Параллельный алгоритм поиска диссонансов временного ряда для многоядерных ускорителей

Abstract

Диссонанс является уточнением понятия аномальной подпоследовательности (существенно непохожей на остальные подпоследовательности) временного ряда. Задача поиска диссонанса встречается в широком спектре предметных областей, связанных с временными рядами: медицина, экономика, моделирование климата и др. В работе предложен новый параллельный алгоритм поиска диссонанса во временном ряде на платформе многоядерного ускорителя для случая, когда входные данные могут быть размещены в оперативной памяти. Алгоритм использует возможность независимого вычисления евклидовых расстояний между подпоследовательностями ряда. Алгоритм состоит из двух этапов: подготовка данных и поиск. На этапе подготовки выполняется построение вспомогательных матричных структур данных, обеспечивающих распараллеливание и векторизацию вычислений. На стадии поиска осуществляется нахождение диссонанса с помощью построенных структур данных. Выполнена реализация алгоритма для ускорителей архитектур Intel MIC (Many Integrated Core) и NVIDIA GPU, распараллеливание выполнено с помощью технологий программирования OpenMP и OpenAcc соответственно. Представлены результаты вычислительных экспериментов, подтверждающих масштабируемость разработанного алгоритма. Discord is a refinement of the concept of anomalous subsequence of a time series. The discord discovery problem frequently occurs in a wide range of application areas related to time series: medicine, economics, climate modeling, etc. In this paper we propose a new parallel discord discovery algorithm for many-core systems in the case when the input data fit in the main memory. The algorithm exploits the ability to independently calculate the Euclidean distances between the subsequences of the time series. Computations are paralleled using OpenMP and OpenAcc for the Intel MIC (Many Integrated Core) and NVIDIA GPU platforms, respectively. The algorithm consists of two stages, namely precomputations and discovery. At the precomputation stage, we construct the auxiliary matrix data structures to ensure the efficient vectorization of computations on an accelerator. At the discovery stage, the algorithm searches for a discord based on the constructed structures. A number of numerical experiments confirm a high scalability of the proposed algorithm.