Хом'юк Віктор Вікторович. Методи та засоби паралельних перетворень векторних масивів даних

Краткое описание

Хом'юк Віктор Вікторович. Методи та засоби паралельних перетворень векторних масивів даних: дисертація канд. техн. наук: 05.13.13 / Вінницький національний технічний ун-т. - Вінниця, 2003.

Хом’юк Віктор Вікторович. Методи та засоби паралельних перетворень векторних масивів даних. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.13 Обчислювальні машини, системи та мережі. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2003.
Дисертація присвячена вдосконаленню та розширенню функціональних можливостей методів векторного оброблення масивів при паралельній обробці інформації з орієнтацією на нейроструктури та нейрообчислення. Реалізовано процес мультипідсумовування елементів довільного векторного масиву, який містить як додатні так і від’ємні елементи, на основі відомого паралельного додавання числових даних методом різницевих зрізів. Наведено приклади практичної реалізації даного процесу. Розроблено засоби багатооперандної обробки векторних масивів. Досліджено та доведено часові залежності мультипідсумовування елементів векторних масивів. Запропоновано наступні методи паралельної обробки таких масивів: алгебраїчне мультипідсумовування, як результат вдосконалення відомого паралельного додавання числових даних; порогове алгебраїчне мультипідсумовування, в результаті дослідження якого модифіковано схему формального нейрона. Досліджено метод сортування із замиканням” у кільце” елементів векторного масиву в процесі сортування за методом попарного обміну; запропоновано математичну модель даного методу і наведено приклади практичної реалізації.

У дисертаційній роботі обґрунтовано і теоретично проаналізовано принципи реалізації процесів мультипідсумовування та сортування елементів векторного масиву даних для задач сегментації зображень та пошуку інформації з використанням швидкісного методу сортування.
У результаті виконання дисертаційної роботи отримано такі наукові та практичні результати.

Вдосконалено метод паралельного підсумовування числових величин, в результаті чого запропоновано метод алгебраїчного мультипідсумовування для обробки векторних масивів з додатними та від’ємними елементами. Доведено, що із використанням методу різницевих зрізів в процесі мультипідсумовування існує можливість формування та запам’ятовування матриці бінарних масокFта вектор-стовпцяQ, що дозволяє відновити початковий векторний масив при втраті на вході початкових операндів або за необхідністю.
Досліджено часові характеристики мультипідсумовування елементів векторного масиву, а саме: доведена лінійна збіжність процесу мультипідсумовування для векторних масивів із різними додатними елементами; доведена залежність часових витрат процесу мультипідсумовування від наявності у початковому масиві однакових елементів або груп однакових елементів. Аналіз результатів моделювання мультипідсумовування елементів векторного масиву підтвердив, що за умови, коли у вхідному масиві даних присутні групи однакових елементів, відбувається збільшення швидкодії процесу мультипідсумовування, як показали експериментальні дослідження, практично у два рази.
В процесі досліджень доведена можливість формування локального (покрокового) порогового значення при сегментації багатоградаційних зображень як середнього значення сум елементів векторного масиву даних із урахуванням можливої похибки. Розглянуто особливості способу формування локального порогового значення, застосування якого дозволяє прискорити процес позрізової обробки багатоградаційних зображень. Експериментальні дослідження дають підставу стверджувати, що при використанні методу різницевих зрізів для обробки векторного масиву можливе відкидання в середньому 25% мінімальних елементів проміжних векторних масивів даних для визначення середнього значення сум елементів даного масиву, починаючи з мінімального елемента останнього масиву, що прискорить цей процес в 1,3 рази.
Досліджено порогове алгебраїчне мультипідсумовування елементів векторного масиву, яке дозволяє зменшити час мультипідсумовування за рахунок порівняння отриманих поточних часткових сум із заданим порогом в процесі оброблення векторних масивів. Результатом досліджень є модифікована схема формального нейрона для моделювання прошарків нейронів з латеральним гальмуванням, в якій одночасно виконуються функції накопичення суми і активації.
Розроблено та досліджено метод сортування із замиканням” векторного масиву у кільце”, в результаті чого зменшується тривалість сортування. В результаті імітаційного моделювання даного способу експериментально підтверджено зменшення в середньому на 3-16 % часу сортування. Досліджено нейроподібну- мережу, призначену для реалізації сортування методом попарного обміну. Доведено, що данаS мережа досягає стійкості, оскільки функція обчислювальної енергії даної мережі спадає, а, отже, досягає мінімуму або перестає змінюватись
Доведена ефективність мультипідсумовування елементів векторного масиву із застосуванням методу різницевих зрізів. При цьому отримано верхню і нижню межі при визначенні прискорення та ефективності даного процесу. Доведено, що багатофункціональність, яка характерна для алгоритму з використанням різницевих зрізів, дозволяє досягти значного наближення до оптимального (одиничного) значення коефіцієнта узгодження. Це дає підставу віднести даний алгоритм до перспективних алгоритмів, призначених для реалізації процесу підсумовування елементів числових масивів. Також доведена чисельна стійкість алгоритму мультипідсумовування елементів векторного масиву за методом різницевих зрізів.
Розроблено програмні засоби і приведено приклади практичної реалізації запропонованих методів для паралельної обробки інформації в задачах аналізу зображень.