拉格朗日混合受限反应输运模拟的加速与并行化

随机游走粒子追踪的最新进展使得能够通过多点质量传递方案让粒子相互交互，从而直接模拟粒子上的混合与反应。该质量传递方案可将混合与展布过程分离，并具有其他优势，但其计算代价高昂，因为其速度取决于相互作用粒子对的数量。本札记探讨了缓解由质量传递步骤引起的计算瓶颈的方法，并利用这些算法开发了一种新的并行交互粒子模型。新模型结合了稀疏搜索算法与一种新颖的区域分解方案，二者相对于参考情形均带来了显著的加速——即便在串行执行时也是如此。我们结合这些方法的优势，创建了一种并行粒子方案，该方案具有高精度与高效率，在粒子数固定时运行时间随 $1 / P$ 缩放，其中 $P$ 为所用计算核心数。这一新的并行模型是一项重要进展，因为它能够高效模拟环境模拟所需的大规模粒子系综，并且它还可以自然地与并行地球化学求解器配对，从而创建一个实用的拉格朗日工具，用于模拟复杂化学系统中的混合与反应。