Kytkentäkentät - Rekursio, Cantor-verkko. Kytkentäkentän ominaisarvoja

Samankaltaiset tiedostot
Kytkentäkentät - Rekursio, Cantor-verkko

Kytkentäkentät, luento 2 - Kolmiportaiset kentät

Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Kytkentäkentät, luento 2 - Kolmiportaiset kentät

Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Piirikytkentäiset kytkentäkentät. Kapeakaistakenttä kytkee PCM-aikavälejä

Kytkentäkentän teknologia

Piirikytkentäiset kytkentäkentät

Kytkentäkentän teknologia

Kytkentäkentän teknologia

Algoritmit 2. Luento 8 To Timo Männikkö

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Potenssi eli potenssiin korotus on laskutoimitus, jossa luku kerrotaan itsellään useita kertoja. Esimerkiksi 5 4 = Yleisesti.

1.4 Funktioiden kertaluokat

Tietorakenteet ja algoritmit Johdanto Lauri Malmi / Ari Korhonen

Tutkimusmenetelmät-kurssi, s-2004

Verkon värittämistä hajautetuilla algoritmeilla

Vuonohjaus: ikkunamekanismi

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (syksy 2015)

Tietorakenteet ja algoritmit syksy Laskuharjoitus 1

Tietorakenteet ja algoritmit - syksy

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

Estojärjestelmä (loss system, menetysjärjestelmä)

Numeeriset menetelmät

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Insinöörimatematiikka A

Nopea kertolasku, Karatsuban algoritmi

Suunnittelu / Asennusohjeet

811120P Diskreetit rakenteet

Algoritmit 2. Luento 14 Ke Timo Männikkö

7. Olemassaolo ja yksikäsitteisyys Galois n kunta GF(q) = F q, jossa on q alkiota, määriteltiin jäännösluokkarenkaaksi

Algoritmit 1. Luento 11 Ti Timo Männikkö

Tietorakenteet (syksy 2013)

Tietorakenteet, laskuharjoitus 1,

4 Tehokkuus ja algoritmien suunnittelu

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

f(n) = Ω(g(n)) jos ja vain jos g(n) = O(f(n))

Rinnakkaistietokoneet luento S

Konnektiivit. On myös huomattava, että vain joillakin luonnollisen kielen konnektiiveilla on vastineensa lauselogiikassa.

Mitta- ja integraaliteoria 2 Harjoitus 1, Olkoon f : A! [0, 1] mitallinen ja m(a) < 1. Näytä, että josonp>1javakio M<1, joille

Rinnakkaistietokoneet luento S

Funktioiden approksimointi ja interpolointi

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

pdfmark=/pages, Raw=/Rotate 90 1 LUKUTEORIAA JA MUITA TYÖKALUJA SALAUKSEEN Lukujoukot Sekalaisia merkintöjä...

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkiratkaisut 3 / vko 10

Algoritmit 1. Luento 12 Ti Timo Männikkö

1 Matriisit ja lineaariset yhtälöryhmät

Ensimmäinen induktioperiaate

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Algoritmit 1. Luento 10 Ke Timo Männikkö

Ensimmäinen induktioperiaate

Estynyt puheluyritys menetetään ei johda uusintayritykseen alkaa uusi miettimisaika: aika seuraavaan yritykseen Exp(γ) pitoaika X Exp(µ)

Johdatus matematiikkaan

811120P Diskreetit rakenteet

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 31. maaliskuuta 2011

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 6. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 6 () Numeeriset menetelmät / 33

811312A Tietorakenteet ja algoritmit, VI Algoritmien suunnitteluparadigmoja

Optimaalisuusehdot. Yleinen minimointitehtävä (NLP): min f(x) kun g i (x) 0 h j (x) = 0

Reaalifunktioista 1 / 17. Reaalifunktioista

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (kevät 2014) Uusinta- ja erilliskoe, , vastauksia

Puhetie, PCM järjestelmä, johtokoodi

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Algoritmit 2. Luento 13 Ti Timo Männikkö

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/137

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 11 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Digitaalitekniikan matematiikka Luku 5 Sivu 1 (22) Lausekkeiden sieventäminen F C F = B + A C. Espresso F = A (A + B) = A A + A B = A B

Kanavointi ja PCM järjestelmä

Matemaattisen analyysin tukikurssi

VJV-vaatimusten referenssipisteen määrittelyperiaatteet. Joulukuu 2011

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Teema 4. Homomorfismeista Ihanne ja tekijärengas. Teema 4 1 / 32

Rekursioyhtälön ratkaisutapa #1: iteratiivinen korvaus

Numeeriset menetelmät

F = AB AC AB C C Tarkistus:

Luento 5: Suurten lineaaristen yhtälöryhmien ratkaiseminen iteratiivisilla menetelmillä

Similaarisuus. Määritelmä. Huom.

