Stochastic models for time complexity of computing tasks: I. Development principles, statistical data mining, identification problems

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper contains the first part of an investigation devoted to the design of the mathematical models for the execution time of user tasks carried out on the virtual calculating nodes. We suppose that the execution time is a random value with the mean and variance depending on the node resources, task parameters, and the current characteristics of the node state. We discover the key features of the mean and variance functions and specify some of their particular cases. Both the mean and variance functions depend on the unknown parameters, and the design of the stochastic model for the time complexity leads to the parameter identification in the form of the generalized maximum likelihood estimates under the heterogeneous statistical information. The paper also contains recommendations concerning the gathering and subsequent usage of this information: the node testbed preparation, stress test planning, and the obtained data processing. The specific illustrating examples of the proposed mathematical model will be presented in the subsequent parts of the investigation.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Andrey V. Borisov

Federal Research Center “Computer Science and Control” of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ABorisov@frccsc.ru
Russian Federation, Moscow

Alexey V. Ivanov

Federal Research Center “Computer Science and Control” of Russian Academy of Sciences

Email: AIvanov@frccsc.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Sirohi P., Agarwal A., Maheshwari P. A Survey on Augmented Virtual Reality: Applications and Future Directions // Seventh Intern. Conf. on Information Technology Trends (ITT). Abu Dhabi, United Arab Emirates, 2020, P. 99—106.
  2. Gupta P., Krishna C., Rajesh R. et al. Industrial Internet of Things in Intelligent Manufacturing: a Review, Approaches, Opportunities, Open Challenges, and Future Directions // Int. J. Interact. Des. Manuf. 2022.
  3. Parveen I., C.A., Anjali, O., Sunder, R. Internet of Things: A Review on Its Applications // Information and Communication Technology for Competitive Strategies (ICTCS 2021). Lecture Notes in Networks and Systems. 2021. V. 400. P. 123—134.
  4. Fraga-Lamas P., Fernández-Caramés T., Suárez-Albela M., Castedo L., González-López M. A Review on Internet of Things for Defense and Public Safety // Sensors. 2016. V. 16. Iss. 10. P. 1644.
  5. Abu Talib M., Abbas S., Nasir Q., Mowakeh M. Systematic literature review on Internet-of-Vehicles Communication Security //Intern. J. of Distributed Sensor Networks. 2018. V. 14. P. 12.
  6. Nocedal J., Wright S. Numerical Optimization. N.Y.: Springer, 2006. 686 p.
  7. Bertsekas D. Convex Optimization Algorithms. Belmont: Athena Scientific, 2015. 576 p.
  8. Kearns M. The Computational Complexity of Machine Learning. Cambridge: MIT Press, 1990. 182 p.
  9. Teller S., Séquin C. Visibility preprocessing for interactive walkthroughs // Proc. 18th Annual Conf. on Computer Graphics and Interactive Techniques. 1991. P. 61—70.
  10. Интриллигатор М. Математические методы оптимизации и экономическая теория. М.: Прогресс, 1975. 600 c.
  11. Хьюбер П. Робастность в статистике. М.: Мир, 1984. 304 c.
  12. Броневич А., Лепский А. Нечеткие модели анализа данных и принятия решений. М.: ВШЭ, 2022. 264 c.
  13. Pankov A., Siemenikhin K. Minimax Estimation for Singular Linear Multivariate Models with Mixed Uncertainty // J Multivariate Analysis. 2007. V. 98. Iss. 1. P. 145—176.
  14. Borisov A. Minimax Estimation in Regression under Sample Conformity Constraints // Mathematics. 2021. V. 9. P. 1080.
  15. Ширяев А. Вероятность. М.: Физматлит, 1989. 644 c.
  16. Tukey J. Exploratory Data Analysis. Boston: Addison-Wesley, 1977. 712 p.
  17. Семенихин К. Двусторонняя вероятностная граница для симметричной унимодальной случайной величины // АиТ. 2019. № 3. С. 103—122.
  18. Ion R., Klaassen C., van der Heuvel E. Sharp Inequalities of Bienaymé-Chebyshev and Gauß Type for Possibly Asymmetric Intervals Around the Mean // TEST. 2023. https://doi.org/10.1007/s11749-022-00844-9
  19. Демиденко Е. Линейная и нелинейная регрессии. М.: Финансы и статистика, 1981. 304 c.
  20. Мудров В., Кушко В. Метод наименьших модулей. М.: URSS, 2022. 64 c.
  21. Koenker R . Quantile Regression. Cambridge: Cambrige University Press, 2005. 368 p.
  22. https://bapco.com/products/sysmark-25/
  23. https://benchmarks.ul.com/pcmark10
  24. https://www.spec.org/cpu2017/
  25. https://www.tpc.org/tpce/
  26. Ермаков С., Козлов В., Жиглявский А. Математическая теория планирования эксперимента. М.: Наука, 1983. 392 c.
  27. Black R. Managing the Testing Process, 3rd Edition: Practical Tools and Techniques for Managing Hardware and Software Testing. Indianapolis: Wiley, 2009. 672 p.
  28. Льюнг Л. Идентификация систем: Теория для пользователя. М.: Наука, 1991. 432 c.
  29. Ивченко Г., Медведев Ю. Математическая статистика. М.: URSS, 2014. 608 c.
  30. Пантелеев А., Метлицкая Д., Алешина Е. Методы глобальной оптимизации. Метаэвристические стратегии и алгоритмы. М.: Вузовская книга, 2013. 244 c.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».