Method for reducing the computational complexity of processing discrete cyclic random processes in digital data analysis systems

Abstract

Розроблено метод статистичного опрацювання циклічних випадкових процесів, шляхом зведення їх до ізоморфних ним періодичних випадкових послідовностей, що суттєво спрощує аналітичні вирази та формули для розрахунків, а також зменшує обчислювальну складність у задачах статистичного опрацювання та комп’ютерної імітації (генерування) циклічних сигналів у інтелектуалізованих інформаційних системах у медицині, техніці та економіці, що особливо важливо для їх реалізації у портативних системах із суттєво обмеженими обчислювальними потужностями. Ізоморфні відносно порядку та значень циклічні випадкові процеси, загалом, відрізняються лише своїми ритмічними структурами (функціями ритму) і у своїй сукупності формують клас еквівалентності. Будь- який клас ізоморфних відносно порядку та значень циклічних випадкових процесів дискретного аргументу як свою підмножину містить підклас ізоморфних відносно порядку та значень періодичних випадкових послідовностей. Виходячи із цього факту, в роботі був розроблений метод зведення статистичного опрацювання (оцінювання, аналізу, прогнозування) циклічного випадкового процесу дискретного аргументу до ізоморфної йому періодичної випадкової послідовності. Проведено дослідження обчислювальної складності відомого методу статистичного оцінювання ймовірнісних характеристик циклічного випадкового процесу дискретного аргументу та розробленого методу зведення статистичного опрацювання ймовірнісних характеристик циклічного випадкового процесу дискретного аргументу до відповідного статистичного опрацювання ізоморфної йому періодичної випадкової послідовності. Наведено приклади статистичного оцінювання початкової моментної функції першого порядку циклічного випадкового процесу дискретного аргументу із використанням відомого методу, а також із застосуванням нового методу статистичного оцінювання, що грунтується на процедурі зведення досліджуваного циклічного випадкового процесу до ізоморфної йому періодичної випадкової послідовності, методи статистичного опрацювання якої характеризується значно меншою обчислювальною складністю.

The method of statistical processing of cyclic random processes by reducing them to isomorphic periodic random sequences, which significantly simplifies analytical expressions and formulas for calculations, and also reduces the computational complexity of the tasks of statistical processing and computer simulation (generalization) of cyclical signals in intelligent information systems in medicine, technology and economics, which is especially important for their implementation in portable systems with significantly limited computing capacity is developed in the paper. The example of statistical evaluation of the initial moment function of the first order of cyclic random process of discrete argument using the existing method, and also with the use of the new method of statistical evaluation, based on the procedure of reducing the investigated cyclic random process to isomorphic periodic random sequence, which statistical processing methods are characterized by much less calculations complexity. Isomorphic in terms of order and values, cyclic random processes, in general, differ only in their rhythmic structures (functions of rhythm) and in their totality form an equivalence class. Any class of isomorphic with respect to the order and values of cyclic random processes of a discrete argument, as its subset, contains a subclass of isomorphic with respect to the order and values of periodic random sequences. Based on this fact, the paper developed a method of reducing the statistical processing (estimation, analysis, forecasting) of a cyclic random process of a discrete argument to an isomorphic periodic random sequence. The computational complexity of the known method of statistical estimation of the probabilistic characteristics of a cyclic random process of a discrete argument is investigated and the method of statistical analysis of the probabilistic characteristics of a cyclic random process of a discrete argument developed in this work to the corresponding statistical processing of an isomorphic periodic random sequence is obtained. Examples of statistical estimation of the initial moment function of the first order of a cyclic random process of a discrete argument using the known method are given, as well as with the use of a new method of statistical estimation based on the procedure of reducing the investigated cyclic random process to an isomorphic periodic random sequence, methods of statistical processing of which is characterized by much less computational complexity.