Algoritmit 1. Luento 10 Ke Timo Männikkö

Tietorakenteet ja algoritmit

DISKREETTIÄ MATEMATIIKKAA.

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2012

Matematiikan tukikurssi

Olkoon S(n) kutsun merge-sort(a, p, q) tilavaativuus kun p q + 1 = n. Oletetaan merge toteutetuksi vakiotyötilassa (ei-triviaalia mutta mahdollista).

Algoritmit 1. Luento 2 Ke Timo Männikkö

Algoritmit 1. Luento 13 Ti Timo Männikkö

Reiluus. Maxmin-reiluus. Tärkeä näkökohta best effort -tyyppisissä palveluissa. Reiluuden maxmin-määritelmä

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Mediaanisuodattimet. Tähän asti käsitellyt suodattimet ovat olleet lineaarisia. Niille on tyypillistä, että. niiden ominaisuudet tunnetaan hyvin

Tilastotieteen kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Littlen tulos. Littlen lause sanoo. N = λ T. Lause on hyvin käyttökelpoinen yleisyytensä vuoksi

1. Esitä rekursiivinen määritelmä lukujonolle

Todennäköisyysjakaumia

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

(a) Kyllä. Jokainen lähtöjoukon alkio kuvautuu täsmälleen yhteen maalijoukon alkioon.

Yhdysliikennejärjestelyt suomessa sekä tekniikan kuvaus

Transkriptio:

Kytkentäkentät - Rekursio, Cantor-verkko Kertaus Estottomuus Uudelleen järjestely Tiukasti estoton Yleinen kolmiportainen verkko Closin -verkko Benes -verkko Cantor -verkko Kytkentäpisteet ja kompleksisuus Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Kytkentäkentän ominaisarvoja Kytkentäpisteiden lukumäärä on ristikytkentäpisteiden lukumäärä kentässä. Looginen syvyys on signaalin kulkutiellä olevien kytkinten lukumäärä. Esto määräytyy kentän rakenteesta. Kytkentäpisteen ajokyky määritellään ajettavien kytkentäpisteiden lukumäärällä. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Page

Kolmiportaisen kytkentäkentän yleinen esitystapa Kolmiportainen kytkentäkenttä, palautettuna puhtaaseen tilakytkentään, voidaan esittää tilakytkiminä, joista jokainen on kytketty seuraavan portaan jokaiseen kytkimeen. M xn M xn M 3 x M M R R R 3 M Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-3 Closin -verkko M xr R xr 3 R x M M R R R 3 M porras : N = R porras : M = R ja N = R 3 porras 3: M 3 = R Esim. 89 PCM, 6M = 8 x M perusnopeus: M = = 04, R = R 3 = 8*3 = 56, R = 048 ---> tiukasti estoton Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-4 Page

Tiukasti estoton Closin -verkko Closin -verkko on tiukasti estoton, kun toisen portaan kytkinten lukumäärä on R => M + - Erikoistapauksena symmetrinen kytkinkenttä, jossa M = = N R => N - Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-5 Uudelleen järjesteltävä Clos -verkko Kolmiportainen Closin -verkko on uudelleen järjeteltävän estoton, kun R => max(m, ) Erikoistapauksena symmetrinen kytkinkenttä, jossa M = = N R => N Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-6 Page 3

Kytkentä kytkimestä A kytkimeen B M xr R xr 3 R x M A B M R R R 3 M Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-7 Closin teoreeman välttämättömyyden visualisointi n = r = 5 m = r = 3 n = r 3 = 4 m 3 = r = 5 n 3 = m = 3 r = 3 r = 5 r 3 = 4 Eli r = 4 = ( m + n 3 - ) riittää! Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-8 Page 4

