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粒子系シミュレーションにおける高速化のメモ

個人的なチェックリスト

1. まずは普通にコードを完成させる
   • MDなら、NVEで時間発展させて全エネルギーの保存を確認し、コードにバグがないことの確信を得る
     • 全エネルギーの揺らぎが、運動エネルギー・ポテンシャルエネルギーの揺らぎと比べて、2桁程度以上小さければOK
   • MCなら、MSDなどを計算して、自分のコードのダイナミクスと先行研究に齟齬がないことを確認する（その他の方法だと、サンプルした配置のポテンシャルの比較？）
   • この段階では、高速化の諸々を先取りするといった余計なことはしない
   • まずは、とにかく素直に正しいコードを書き終える方が、作業は結局速く終わる（経験上）

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C++で format する

Pythonでは文字列操作が format で簡単にできる。

print("ゼロ埋め {:05d}".format(99))
# output: ゼロ埋め 00099

print("指数表記 {:.2e}".format(3.14))
# output: 指数表記 3.14e+00

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私の研究分野では、実対称行列の固有値と固有ベクトルを求めることが多い。 固有値問題は最も基本的な数値計算であり、様々なパッケージが簡便に利用できる。 ここでは、C++のライブラリであるEigenを使って実対称行列の固有値を求める方法を、備忘のためにまとめる。

インストール

$ cd /home/shiraishi/.local
$ curl -O "https://gitlab.com/libeigen/eigen/-/archive/3.4.0/eigen-3.4.0.tar.gz"
$ tar xf eigen-3.4.0.tar.gz
$ mv ./eigen-3.4.0/Eigen ./include

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cmake_minimum_required(VERSION 3.13)

project(test_cmake CXX)

add_executable(a.out main.cpp)

target_include_directories(a.out PRIVATE /home/shiraishi/.local/include ${MKLROOT}/include)
target_link_directories(a.out PRIVATE /home/shiraishi/.local/lib ${MKLROOT}/lib/intel64)

target_compile_options(a.out PRIVATE -O3 -inline-forceinline -xCORE_AVX512 -DMKL_LP64)

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cmake_minimum_required(VERSION 3.13)

project(test_cmake CXX)

add_executable(a.out main.cpp)

target_include_directories(a.out PRIVATE /home/shiraishi/.local/include)
target_link_directories(a.out PRIVATE /home/shiraishi/.local/lib)

target_compile_options(a.out PRIVATE -O3 -xCORE_AVX512)

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研究室の計算機でMPI並列するには

研究室の計算機クラスタでは、1つのノード内で24コア程度のCPUが使える。 単一ノード内の並列計算ならば、Open MPを使って比較的簡単にコード開発・実行が出来るが、並列数に制限がある。 これを越える並列数で計算するため、MPIの使い方のメモを残しておく。 MPI的に正しい書き方・術語である自信はないので、鵜呑みにせず各自で勉強してほしい。

プログラムを書く

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# Your .skk-record location
filename = '~/.skk-record'

import os
import datetime as dt
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.dates as mdates

filename = os.path.expanduser(filename)
f = open(filename)

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#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <iomanip>

int main() {
    std::stringstream ss;
    for (int i=0; i<15; i++) {
        ss << std::setw(2) << std::setfill('0') << i;
        std::cout << ss.str() << std::endl;

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#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <sstream>

int main() {
    int t = 58;
    std::ostringstream ss;
    ss << std::setw(5) << std::setfill('0') << t;
    std::cout << ss.str() << std::endl; // -> '00058'
}