【发布时间】:2016-04-02 20:27:10
【问题描述】:
嘿,
我正在对散射介质中的光子传输进行蒙特卡罗模拟。我正在尝试并行化它,但与串行模拟相比,很难观察到运行时间的任何性能改进
可以在下面找到蒙特卡罗代码。 Photon 类包含用于计算单个光子的传输和散射的各种方法,而 RunPhotonPackage 类针对给定厚度 L 的散射介质运行一系列光子 N。这些是目前我唯一的输入参数:
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from numpy.random import random as rand
NPHOTONS = 100000 # Nb photons
PI = np.pi
EPS = 1.e-6
L = 100. # scattering layer thickness
class Photon():
mut = 0.02
k = [0,0,1]
def __init__(self,ko,pos):
Photon.k = ko
self.x = pos[0]
self.y = pos[1]
self.z = pos[2]
def move(self):
ksi = rand(1)
s = -np.log(1-ksi)/Photon.mut
self.x = self.x + s*Photon.k[0]
self.y = self.y + s*Photon.k[1]
self.z = self.z + s*Photon.k[2]
zPos = self.z
return zPos
def exittop(self):
newZpos = 0
def exitbase(self):
newZpos = 0
def HG(self,g):
rand_teta = rand(1)
costeta = 0.5*(1+g**2-((1-g**2)/(1-g + 2.*g*rand_teta))**2)/g
return costeta
def scatter(self):
# calculate new angle of scattering
phi = 2*PI*rand(1)
costeta = self.HG(0.85)
sinteta = (1-costeta**2)**0.5
sinphi = np.sin(phi)
cosphi = np.cos(phi)
temp = (1-Photon.k[2]**2)**0.5
if np.abs(temp) > EPS:
mux = sinteta*(Photon.k[0]*Photon.k[2]*cosphi-Photon.k[1]*sinphi)/temp + Photon.k[0]*costeta
muy = sinteta*(Photon.k[1]*Photon.k[2]*cosphi+Photon.k[0]*sinphi)/temp + Photon.k[1]*costeta
muz = -sinteta*cosphi*temp + Photon.k[2]*costeta
else:
mux = sinteta*cosphi
muy = sinteta*sinphi
if Photon.k[2]>=0:
muz = costeta
else:
muz = -costeta
# update the new direction of the photon
Photon.k[0] = mux
Photon.k[1] = muy
Photon.k[2] = muz
class RunPhotonPackage():
def __init__(self,L,NPHOTONS):
self.L = L
self.NPHOTONS = NPHOTONS
def RunPhoton(self):
Dist_Pos = np.zeros((3,self.NPHOTONS))
# loop over number of photon
for i in range(self.NPHOTONS):
# inititate initial photon direction
k_init = [0,0,1]
k_init_norm = k_init/np.linalg.norm(k_init) # initial photon direction.
# initiate new photon with initial direction
pos_init = [0,0,0]
newPhoton = Photon(k_init_norm,pos_init)
newZpos = 0.
# while the photon is still in the layer, move it and scatter it
while ((newZpos >= 0.) and (newZpos <= self.L)):
newZpos = newPhoton.move()
newscatter = newPhoton.scatter()
Dist_Pos[0,i] = newPhoton.x
Dist_Pos[1,i] = newPhoton.y
Dist_Pos[2,i] = newPhoton.z
return Dist_Pos
我运行以下串行代码来记录不同层厚度长度和给定光子数的位置直方图。
import time
tic = time.time()
dictresult = {}
for L in np.arange(10,100,10):
print('L={0} m'.format(L))
Dist_Pos = RunPhotonPackage(L,10000).RunPhoton()
dictresult['{0}'.format(L)]=Dist_Pos
toc = time.time()
print('sec Elapsed: {0}s'.format(toc-tic))
然后运行:
sec Elapsed: 26.425330162s
当我尝试使用 ipyparallel 并行化代码时:
import ipyparallel
clients = ipyparallel.Client()
clients.ids
dview = clients[:]
dview.execute('import numpy as np')
dview.execute('from numpy.random import random as rand')
dview['PI'] = np.pi
dview['EPS']= 1.e-6
dview.push({"Photon": Photon, "RunPhotonPackage": RunPhotonPackage})
def RunPhotonPara(L):
LayerL = RunPhotonPackage(L,10000)
dPos = LayerL.RunPhoton()
return dPos
tic = time.time()
dictresultpara = []
for L in np.arange(10,100,10):
print('L={0}'.format(L))
value = dview.apply_async(RunPhotonPara,L)
dictresultpara.append(value)
clients.wait(dictresultpara)
toc = time.time()
print('sec Elapsed: {0}s'.format(toc-tic))
它运行于:
sec Elapsed: 55.4289810658s
所以时间增加了一倍多!!!我在具有四个内核的 ubuntu 32 位上运行它,并使用 ipcluster start -n 4 在 localhost 上启动一个控制器和 4 个引擎。我期望并行化代码的运行时间大约是运行串行代码的 1/4,但显然它不会。
为什么会这样以及如何纠正它?
感谢您的任何建议。
格雷格
【问题讨论】:
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这是
embarrassingly parallel,所以应该很简单。跑一下,单机13秒,4核0.63秒,也没有意义。 (Win10、Anaconda 安装) -
这就是我的想法。我在 Windows 7、anaconda 安装、8 核上运行它,串行仿真为 18 秒,并行 8 核为 28 秒。将 RunPhotonPackage 定义为:类 RunPhotonPackage(object) 时出错。删除对象使代码运行。我编辑并更正了我的问题。
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嗯,仍然串行 12 秒,4 核并行 0.3-0.5 秒,即太快了。但我实际上并没有阅读您的代码或查看输出。
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运行第一个脚本时输出有错误。现在应该可以正常运行了。
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好的,我得到 12 秒的单次运行和约 13 秒的并行运行,现在这很有意义。
标签: python serialization parallel-processing montecarlo