Kytkentäkenttien vaihtoehtoinen esitystapa Kytkentäkenttä voidaan esittää käsittelyn helpoittamiseksi joko verkkona tai tasokuviona. Tasokuviossa säästytään yksittäisten yhteyksien piirtämiseltä. Verkkokuva on ymmärtämisen kannalta helpompi. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-9 Kentän rekursiivinen rakentaminen tulot N = p X q Uudelleen järjestettävästi estoton p tasoa lähdöt N = p X q q tasoa p X p q X q p X p q tasoa Kytkentäpisteitä: p q + q p + p q = qp + q p Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-0 Page 5

Kentän rekursiivinen rakentaminen - tulot N = p X q Tiukasti estoton (p - ) tasoa lähdöt N = p X q q tasoa p X (p-) (p-)xp q tasoa q X q Kytkentäpisteitä: p(p-)q + q (p-) + (p-)pq = p(p-)q + q (p-) Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Kytkentäkentän rekursiivinen muodostaminen Rekursiivisessa muodostamisessa kytkentäkentän rakenne välittyy eri tasoille identtisenä. Tiukasti estottoman Closin-verkon yksittäiset kytkimet muodostetaan tiukasti estottomista Closin-verkoista, jne. Tiukasti estottomista kytkimistä voidaan saada aikaa uudelleen järjestettävästi estoton kenttä (CLOSin teoreema). Uudelleen järjestettävästi estottomista moduuleista voidaan rakentaa tiukasti estoton kenttä! Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Page 6

Kytkentäkentän muodostamisen problematiikkaa Ihanteellinen ratkaisu: Vähän kytkentäpisteitä Pieni kompleksisuus Yksinkertainen muodostaa NxN -kytkentäkenttä, miten valita P ja Q??? Kytkentäkentän on laidoiltaan symmetrinen, joten oletuksena valitaan P mahdollisimman pieneksi (esim ) --> Q = N/P. Toisaalta tiukasti estottoman kytkentäkentän ongelma on kentän keskiportaan koon nopea kasvaminen pienillä P:n arvoilla. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-3 x-kytkinten tapaus Mikäli kentän koko on kahden potenssi ( N = n ), voidaan kenttä muodostaa valitsemalla P= ja Q=N/ N/ x N/ N/ x N/ Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-4 Page 7

Esim N=8 ) N/ x N/ N/ x N/ ) Baseline -verkko Käänteinen Baseline -verkko BENES -verkko Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-5 Benes -verkko Benes -verkko on rekursiivisesti x -kytkimistä muodostettu uudelleen järjesteltävä verkko. -puoliverkko tunnetaan nimellä baseline -verkko -puoliverkko tunnetaan nimellä käänteinen baseline - verkko Benes -verkossa on (log N-) porrasta. Kytkentä pisteiden lukumäärä on 4(N/)(log N-) = 4Nlog N-N ~ 4Nlog N Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-6 Page 8

Tiukasti estottoman kytkentäkentän muodostaminen rekursiolla Tiukasti estoton kytkentäkenttä voidaan muodostaa aivan vastaavasti mutta kentän koko kasvaa hyvin nopeasti. Esim. NxN -kenttä muodostettuna Nx N - kytkimistä Valitaan N = n ja n = l, jolloin kenttä rakentuu portaassa n/ kappaleesta ( n/ x n/ )-kytkimiä portaassa (x n/ -) kappaleesta ( n/ x n/ )-kytkimiä 3 portaassa n/ kappaleesta ( n/ x n/ )-kytkimiä Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-7 Jatkoa edelliseen Matemaattisen tarkastelun helpottamiseksi valitaan kytkinten koot hieman toisin. portaassa n/ kappaleesta ( n/ x n/+ )-kytkimiä portaassa (x n/ ) kappaleesta ( n/ x n/ )-kytkimiä 3 portaassa n/ kappaleesta ( n/+ x n/ )-kytkimiä ( n/ x n/+ ) = ( n/ x n/ ) Yhteensä 6( n/ ) kappaletta ( n/ x n/ ) -kytkimiä Rekursiivinen palautuskaava F( n )= 6( n/ )F( n/ ) = 6 l ( n/+n/4+n/8+ + )F( ) ~ N (log N),58 F() = 4N(log N),58 Tiukasti estoton kenttä sisältää eksponentin verran enemmän kytkimiä kuin uudelleen järjesteltävä kenttä Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-8 Page 9

