ПРЕДЕЛ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
©
В.И. Бодякин, ИПУ РАН, E-mail: BODY@IPU.RSSI.RUПроблемы распараллеливания вычислительных процессов - это одна из актуальнейших задач информатики как в теоретическом, так и в практических аспектах [1,2,3,4]. Естественный шаг в направлении распараллеливания - это многопроцессорные ЭВМ и однородные вычислительные среды [1]. Наиболее перспективными, в стратегическом плане, являются именно информационные активные среды
[4].Рассмотрим пример такой среды из нейроподобных N-элементов (НСС), см. рис. 1. Поступающий в НСС информационный поток управляет формированием связей между N-элементами, что по сути и является отображением (запоминанием) информации. Считается, что N-элементов в НСС достаточно как в слое, так и самих иерархических слоев.
Содержимое потока представляет текстовую форму, как последовательность символов некоторого алфавита. Текстовая форма является универсальной для отображения любых форм представления информации. N-элемент взаимооднозначно отображает пространственно-временные характеристики потока, см. рис. 2.
N-элементы в слое НСС независимы и функционируют параллельно. В процессе ввода информации в НСС каждый N-элемент соединяется связями с N-элементами нижерасположенного уровня. Связи, через посредство терминального слоя N-элементов (алфавитом) фактически и определяют информационное содержание каждого N-элемента. Соответственно, если на вход НСС поступает последовательность, соответствующая содержанию некоторого N-элемента, то он переходит в активное состояние, в соответствии с близостью к его информационному содержанию. Из всего слоя выделяется один N-элемент, имеющий максимальное сходство (активность) и с ним образуется связь с N-элементом вышележащего уровня НСС. Это принцип ассоциативной работы НСС. За один такт обрабатываются N-элементы в слое и за один обобщенный такт НСС выполняется полная ассоциативная обработка входной информации. Причем, время идентификации не зависит от числа обрабатываемых в НСС элементов, а определяется только символьной длиной идентифицируемой последовательности во входном потоке.
В общем виде мы описали принцип функционирования активной информационной среды в которой осуществляется максимальное распараллеливание, которое приводит к практическому минимуму временных затрат при решении задачи. Отметим, что в нашем понимании, каждая задача после идентификации всех ее условий - это несколько обобщенных тактов ассоциативной идентификации на различных семантических срезах задачи. И как было показано выше, иерархическое агрегирование N-элементов приводит к тому, что повторное решение задачи данного класса, сводится к простой ассоциативной идентификации ее в НСС. В пределе, число обобщенных тактов стремиться к единице. Это и есть теоретический предел.
Lim t
а Ґ = 1Характерно, что при данном распараллеливании задачи уменьшается не только время, но и минимизируются ресурсы НСС (как суммарное количество задействованных N-элементов). Минимальное число N-элементов определяется
итеративно. По достижению этого ресурсного минимума достигается равенство теоретического и практического времени решения задачи. При этом обобщенный такт НСС минимален. Это естественный путь эволюционной оптимизации информационных систем, включая и биологические.В заключении отметим, что к настоящему времени выполнена программная реализация модели НСС, на которой подтверждены все вышеизложенные утверждения. В процессе экспериментальных работ с НСС обнаружены дополнительные ее положительные свойства в плане обработки информации, такие как: монотонный рост компрессии данных, возрастающая надежность, семантическая автоструктуризация. Причем все эти характеристики имели тенденции монотонного роста в соответствии с ростом базы знаний на НСС. При этом, в НСС обнаружилось свойство автоматического вычисления текстовой энтропии входного информационного потока, позволяющего сразу дать семантическую оценку этому потоку.
Литература:
1. Евреинов Э.В. Информациология сред, структур и биокомпьютерных систем. М., 1996
2. Евреинов Э.В. Однородные цифровые автоматы с программируемой структурой. Новосибирск