417 research outputs found

    Optimality and Condensing of Information Flow through Linear Refinement

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    Detecting information flows inside a program is useful to check non-interference or independence of program variables, an important aspect of software security. In this paper we present a new abstract domain C expressing constancy of program variables. We then apply Giacobazzi and Scozzari's linear refinement to build a domain C->C which contains all input/output dependences between the constancy of program variables. We show that C->C is optimal, in the sense that it cannot be further linearly refined, andcondensing, in the sense that a compositional, input-independent static analysis over C->C has the same precision as a non-compositional, input-driven analysis. Moreover, we show that C->C has a natural representation in terms of Boolean formulas, which is important since it allows one to use the efficient binary decision diagrams in its implementation. We then prove that C-.C coincides with Genaim, Giacobazzi andMastroeni's IF domain for information flows and with Amtoft and Banerjee's Indep domain for independence. This lets us extend to IF and Indep the properties that we proved for C->C: optimality, condensing and representation in terms of Boolean formulas. As a secondary result, it lets us conclude that IF and Indep are actually the same abstract domain, although completely different static analyses have been based on them

    Output‐based mesh optimization for hybridized and embedded discontinuous Galerkin methods

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    Peer Reviewedhttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/154431/1/nme6248.pdfhttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/154431/2/nme6248_am.pd

    Optimal Scheduling of Combined Heat and Power Generation Considering Heating Grid Dynamics

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    As the share of renewable generation increases in electric grids, the traditionally heat driven operation of combined heat and power plants (CHPs) reaches its limits. Thermal storage is required for a flexible operation of CHPs. This work proposes three novel methods to use a heating grid as thermal storage by exploiting its thermal dynamics. These include the first approach proving global optimality, a novel linear formulation of grid dynamics and an easily real world applicable approach

    Multiple Shooting and Mesh Adaptation for PDE Constrained Optimization Problems

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    In this thesis, multiple shooting methods for optimization problems constrained by partial differential equations are developed, and, furthermore, a posteriori error estimates and local mesh refinement techniques for these problems are derived. Two different approaches, referred to as the direct and the indirect multiple shooting approach, are developed. While the first approach applies multiple shooting to the constraining equation and sets up the optimality system afterwards, in the latter approach multiple shooting is applied to the optimality system of the optimization problem. The setup of both multiple shooting methods in a function space setting and their discrete analogs are discussed, and different solution and preconditioning techniques are investigated. Furthermore, error representation formulas based on Galerkin orthogonality are derived. They involve sensitivity analysis by means of an adjoint problem and employ standard error representation on subintervals combined with additional projection errors at the shooting nodes. A posteriori error estimates and mesh refinement indicators are derived from this error representation. Several mesh structures originating from different restrictions to local refinement are discussed. Finally, numerical results for the solid state fuel ignition model are presented. This model describes an explosive system that does not allow the solution by standard solution techniques on the whole time domain and is a typical example for the application of time domain decomposition methods like multiple shooting

    A Backward Analysis for Constraint Logic Programs

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    One recurring problem in program development is that of understanding how to re-use code developed by a third party. In the context of (constraint) logic programming, part of this problem reduces to figuring out how to query a program. If the logic program does not come with any documentation, then the programmer is forced to either experiment with queries in an ad hoc fashion or trace the control-flow of the program (backward) to infer the modes in which a predicate must be called so as to avoid an instantiation error. This paper presents an abstract interpretation scheme that automates the latter technique. The analysis presented in this paper can infer moding properties which if satisfied by the initial query, come with the guarantee that the program and query can never generate any moding or instantiation errors. Other applications of the analysis are discussed. The paper explains how abstract domains with certain computational properties (they condense) can be used to trace control-flow backward (right-to-left) to infer useful properties of initial queries. A correctness argument is presented and an implementation is reported.Comment: 32 page

    Hierarchical Poly Tree Configurations for the Solution of Dynamically Refined Finte Element Models

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    This paper demonstrates how a multilevel substructuring technique, called the Hierarchical Poly Tree (HPT), can be used to integrate a localized mesh refinement into the original finite element model more efficiently. The optimal HPT configurations for solving isoparametrically square h-, p-, and hp-extensions on single and multiprocessor computers is derived. In addition, the reduced number of stiffness matrix elements that must be stored when employing this type of solution strategy is quantified. Moreover, the HPT inherently provides localize 'error-trapping' and a logical, efficient means with which to isolate physically anomalous and analytically singular behavior

    A direct method for the numerical solution of optimization problems with time-periodic PDE constraints

