhu rozměrů nosníku. Neurčitost je v nich zahrnuta ve formě náhodného zatížení nebo náhodného Youngova modulu. Je zde ukázáno, že dvoustupňové stochastické programování nabízí slibný přístup k řešení úloh daného typu. Odpovídající matematické modely, zahrnující ODR nebo PDR omezení, neurčité parametry a více kritérií, vedou na (vícekriteriální) stochastické nelineární optimalizační modely. Dále je dokázáno, pro jaký typ úloh je nutné použít stochastické programování (EO reformulace), a kdy naopak stačí řešit jednodušší deterministickou úlohu (EV reformulace), což má v praxi význam z hlediska výpočetní náročnosti. Jsou navržena výpočetní schémata zahrnující diskretizační metody pro náhodné proměnné a ODR nebo PDR omezení. Matematické modely odvozené pomocí těchto aproximací jsou implementovány a řešeny v softwaru GAMS. Kvalita řešení je určena na základě intervalových odhadů "optimality gapu" spočtených pomocí metody Monte Carlo. Parametrická analýza vícekriteriálního modelu vede na výpočet "efficient frontier". Jsou studovány možnosti aproximace modelu zahrnujícího pravděpodobnostní členy související se spolehlivostí pomocí smíšeného celočíselného nelineárního programování a reformulace pomocí penalizační funkce. Dále je vzhledem k budoucím možnostem paralelních výpočtů rozsáhlých inženýrských úloh implementován a testován PHA algoritmus. Výsledky ukazují, že lze tento algoritmus použít, i když nejsou splněny matematické podmínky zaručující konvergenci. Na závěr je pro deterministickou verzi jedné z úloh porovnána metoda konečných diferencí s metodou konečných prvků za použití softwarů GAMS a ANSYS se zcela srovnatelnými výsledky.
|
|
|
Multiobjective optimization of electromagnetic structures based on self-organizing migration
Kadlec, Petr ; Prof. Hans L. Hartnagel (referee) ; Škvor,, Zbyněk (referee) ; Raida, Zbyněk (advisor)
Práce se zabývá popisem nového stochastického vícekriteriálního optimalizačního algoritmu MOSOMA (Multiobjective Self-Organizing Migrating Algorithm). Je zde ukázáno, že algoritmus je schopen řešit nejrůznější typy optimalizačních úloh (s jakýmkoli počtem kritérií, s i bez omezujících podmínek, se spojitým i diskrétním stavovým prostorem). Výsledky algoritmu jsou srovnány s dalšími běžně používanými metodami pro vícekriteriální optimalizaci na velké sadě testovacích úloh. Uvedli jsme novou techniku pro výpočet metriky rozprostření (spread) založené na hledání minimální kostry grafu (Minimum Spanning Tree) pro problémy mající více než dvě kritéria. Doporučené hodnoty pro parametry řídící běh algoritmu byly určeny na základě výsledků jejich citlivostní analýzy. Algoritmus MOSOMA je dále úspěšně použit pro řešení různých návrhových úloh z oblasti elektromagnetismu (návrh Yagi-Uda antény a dielektrických filtrů, adaptivní řízení vyzařovaného svazku v časové oblasti…).
|
|
| |
|
|
Radio Network Multiobjective Design
Víteček, Petr ; Olivová,, Jana (referee) ; Kadlec, Petr (advisor)
This thesis deals with radio network design for a chosen part of a map. Here map is represented by digital map file, which was created within the project DEM. First step is to calculate distances between points in chosen map. With help of optimization algorithms, appropriate position of transceiver in the map and parameters of radio systems are determined, also final coverage by radio signal, represented by intensity of electric field or received power in whole map. The optimization algorithm is used to find the best solution in terms of input parameters (e.g. power of transmitter, height of mast) and resulting coverage of land by radio signal.
|
|
|
Planning and Drawing Module for Matches
Jelínek, Zdeněk ; Soukup, Ondřej (referee) ; Křivka, Zbyněk (advisor)
This bachelors thesis consists of description of a design and implementation of a module for drawing tournaments in competitive sports. The goal of the module is to match competitors in such a way that the repetitions of matches are minimal and the quality of the individual matches is the best, and that each competitor plays appropriate number of matches. The worst-case asymptotic time complexity of the resulting drawing algorithm is polynomial.
|
|
|
Advanced optimisation model for circular economy
Pluskal, Jaroslav ; Bednář, Josef (referee) ; Šomplák, Radovan (advisor)
This diploma thesis deals with application optimization method in circular economy branch. The introduction is focused on explaining main features of the issue and its benefits for economy and environment. Afterwards are mentioned some obstacles, which are preventing transition from current waste management. Mathematical apparatus, which is used in practical section, is described in the thesis. Core of the thesis is mathematical optimization model, which is implemented in the GAMS software, and generator of input data is made in VBA. The model includes all of significant waste management options with respect to economic and enviromental aspect, including transport. Functionality is then demostrated on a small task. Key thesis result is application of the model on real data concerning Czech Republic. In conclusion an analysis of computation difficulty, given the scale of the task, is accomplished.
|
|
|
Mathematical models in strategic decision-making
Khýr, Lukáš ; Popela, Pavel (referee) ; Pavlas, Martin (advisor)
This master thesis deals with various mathematical models, which can be used for designing the location of collection points for various fractions of municipal waste with consideration of walking distance, economic demands and utilization of allocated capacities. Scripts for generating input datasets for applied models from basic input data, which are address points with population and GPS coordinates, is also included in the thesis. The model was implemented in GAMS and the script was written in VBA in Microsoft Excel. Model was used in case study. Results of single and multi-criteria approaches are analyzed and compared.
|
|
|
Evolutionary Optimization of the EEG Classifier Feature Extractor
Ovesná, Anna ; Hurta, Martin (referee) ; Mrázek, Vojtěch (advisor)
This work focuses on the optimisation of EEG signal classification of alcoholics and control subjects using evolutionary algorithms with a multi-objective approach. The main goal is to maximise the accuracy, sensitivity and specificity of the classification algorithm and minimise the number of features used. Four different classifiers are used, namely Support Vector Machine, k-nearest neighbors, Naive Bayes and AdaBoost. The selection of the best features is optimised using three different evolutionary approaches, two of which convert multi-objective optimisation to single-objective using weighted summation or restricting the maximum number of features. The Pareto optimal solutions are found by the NSGA-II algorithm. Results show that the evolutionary algorithms, combined with appropriate classifiers, reliably distinguish a person with a tendency to alcoholism from one with a healthy relationship towards alcohol.
|
|
|
Multiobjective portfolio optimization
Malá, Alena ; Kopa, Miloš (advisor) ; Dupačová, Jitka (referee)
The goal of this thesis is to summarize three basic principles of solving multi-objective programming problems. We focus on three approaches: a linear combination of objective functions, ε-constrained approach and a goal programming. All these methods are subsequently applied to US data. We consider monthly excess returns of ten US representative portfolios based on individual stock market capitalization of equity that serve as basic assets. Our aim is to find the efficient portfolios. Next we investigate a structure of these portfolios and their mutual relationships. Graphic representation of efficient frontiers is also included in the thesis. All calculations were performed using Mathematica software version 8.
|
guest ::
