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ALPSize Your Codes
Alpsize-00 用户代码 ALPSize

Alpsize-00 用户代码 ALPSize

ALPSize 简介

通过使用 CMake 进行打包并与 ALPS 库链接，您可以以最少的配置使用 Parameters 和 Alea 等 ALPS 调度器功能。使用 ALPS 调度器具有以下优点：

  • 无需额外代码即可实现参数并行化。
  • 同一个可执行文件可在笔记本电脑、集群服务器或超级计算机上运行。
  • 内置结果汇总与后处理功能。
  • 对已并行化的代码进行多级并行化也很简单。
  • 提供副本交换法等高级方法的现成适配器。

教程

以下各步骤对应 ALPSize 教程包中的一个子目录。 请按顺序完成，每个步骤都以前一步骤为基础构建。

使用 CMake 打包

00_cmake — 通过编译并运行一个最小的 “hello world” 程序，验证 CMake + ALPS 构建系统已正确配置。

$ cmake .
$ make
$ ./hello

用 C 语言实现 Wolff 算法

01_original-c — Wolff 团簇算法的纯 C 实现，不使用任何 ALPS 或 C++ 特性，作为基准版本。

$ cmake .
$ make
$ ./wolff

用 C++ 语言实现 Wolff 算法

02_basic-cpp — 将 C 代码转换为惯用 C++：将 <math.h> 替换为 <cmath>，使用 std:: I/O，并采用 C++ 注释风格。

  • 将 <math.h> 替换为 <cmath>（其他 C 头文件同理替换为对应的 C++ 版本）

  • 使用 std 命名空间

  • 将 printf/fprintf 替换为 std::cout/std::cerr

  • 改用 C++ 风格注释

      $ cmake .
  $ make
  $ ./wolff

使用标准模板库（STL）

03_stl — 用 std::vector 和 std::stack 替换原始数组和手动内存管理，由标准库负责内存的分配与释放。

  • std::vector<>：一维数组

    • 所需大小自动分配和释放
    • 元素类型（包括用户自定义类型）通过模板参数指定

  • std::stack<>：具有同样自动内存管理的栈

          $ cmake .
      $ make
      $ ./wolff

使用 Boost C++ 库

04_boost — 使用 Boost 替换固定长度数组、引入更好的随机数生成器和计时器。

  • <boost/array.hpp>：固定长度数组

  • <boost/random.hpp>：随机数生成

    • Mersenne Twister、Lagged Fibonacci 等生成器
    • 均匀分布、正态分布、泊松分布、指数分布等

  • <boost/timer.hpp>：用于测量执行时间的计时器

          $ cmake .
      $ make
      $ ./wolff

使用 ALPS/parameters

05_parameters — 通过 ALPS/parameters 从文件中读取仿真参数，消除硬编码常量。

$ cmake .
$ make
$ ./wolff <wolff.ip

使用 ALPS/alea

06_alea — 使用 ALPS/alea 积累和分析可观测量数据，包括自动统计误差估计。

$ cmake .
$ make
$ ./wolff wolff.ip

使用 ALPS/lattice

07_lattice — 通过 ALPS/lattice 定义仿真晶格，将几何结构与物理分离。

$ cmake .
$ make
$ ./lattice <lattice.ip
$ ./wolff <wolff.ip

使用 ALPS/Parapack 调度器的完整 ALPSize

08_scheduler — 将仿真逻辑封装在 Worker 类中，并将控制权交给 ALPS Parapack 调度器，从而实现透明的并行化。

  • 仿真逻辑封装在 Worker 类中

  • Worker 类必须实现以下函数：

    • 构造函数和 init_observables 成员函数
    • run 成员函数
    • is_thermalized 和 progress 成员函数
    • save 和 load 成员函数

  • 使用 PARAPACK_REGISTER_WORKER 宏将 Worker 注册到调度器

  • 调度器准备 Parameters 和 ObservableSet，并调用构造函数、init_observables 和 run 函数

  • lattice_mc_worker 同时继承了 lattice_helper 和 rng_helper，因此可以直接使用它们的方法

      $ cmake .
  $ make
  $ ./hello < hello.ip
  $ ./wolff < wolff.ip
Alpsize-01 CMake