Effiziente Berechnung von Adjungierten für komplexe, C/C++-basierte Programmpakete
Final Report Abstract
Die effiziente Berechnung von diskreten Adjungierten gewinnt im Rahmen des Übergangs von der Simulation zu einer auf Ableitungen basierten Optimierung immer mehr an Bedeutung. Ziel dieses Forschungvorhabens war es, adjungierte Informationen mit möglichst geringem Bedarf an Laufzeit und Speicherplatz zur Verfügung zu stellen, wenn das zugrundeliegende Modell als C oder C++ Programm gegeben ist. Dazu wurde auf einer bereits verfügbaren Version des AD-Werkzeuges ADOL-C aufgebaut. Durch eine informatische Analyse des algorithmischen Kerns sowie einer vollständig neu erarbeiteten Modularisierung der benötigten internen Funktionsdarstellung kann nun die Berechnung von diskreten Adjungierten deutlich effizienter durchgeführt werden. U.a. ist es jetzt möglich, auf die Potentiale von Checkpointing-Techniken zurückzugreifen. So können mittlerweile auch für große, unstrukturierte Programme Laufzeiten zur Berechnung von Adjungierten erzielt werden, die den theoretischen Aufwandsabschätzungen für das automatische Differenzieren sehr nahe kommen. Dieses Ziel wurde durch eine sehr erfolgreiche interdisziplinäre Kooperation zwischen der Mathematik und der Informatik erreicht. Die nun verfügbare überarbeitete ADOL-C Version wird bereits erfolgreich im akademischen Bereich für Optimierung und Simulation eingesetzt, beispielweise in der Aerodynamik oder der chemischen Verfahrenstechnik. Aber auch der Sprung in die industrielle Anwendung ist gelungen, wie ein erfolgreicher Einsatz bei der EDF in Frankreich zeigt. Erfreulicherweise konnte durch das Erreichen der gesteckten Ziele die Adjungiertenberechnung auch in einem nicht geplanten Bereich zum Einsatz kommen. Aufgrund der nun verfügbaren modularen internen Funktionsdarstellung war auch die parallele Adjungiertenberechnung für bereits mit OpenMP parallelisierte Programme möglich.
Publications
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A. Kowarz und A. Walther
