Аналіз реалізації паралельних алгоритмів цифрової фільтрації великих масивів спотворених даних

Ростислав Вдович; Михайло Яджак

doi:10.15407/fmmit2025.40.047

Ростислав Вдович
Михайло Яджак

DOI: https://doi.org/10.15407/fmmit2025.40.047

Ключові слова: цифрова фільтрація, метод пірамід, паралельний алгоритм, автономні гілки, обмежений паралелізм, прискорення обчислень, ба-гатоядерний комп’ютер.

Анотація

Розглянуто паралельні алгоритми розв’язання одновимірної задачі цифрової фільтрації масивів даних із застосуванням синхронної схеми обчислень. Здійснено програмну реалізацію цих алгоритмів на багатоядерному комп’ютері з використанням мови високого рівня C# та середовища Visual Studio 2022 із залученням бібліотек System та System.Threading. Під час виконання згаданих алгоритмів фільтрації застосовувались інструменти ThreadPool та Parallel.For. Чисельні експерименти проводилися для декількох типів спотворених сигналів з використанням різних способів задання вагових коефіцієнтів. Унаслідок цього одержано суттєве реальне прискорення паралельних алгоритмів, яке підтвердило їх високу ефективність. Одержані результати можуть бути використані під час попереднього опрацювання великих масивів даних у багатьох предметних галузях з допомогою сучасних програмних та апаратних засобів.

Посилання

Ravasz E., Barabasi A.-L. Hierarchical Organization in Complex Networks. Physical Review E, 2003; 67(2): 026112. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.67.026112

Polishchuk O., Polishchuk D., Tyutyunnyk M., Yadzhak M. Big Data Processing in Complex Hierarchical Network Systems. arXiv:1603.00633 [physics.data-an], 2016. 7 p. https://doi.org/10.20535/SRIT.2308-8893.2016.1.01

Polishchuk O.D., Yadzhak M.S. Models and Methods for Comprehensive Study of Complex Network Systems and Inter-System Interactions. Lviv: Institute of Applied Problems of Mechanics and Mathematics named after Ya.S. Pidstryhach, NAS of Ukraine, 2023. 385 p.

Valkovskii V.A. An Optimal Algorithm for Solving the Problem of Digital Filtering. Pattern Recognition and Image Analysis, 1994; 4(3): 241-247.

Jadzhak M.S. On Optimal in One Class Algorithm for Solving Three-Dimensional Digital Filtering Problem. Journal of Automation and Information Sciences, 2001; 33(1): 51-63. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v33.i1.70

Yadzhak M.S. Highly Parallel Algorithms and Tools for Solving Problems of Mass Arithmetic and Logical Computations. Author's Abstract of Doctoral Dissertation in Physical and Mathematical Sciences, Specialty 01.05.03 - Mathematical and Software Support of Computing Machines and Systems. Kyiv: Taras Shevchenko National University, 2009. 33 p.

Yadzhak M.S. Parallel Algorithms of Digital Data Filtering. Cybernetics and Systems Analysis, 2023; 59(1): 46-56. https://doi.org/10.1007/s10559-023-00540-y

Oppenheim A.V., Schafer R.W., Buck J.R. Discrete-Time Signal Processing. Upper Saddle River, New Jersey, 1999. 893 p.

Lesne A. Complex Networks: From Graph Theory to Biology. Letters in Mathematical Physics, 2006; 78(3): 235-262. https://doi.org/10.1007/s11005-006-0123-1

Valdez L.D., Braunstein L.A., Havlin S. Epidemic Spreading on Modular Networks: The Fear to Declare a Pandemic. arXiv:1909.09695v2 [physics.soc-ph], 23 March 2020. 38 p. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.101.032309

Berbyuk V.E., Demidyuk M.V. Parametric Optimization in Problems of Dynamics and Control of Motion of an Elastic Manipulator with Distributed Parameters. Mechanics of Solids, 1986; 21(2): 78-86.

Berbyuk V.E., Demidyuk M.V., Lytvyn B.A. Parametric Optimization of Gait and Elastic Characteristics of Passive Drives of a Biped Walking Robot. Visnyk of Kyiv University. Series: Cybernetics, 2002; 3: 17-20.

Jackson M.O. Social and Economic Networks. Princeton: Princeton University Press, 2010. 520 p.

Hierarchy in Natural and Social Sciences (ed. by Pumain D.). Springer, Printed in the Netherlands, 2006. 246 p.