Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

REALIZATION OF MODULAR OPERATIONS IN THE RING OF POLYNOMS BY MEANS OF NEURAL NETWORKS

Timoshenko L.I. 1
1 Stavropol branch of the Ministry of Internal Affairs Krasnodar university of Russia
Use of methods of digital processing of signals allows to provide rather easily a high noise stability of systems of data processing, necessary accuracy and the allowing ability, stability of parameters of a path of information processing and some other advantages. Thus overall performance of system of digital processing of signals in many respects is defined by mathematical model. As a rule problems of digital processing of signals demand performance of large volumes of calculations over big data files in real time. Increase of requirements to technical and economic characteristics of modern systems of digital processing of signals, expansion of their scopes and the amplifying tendency to parallel methods of their organization led to activization of works on development of specialized processors of digital processing of the signals focused on creation of systems of digital processing of signals with limit values of technical characteristics.
digital processing of signals
arithmetic transactions
summation of the module
a neural network
system of residual classes

Для эффективной реализации математических моделей цифровой обработки сигналов (ЦОС) определённых в кольце полиномов необходимо, чтобы вычислительные устройства могли эффективно поддерживать арифметические операции этой алгебраической системы. Рассмотрим выполнение таких операций в полиномиальной системе классов вычетов. Для этого необходимо представить значения остатков операндов в виде полиномиальной записи [5, 6]. Пусть степень неприводимого полинома timos1.wmf. Тогда справедливо

timos2.wmf. (1)

Аналогичным образом представим второй операнд

timos3.wmf. (2)

Известно, что сравнения по одному и тому же модулю можно почленно складывать, то для суммы двух полиномов timos4.wmf и timos5.wmf, имеющих соответственно коды timos6.wmf и timos7.wmf справедливо соотношения [9]

timos8.wmf (3)

где timos9.wmf – операция суммирования по модулю р.

Исходя из условия, что характеристика поля равна двум, то операция обратная суммированию выполняется аналогичным образом [8]:

timos10.wmf (4)

В результате выполнения (3) и (4) получаются элементы образующие циклическую группу по операции сложения. Для реализации операции сложения timos11.wmf-
разрядных операторов в поле timos12.wmf по основанию timos13.wmf потребуется всего timos14.wmf двухвходовых сумматоров по модулю два. Причём базовая операция – сложение, реализуется за одну операцию и не требует применения итеративных методов построение нейронной сети (НС) конечного кольца, используемого в системе остаточных классов (СОК) [1,2].

Известно [10], что в силу дистрибутивности операции умножения операндов над кольцом на элементы этого кольца относительно операции сложения имеем

timos15.wmf (5)

где timos16.wmf – линейная свертка; timos17.wmf; timos18.wmf.

Таким образом, выполнение операции умножения над операндами в кольце полиномов имеет вид

timos19.wmf, (6)

Из выражений (5) и (6) наглядно видно, что реализация модульного умножения реализуется на основе умножения соответствующих остатков по основаниям timos20.wmf с последующих суммированием по модулю характеристики поля. Следовательно, разработка высокоскоростного устройства, реализующего базовую операция по модулю характеристики поля в нейросетевом базисе, позволит обеспечить эффективную работу в реальном масштабе времени всего СП ЦОС[3,4].

Характерной чертой рассмотренных выше арифметических устройств, реализующих операции конечных алгебраических систем является наличие многовходовых сумматоров по модулю два [7]. Исходя из данной структурной особенности, можно сформулировать основные требования к нейронной сети, выполняющей эту базовую операцию:

– использование параллелизма, причем распараллеливание должно производится на уровне побитовой обработки входного вектора;

– применение конвейерной организации вычисления;

– отказ от принципа рекуррентной редукции, от обратных связях в структуре НС конечного кольца;

– количество итераций в процессе выполнения операции должно быть минимальным;

– количество нейронов в слоях НС должно быть минимальным, обеспечивая требуемую скорость обработки входного вектора.

Для повышения эффективности и достижения высоких показателей отказоустойчивости нейросетевых спецпроцессоров цифровой обработки сигналов является их построение на базе использования избыточности и корректирующих способностей алгебраической системы, которая положена в основу математической модели цифровой обработки сигнала. Применение полиномиальной системы классов вычетов позволяет не только повысить скорость обработки данных, но и обеспечить требуемый уровень надежности функционирования нейросетевого вычислительного устройства цифровой обработки сигналов.