降低實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算算法的風(fēng)險(xiǎn)
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時(shí)間：2017-02-06
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工程團(tuán)隊(duì)使用一種桌面科學(xué)計(jì)算軟件設(shè)計(jì)序列預(yù)測(cè)算法，將其自動(dòng)轉(zhuǎn)換為C代碼，然后部署到屬于地面系統(tǒng)一部分的一臺(tái)實(shí)時(shí)PC上。在科學(xué)計(jì)算軟件中開(kāi)發(fā)和調(diào)試該算法后，工程師通過(guò)自動(dòng)生成所需的C代碼來(lái)加速實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
此工作流程不再需要用兩種語(yǔ)言維護(hù)和測(cè)試同一個(gè)算法，因此縮短了開(kāi)發(fā)流程。更重要的是，此工作流程降低了用手工編寫(xiě)C代碼的一種主要風(fēng)險(xiǎn)，即原始科學(xué)計(jì)算算法和最終設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的C代碼之間的差異。使用此工作流程的一大優(yōu)勢(shì)是小組在修復(fù)缺陷上所花的時(shí)間減少了。質(zhì)量和開(kāi)發(fā)速度的提升使小組堅(jiān)定了在未來(lái)的項(xiàng)目中重用算法和開(kāi)發(fā)流程的打算。
使用馬爾可夫鏈(Markov Chains)進(jìn)行序列預(yù)測(cè)
序列預(yù)測(cè)的一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用是使用以前的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)估未來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。序列預(yù)測(cè)算法在許多行業(yè)和許多情形中都會(huì)用到，例如基于測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度曲線(xiàn)外推，或者在與最大似然序列估算器進(jìn)行數(shù)字通信時(shí)，從噪聲信號(hào)中提取有用的信息。序列預(yù)測(cè)需要一個(gè)模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)據(jù)，如馬爾可夫鏈。使用馬爾可夫鏈建模的系統(tǒng)占用有限的狀態(tài)數(shù)，從而使未來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)僅取決于目前的狀態(tài)而不是以前的狀態(tài)。
圖1.使用馬爾可夫鏈建模的序列預(yù)報(bào)器
在圖1中，使用馬爾可夫鏈建模的序列預(yù)報(bào)器具有4個(gè)狀態(tài)。從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)的可能性用小數(shù)表示。例如，從狀態(tài)1轉(zhuǎn)換為狀態(tài)2的概率為0.95，而保持在狀態(tài)1的概率為0.05。在轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)或多個(gè)路徑。圖1中顯示的序列預(yù)報(bào)器可作為有限的狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的最形象的表達(dá)就是格狀圖。
圖2.格狀圖示例
圖2顯示的是一個(gè)可能的（預(yù)測(cè)的）狀態(tài)序列。虛線(xiàn)箭頭表示可能的轉(zhuǎn)換，實(shí)線(xiàn)箭頭表示實(shí)際預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)換。此圖顯示可能的序列為[1 2 3 4 4 3 3 1]。請(qǐng)注意，僅顯示部分可能的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。與著名的Viterbi算法類(lèi)似，序列預(yù)報(bào)器通過(guò)基于外部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算路徑度量來(lái)拒絕不大可能的序列路徑。如果兩個(gè)或多個(gè)路徑在一個(gè)狀態(tài)中相交，則累積并比較它們的路徑度量值，將最佳路徑選為幸存路徑。
工程團(tuán)隊(duì)在技術(shù)計(jì)算軟件中為序列預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)馬爾可夫鏈，以提高其地面解碼軟件的可靠性。
評(píng)論