Abstract-Band - Fakultät für Informatik, TU Wien - Technische ...

Institut für Analysis und Scientific Computing
Pavol Bauer
Validation and Parallel Implementation of Spatial Agent Contacts at an Agent
Based Simulation of Epidemics on Hexagonal Grids
Studium: Masterstudium Medizinische Informatik
Betreuer: Ao.Univ.Prof. Dr. Felix Breitenecker
Mathematische Modellierung und Simulation sind wichtige Hilfsmittel in der
Analyse von Epidemieausbreitungen, welche Entscheidungsträgern die
Möglichkeit bieten zukünftige Infektionswellen schneller erkennen und
vorbeugen zu können. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein
Epidemiemodell vorgestellt welches eine synthetische Bevölkerung -
sogenannte Agenten - kreiert, welche einem virtuellen Krankheitserreger
ausgesetzt werden. Die Agenten können mit diesem Erreger angesteckt
werden, die Infektion auf andere Agenten übertragen und nach einer
gewissen Zeitspanne wieder genesen. Die Basis für dieses Verhalten stellt ein
Teil des Models dar, welches Agenten einander zuweist und einem möglichen
Kontakt berechnet. Dieses Modul stellt den Hauptaugenmerk der Arbeit dar:
es wird untersucht ob die Kontaktfindung mit statistischen Methoden oder mit
Hilfe eines abstrakten Raumes auf welchem sich die Agenten frei bewegen
und treffen können, simuliert werden kann. Die Struktur des Raumes und die
Bewegung der Agenten sind an den Lattice Gas Cellular Automaton (LGCA)
angelehnt, einer diskreten mathematischen Methode zur Simulation von
natürlicher Bewegung wie sie in unkomprimierten Gasen oder Flüssigkeiten
vorkommt. Da die Simulation einer grossen Bevölkerung mit Hilfe des LGCA
sehr rechenaufwendig ist, ist im Rahmen der Diplomarbeit ebenfalls ein
paralleler Algorithmus entwickelt worden welcher auf der GPU, dem
Hauptprozessor der Grafikkarte, ausgeführt werden kann. Es hat sich gezeigt,
dass diese Rechenarchitektur die vorgestellte Aufgabe bis zu 100-mal
schneller als die CPU verarbeiten kann. Während die Analyse der
Kontaktfindung mögliche Anwendungsfälle der Methoden beleuchtet stellt
die parallele Implementierung eine Möglichkeit dar, zukünftige räumlich
basierte Epidemiesimulationen preisgünstig und zeiteffizient auf
gewöhnlichen Grafikkarten ausführen zu können.
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