Visual analytics clarify the scalability and effectiveness of massively parallel many-objective optimization: A groundwater monitoring design example

可扩展性 计算机科学 巨量平行 集合(抽象数据类型) 公制(单位) 帕累托原理 加速 可视化 分析 多目标优化 进化算法 数学优化 数据挖掘 并行计算 机器学习 数学 经济 数据库 运营管理 程序设计语言
作者
Patrick M. Reed,Joshua B. Kollat
出处
期刊:Advances in Water Resources [Elsevier BV]
卷期号:56: 1-13 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.advwatres.2013.01.011
摘要

In this study, we contribute a comprehensive framework for simultaneously assessing solution quality and scalability for massively parallel multiobjective evolutionary algorithm (MOEA)-based search using a highly challenging optimization—assimilation application. Visual analytics are used to evaluate how changes in search metric performance relate to actual decision relevant changes in the Pareto approximate set. The application focuses on a four objective groundwater monitoring application in which parallel scalability is tested across compute core counts ranging from 64 to a maximum of 8192. This study demonstrates that parallel search performance must be assessed in terms of how well speedup is exploited to improve the quality of search results and that solely focusing on differences in computational time can be deceptive. Our results demonstrate how visualization can clarify when an MOEA's search shifts from "translating" the approximation set to "diversifying" its coverage over the extent of the objectives. This is an important observation. If shorter parallel run durations are required, the rapid early translation of the set may yield a reasonable approximation of the Pareto approximate set where further search is unnecessary. Although a groundwater application is used to demonstrate our parallelization, the visual analytics and metrics utilized to characterize the parallel scalability of MOEA-based search are broadly applicable in water resources and beyond.

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