基于非并行布朗运动的土壤胶体分形凝聚模拟算法-IngentaConnect.PDF

第 31 卷 第 6 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.6 2015 年 3 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2015 129 基于非并行布朗运动的土壤胶体分形凝聚模拟算法改进 熊海灵 1,2 ，杨志敏3,4※，李 航 2,4 （1. 西南大学计算机与信息科学学院，重庆 400715 ；2. 西南大学土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室，重庆 400715 ； 3. 西南大学资源环境学院，重庆 400715 ；4. 西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715 ） 摘 要：耗时长是目前进行大规模体系分形凝聚模拟的主要障碍。该文采用优化存储结构来降低时间复杂度的思路，对 传统 On-lattice 集团凝聚模型算法进行了改进。用三维数组表征模拟体系，用链表表征团簇结构，实现了在体系中直接访 问任意团簇，以及确定组成团簇单粒在三维数组中对应数组元素具体位置的新方法。论文基于新的存储结构重新设计了 集团凝聚模型中布朗运动、碰撞检测和凝聚的算法，使得模拟算法的总时间复杂度从立方阶变为了线性阶。该改进算法 为研究人员进行大规模体系分形凝聚模拟提供了技术支撑。 关键词：土壤；模型；胶体；分形凝聚；集团凝聚；数据结构；时间复杂度 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.06.018 中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-06-129-06 熊海灵，杨志敏，李 航. 基于非并行布朗运动的土壤胶体分形凝聚模拟算法改进[J]. 农业工程学报，2015，31(6)： 129－134. Xiong Hailing, Yang Zhimin, Li Hang. Improved simulation algorithm for soil colloid fractal aggregation based on unparallel Brownian motion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(6): 129－134. (in Chinese with English abstract) 晶格进行处理的，也有不划分的，前者常称为 On-lattice 0 引 言 模拟，后者则称为 Off-lattice 模拟。在程序实现和算法效 学术界普遍认为土壤团聚体的形成与土壤胶体密切 率方面 On-lattice 模拟则明显要优于 Off-lattice 模拟。从 相关，土壤团聚体的数量和质量在很大程度上决定或影 模拟试验结果看，当模拟体系足够大时，两者的差异也 响着土壤的性质和生态肥力功能[1-2] 。土壤团聚体是一种 不明显，鉴于此，On-lattice 模拟则更为广泛采用[21-22] 。 分形结构，虽用分形理论来描述土壤结构状况已有很多 在 On-lattice 模拟中，体系被划分成大小一样的单位晶格， 研究，但土壤团聚体分形凝聚的产生条件与机理还不清 每个胶体单粒占用一个晶格，未被占用的晶格则被看作 楚[3-