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    In der vorliegenden Dissertation entwickeln wir auf der Basis der Direkten Mehrzielmethode eine neue numerische Methode für Optimalsteuerungsprobleme (OCPs) mit zeitperiodischen partiellen Differentialgleichungen (PDEs). Die vorgeschlagene Methode zeichnet sich durch asymptotisch optimale Skalierung des numerischen Aufwandes in der Zahl der örtlichen Diskretisierungspunkte aus. Sie besteht aus einem Linearen Iterativen Splitting Ansatz (LISA) innerhalb einer Newton-Typ Iteration zusammen mit einer Globalisierungsstrategie, die auf natürlichen Niveaufunktionen basiert. Wir untersuchen die LISA-Newton Methode im Rahmen von Bocks kappa-Theorie und entwickeln zuverlässige a-posteriori kappa-Schätzer. Im Folgenden erweitern wir die LISA-Newton Methode auf den Fall von inexakter Sequentieller Quadratischer Programmierung (SQP) für ungleichungsbeschränke Probleme und untersuchen das lokale Konvergenzverhalten. Zusätzlich entwickeln wir klassische und Zweigitter Newton-Picard Vorkonditionierer für LISA und beweisen gitterunabhängige Konvergenz der klassischen Variante auf einem Modellproblem. Anhand numerischer Ergebnisse können wir belegen, dass im Vergleich zur klassichen Variante die Zweigittervariante sogar noch effizienter ist für typische Anwendungsprobleme. Des Weiteren entwickeln wir eine Zweigitterapproximation der Lagrange-Hessematrix, welche gut in den Rahmen des Zweigitter Newton-Picard Ansatzes passt und die im Vergleich zur exakten Hessematrix zu einer Laufzeitreduktion von 68% auf einem nichtlinearen Benchmarkproblem führt. Wir zeigen weiterhin, dass die Qualität des Feingitters die Genauigkeit der Lösung bestimmt, während die Qualität des Grobgitters die asymptotische lineare Konvergenzrate, d.h., das Bocksche kappa, festlegt. Zuverlässige kappa-Schätzer ermöglichen die automatische Steuerung der Grobgitterverfeinerung für schnelle Konvergenz. Für die Lösung der auftretenden, großen Probleme der Quadratischen Programmierung (QPs) wählen wir einen strukturausnutzenden zweistufigen Ansatz. In der ersten Stufe nutzen wir die durch den Mehrzielansatz und die Newton-Picard Vorkonditionierer bedingten Strukturen aus, um die großen QPs auf äquivalente QPs zu reduzieren, deren Größe von der Zahl der örtlichen Diskretisierungspunkte unabhängig ist. Für die zweite Stufe entwickeln wir Erweiterungen für eine Parametrische Aktive Mengen Methode (PASM), die zu einem zuverlässigen und effizienten Löser für die resultierenden, möglicherweise nichtkonvexen QPs führen. Weiterhin konstruieren wir drei anschauliche, contra-intuitive Probleme, die aufzeigen, dass die Konvergenz einer one-shot one-step Optimierungsmethode weder notwendig noch hinreichend für die Konvergenz der entsprechenden Methode für das Vorwärtsproblem ist. Unsere Analyse von drei Regularisierungsansätzen zeigt, dass de-facto Verlust von Konvergenz selbst mit diesen Ansätzen nicht verhindert werden kann. Des Weiteren haben wir die vorgestellten Methoden in einem Computercode mit Namen MUSCOP implementiert, der automatische Ableitungserzeugung erster und zweiter Ordnung von Modellfunktionen und Lösungen der dynamischen Systeme, Parallelisierung auf der Mehrzielstruktur und ein Hybrid Language Programming Paradigma zur Verfügung stellt, um die benötigte Zeit für das Aufstellen und Lösen neuer Anwendungsprobleme zu minimieren. Wir demonstrieren die Anwendbarkeit, Zuverlässigkeit und Effektivität von MUSCOP und damit der vorgeschlagenen numerischen Methoden anhand einer Reihe von PDE OCPs von steigender Schwierigkeit, angefangen bei linearen akademischen Problemen über hochgradig nichtlineare akademische Probleme der mathematischen Biologie bis hin zu einem hochgradig nichtlinearen Anwendungsproblem der chemischen Verfahrenstechnik im Bereich der präparativen Chromatographie auf Basis realer Daten: Dem Simulated Moving Bed (SMB) Prozess

    Methods for planning and operating decentralized combined heat and power plants

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