Cantor -verkko on tapa muodostaa tiukasti estottomia kenttiä pienemmällä kytkentäpiste määrällä Peruspalikkana on BENES -verkko. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-9 Cantor -verkko Cantor -verkko on tapa muodostaa tiukasti estottomia kenttiä pienemmällä kytkentäpiste määrällä. Log N rinnakkaista Benes verkkoa N tuloa N lähtöä Log N lähtöä Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-0 Page 0

Cantor verkon ominaisuuksia Kytkentäpisteiden lkm = 4 Nlog N log N = 4N(log N) jos kanavointilaitteita ei lasketa. Cantor verkko on tiukasti estoton! Todistus: Merkataan rinnakkaisten Benes verkkojen määrää m ja Benes portaan numeroa k ja A(k) - portaassa k yhdestä Cantor verkon tulosta ilman uudelleen järjestelyä saavutettavien Benes -kytkinten määrä. A() = m. A() = A(). A(3) = A(). A(k) = A(k ) k = A(k ) k = k- A() (k ) k A(logN) = logn m (logν ) logn 4 = Nm (logν )Ν Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Cantor todistus jatkuu Nm (logn )N > 4 Nm m > logn. Eli jos rinnakkaisia Benes verkkoja on logn kappaletta, Cantor verkko on tiukasti estoton. Ts. Tiukasti estoton Cantor verkko muodostuu laittamalla rinnan logn kappaletta uudelleen järjestettävästi estottomia Benes verkkoja. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7 - Page

Cantor-verkossa saavutettavien kytkinten määrä Log N rinnakkaista Benes verkkoa N tuloa N lähtöä Log N lähtöä A() = A() (ilman uudelleen järjestelyä) Kytkimestä saavutettavien lähtöjen määrä Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-3 Numeerinen esimerkki Cantor verkosta N = 3 x 048 = 6 64 000 m = logn = 6 Demultiplekseissa lähtöjä = 6 kappaletta Multipleksereissa tuloja = 6 kappaletta Muxeja = 64 000 kappaletta Demuxeja = 64 000 kappaletta Benes verkkoja = 6 kappaletta Benes verkoissa portaita = logn - = x6- = 3 kappaletta Benes verkoissa kytkimiä = Nlog N = 6 * 3 M. kussakin Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-4 Page

Kytkentöjen kokonaismäärä kentässä I O I O Yksi yhteen C = {(i,o) i I, o O} (i,o) C ja (i,o ) C o = o Yksi moneen C = {(i,n i ) i I, n i O} (i,o) C ja (i,o) C i = i C - Kytkentöjen kuvaus Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-5 Kytkentäkentän kompleksisuus Kytkentäkentän kompleksisuus on likimain sama kuin kytkentäpisteiden lukumäärä. G on kytkentäkentän erilaisten, sallittujen kytkentöjen C{i,o} kuvaus. ζ(g) on log (G) eli logaritmi erilaisten, sallittujen kytkentöjen määrästä. ( ~ kytkentäpisteiden lukumäärä) ζ(g) käytetään kytkentäkentän kompleksisuuden aproksimoinnissa, sillä NxN -ristikytkentämatriisi sisältää suurimman määrän kytkentäpisteitä vastaavan kokoisista kytkentäkentistä. Mikäli ristikytkentämatriisissa on R-kytkentäpistettä, on siinä maksimissaan R erillistä tilaa (jokaisen kytkentäpisteen auki/kiinni -tila), minkä takia ζ <= R (osa ratkaisuista ei ole sallittuja). Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-6 Page 3

Kompleksisuuden alaraja Oletetaan että kytkentäkenttä on NxN ja sen rakenne on täysiulotteinen. C = N! ζ = log (N!) ~ Nlog (N) -,44N + ½log (N) Benes -verkkolle on ζ ~ (N/)(log N-) = Nlog (N) - ½N eli likimain minimimäärä kytkimiä. Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-7 Benes -verkon kasvu Kytkinten lukumäärä = N/ Baseline verkko BENES -verkko Käänteinen baseline verkko Porrasten lukumäärä = log N - Kytkentäpisteiden lukumäärä on porrasten lukumäärä kytkinten lkm portaassa = 4 N/ ( log N - ) 4N log N Rka/ML -k000 Tiedonvälitystekniikka I 7-8 Page 4