DEVELOPMENT OF AN AGENT-BASED ALGORITHM FOR SOLVING SYSTEMS OF LINEAR ALGEBRAIC EQUATIONS OF LARGE DIMENSION

Abstract

Solving systems of linear algebraic equations (SLAE) is one of the most important fundamental tasks in the development of a new generation of design systems in various fields of science and technology. The relevance of this study is due to the growing volume of data and the increasing complexity of tasks. Traditional methods for solving of SLAE, such as the Gauss method, the run-through method, iterative methods (Jacobi method, Seidel method, etc.), have proven themselves well when working with relatively small systems. However, when solving large-dimensional of SLAE, these methods are not efficient enough due to high computational costs and memory requirements. One of the promising approaches to solving problems of high complexity is the use of agent-based systems. Agent-based systems offer a new way of organizing computing processes based on the interaction of independent agents, each of whom performs a specific part of the task. This approach allows for more flexible allocation of computing resources and efficient solution of complex tasks in a big data environment. A method for solving equations describing a mathematical model of a circuit is presented, taking into account the optimization of the ratio between the accuracy of calculations and the time of their execution. In this paper, we propose an agent-based algorithm for solving systems of linear algebraic equations of large dimension. During the development of this algorithm, an analysis of existing methods and algorithms for solving of SLAE was carried out, their advantages and disadvantages were identified. An agent-oriented architecture was developed to solve large-scale of SLAE, the organization of agent interaction and mechanisms for distributing tasks between them were proposed. A software implementation of the developed algorithm was performed. To evaluate the effectiveness of the proposed approach, it was tested on a number of test tasks. The performance and scalability of the developed algorithm were also evaluated, and it was compared with traditional methods for solving of SLAE.

References

1. Alpert Charles J., Mehta Dinesh P., Sapatnekar Sachin S. Handbook of algorithms for physical design

automation. – CRC Press, New York, USA, 2009.

2. Гладков Л.А., Кравченко Ю.А., Курейчик В.В., Родзин С.И. Интеллектуальные системы: модели

и методы метаэвристической оптимизации: монография. – Чебоксары: Среда, 2024.

3. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. – М.: Физматлит, 2011.

4. Карпенко А.П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленные

природой. – М.: МГТУ им. Баумана, 2014.

5. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М., Сороколетов П.В. Биоинспирированные методы в

оптимизации. – М.: Физматлит, 2009.

6. Cohoon J.P., Karro J., Lienig J. Evolutionary Algorithms for the Physical Design of VLSI Circuits.

Advances in Evolutionary Computing: Theory and Applications / Ghosh, A., Tsutsui, S. (eds.).

– Springer Verlag, London, 2003.

7. Гридин В.Н. Численно–аналитическое моделирование радиоэлектронных схем. – М.: Наука, 2008.

8. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. – СПб.: Лань, 2006.

9. Бойко А.Я., Безруков А.Е., Русаков А.С., Ткачев Д.Ф., Хапаев М.М. Новый алгоритм вычисления

двумерных емкостей в задаче экстракции емкости // II Всероссийская научно-техническая кон-

ференция «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем»: Сб. научных

трудов / под общ. ред. А.Л. Стемпковского. – М.: ИППМ РАН, 2006.

10. Потапов Ю. Технология экстракции паразитных параметров для моделирования межсоедине-

ний // Технологии в электронной промышленности. – 2007. – № 6. – С. 22-26.

11. Баландин М.Ю., Шурина Э.П. Методы решения СЛАУ большой размерности. – Новосибирск:

Изд-во НГТУ, 2000.

12. Рено Н.Н. Численные методы. – М.: КДУ, 2007.

13. Li R.-C., Ye Q. A Krylov subspace method for quadratic matrix polynomials with application to constrained

least squares problems // SIAM J. Matrix Anal. Appl. – 2003. – 25. – P. 405-428.

14. Calvetti D, Reichel L, Shuibi A. Enriched Krylov subspace methods for ill-posed problems // Linear

Algebra and its Applications. – 2003. – Vol. 362. – P. 257-273.

15. Calvetti D, Lewis B, Reichel L. On the regularizing properties of the GMRES method // Numerische

Mathematik. – 2002. – Vol. 91. – P. 605-625.

16. Бегляров В.В., Берёза А.Н., Ляшов М.В. Бионический алгоритм решения систем линейных ал-

гебраических уравнений // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 12 (101). – С. 46-52.

17. Тарасов В.Б., Голубин А.В. Эволюционное проектирование: на границе между проектированием

и самоорганизацией // Известия ТРТУ. – 2006. – № 8 (63). – С. 77-82.

18. Майоров И.В., Скобелев П.О. Модель динамики агентов потребностей и возможностей // Тр.

XVII Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных сис-

темах», Самара, 2015. – Самара: СНЦ РАН, 2015. – С. 79-87.

19. Скобелев П.О. Ситуационное управление и мультиагентные технологии: коллективный поиск

согласованных решений в диалоге // Онтологии проектирования. – 2013. – № 2 (8). – С. 26-48.

20. Гридин В.Н., Дмитревич Г.Д., Анисимов Д.А. Архитектура распределенных сервис-

ориентированных систем автоматизированного проектирования // Известия ЮФУ. Технические

науки. – 2014. – № 7 (156). – С. 51-58.

21. Митра Р., Надареишвили И. Микросервисы. От архитектуры до релиза. – СПб.: Питер, 2023.

22. Baqais A.A.B. A Multi-view Comparison of Various Metaheuristic and Soft Computing Algorithms //

I.J. Mathematical Sciences and Computing. – 2017. – l.3 (4). – P. 8-19.

23. Gladkov L.A., Gladkova N.V., Gusev N.Y., Semushina N.S. Integrated approach to the solution of computer-

aided design problems // Proceedings of the 4th International Scientific Conference “Intelligent

Information Technologies for Industry” (IITI’19). Advances in Intelligent Systems and Computing.

– Springer, Cham, 2020. – Vol. 1156. – P. 465-476.

24. Gladkov L.A., Gladkova N.V., Leiba S.N., Strakhov N.E. Development and research of the hybrid approach

to the solution of optimization design problems // Advances in Intelligent Systems and Computing,

V. 875. International Conference on Intelligent Information Technologies for Industry IITI'18.

– Springer Nature Switzerland AG, 2019. – Vol. 2. – P. 246-257.

Скачивания

Published:

2025-01-30

Issue:

Section:

SECTION I. INFORMATION PROCESSING ALGORITHMS

Keywords:

Автоматизация проектирования, системы линейных алгебраических уравнений, эволюционное моделирование, биоинспирированные алгоритмы, сервисно- ориентированная архитектура