Heuristic optimization methods for linear ordering of automata

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The rapid development of society is associated with two key areas of science and technology: methods of working with Big Data and Artificial Intelligence. There is a common belief that up to 80% of the data analysis process is the time spent on data preparation. One aspect of preparing data for analysis is structuring and organizing data sets (also known as data tidying). Order relations are ubiquitous, we meet them when we consider numbers, Boolean algebras, partitions, multisets, graphs, logical formulas, and many other mathematical entities. On the one hand, order relations are used for representing data and knowledge, on the other hand, they serve as important tools for describing models and methods of data analysis, such as decision trees, random forests, version spaces, association rules, and so on. Since a serious limitation of many methods of pattern mining is computational complexity, it is important to have an efficient algorithm for ordering data. In this paper, we consider deterministic automata without output signals and investigate the problem of linear ordering of such automata, which consists of building a linear order on the set of states of an automaton, that will be consistent with the action of each input signal of the automaton. To solve this problem, we consider heuristic methods of global optimization: simulated annealing method and artificial bee colony algorithm. For both methods, we made a software implementation and performed testing on a special kind of automata.

Sobre autores

Renat Farakhutdinov

Saratov State University

Autor responsável pela correspondência
Email: mmi@sgu.ru
ORCID ID: 0000-0002-2877-8557
Código SPIN: 7667-3987
Astrahanskaya str., 83, Saratov, Russia

Bibliografia

  1. Evsyutin O. O., Rossoshek S. K. Use of cellular automatons for problems solving of information transformation. Doklady TUSUR, 2010, vol. 21, iss. 1–1, pp. 173–174 (in Russian).
  2. Molchanov V. A., Farakhutdinov R. A. Linear ordering of automata. Matematika. Mekhanika [Mathematics. Mechanics], 2019, vol. 21, pp. 45–48 (in Russian).
  3. Binder K. Monte Carlo methods in statistical physics. Berlin, Springer, 1979. 376 p.
  4. Metropolis N., Rosenbluth A. W., Rosenbluth M. N., Teller A. H., Teller E. Equation of state calculations by fast computing machines. The Journal of Chemical Physics, 1953, vol. 21, pp. 1087–1092. https://doi.org/10.1063/1.1699114
  5. Kirkpatrick S., Gelatt C. D. Jr., Vecchi M. P. Optimization by simulated annealing. Science, 1983, vol. 220, pp. 671–680.
  6. Savin A. N., Timofeeva N. E. The application of optimization algorithm using simulated annealing method for parallel computing systems. Izvestiya of Saratov University. Mathematics. Mechanics. Informatics, 2012, vol. 12, iss. 1, pp. 110–116 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1816-9791-2012-12-1-110-116, EDN: OUPILL
  7. Doerr B., Rajabi A., Witt C. Simulated annealing is a polynomial-time approximation scheme for the minimum spanning tree problem. Algorithmica, 2024, vol. 86, pp. 64–89. https://doi.org/10.1007/s00453-023-01135-x
  8. Lopatin A. S. Simulated Annealing Method. Stokhasticheskaya Optimizatsiya v Informatike, 2005, vol. 1, pp. 133–149. (in Russian). EDN: KYIMEB
  9. Bogomolov A. M., Saliy V. N. Algebraicheskie osnovy teorii diskretnykh sistem [Algebraic foundations of the theory of discrete systems]. Moscow, Nauka, 1997. 368 p. (in Russian).
  10. Kats M. M. Criterion for linear ordering of a partial automaton. Izvestiya Vysshih Uchebnyh Zavedenij. Matematika, 1997, iss. 10, pp. 37–43 (in Russian). EDN: HQUVBJ
  11. Gabovich E. Ya. Fully ordered semigroups and their applications. Russian Mathematical Surveys, 1976, vol. 31, iss. 1, pp. 147–216. https://doi.org/10.1070/RM1976v031n01ABEH001447
  12. Kl´ıma O., Pol´ak L. On varieties of ordered automata. In: Martin-Vide C., Okhotin A., Shapira D. (eds.) Language and automata theory and applications. LATA 2019. Lecture notes in computer science, vol. 11417. Springer, Cham, 2019, pp. 108–120. https://doi.org/10.1007/978-3-030-13435-8_8
  13. Cotumaccio N., D’Agostino G., Policriti A., Prezza N. Co-lexicographically ordering automata and regular languages. Part I. Journal of the ACM, 2023, vol. 70, iss. 4, pp. 1–73. https://doi.org/10.1145/3607471
  14. Karaboga D. An idea based on honey bee swarm for numerical optimization. Technical Report, Erciyes University, 2005. Available at: https://abc.erciyes.edu.tr/pub/tr06_2005.pdf (accessed November 22, 2023).
  15. Pham D. T., Castellani M. The bees algorithm: Modelling foraging behaviour to solve continuous optimization problems. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2009, vol. 223, iss. 12, pp. 2919–2938. https://doi.org/10.1243/09544062JMES1494
  16. Cuevas E., Sencion-Echauri F., Zaldivar D., Perez-Cisneros M. Multi-circle detection on images using Artificial Bee Colony (ABC) optimization. Soft Computing, 2012, vol. 16, iss. 2, pp. 281–296. https://doi.org/10.1007/s00500-011-0741-0
  17. Toktas A. Multi-objective design of multilayer microwave dielectric filters using artificial bee colony algorithm. In: Carbas S., Toktas A., Ustun D. (eds.) Nature-Inspired Metaheuristic Algorithms for Engineering Optimization Applications. Springer Tracts in Nature-Inspired Computing. Springer, Singapore, 2021, pp. 357–372. https://doi.org/10.1007/978-981-33-6773-9_16
  18. Aizenshtat A. Ya. The defining relations of the endomorphism semigroup of a finite linearly ordered set. Sibirskii Matematicheskii Zhurnal, 1962, vol. 3, iss. 2, pp. 161–169 (in Russian).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».