ФОРМАЛІЗАЦІЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ КОНВЕЄРІВ ПРОГРАМНИХ КОМПОНЕНТІВ КЛАСИФІКАЦІЇ ЕЛЕКТРОЕНЦЕФАЛОГРАФІЧНИХ СИГНАЛІВ

Анотація

У статті запропоновано формалізований підхід до процесу побудови та оптимізації конвеєрів програмних компонентів класифікації ЕЕГ сигналів. Це обумовлено недосконалістю існуючих методів, зазвичай, емпіричних, при визначенні конфігурації конвеєрів, а також відсутністю формалізованої процедури вибору оптимальних програмних компонентів, яка враховує не лише одну конкретну метрику, а множину метрик. Метою роботи є формалізація й оптимізації конвеєрів програмних компонентів як основи їх автоматизованого використання в програмній системі класифікації ЕЕГ-сигналів. У статті для представлення конвеєра запропоновано використати деревовидну орієнтовану графову структуру. Вузли структури відповідають програмним компонентам, а ребра задають допустимі напрями передавання даних між етапами обробки. Для забезпечення ациклічності, допустимої послідовності етапів, сумісності компонентів і структурної завершеності конфігурацій визначено правила побудови структури. Процедура оптимізації передбачає проведення багатометрикового формалізованого оцінювання. До метрик оцінювання входять точність, F1-міра, площа під ROC-кривою та нормалізований час обробки одного зразка. Усі метрики нормуються, приводяться до єдиного напряму мінімізації та об’єднуються у цільову функцію з ваговими коефіцієнтами. Пошук найбільш оптимальної конфігурації конвеєра реалізується методом змішано-цілочислового лінійного програмування. Експериментальна верифікація запропонованих рішень виконана на реальних ЕЕГ-даних моторної активності пальців верхніх кінцівок. У межах побудованої структури сформовано 8 допустимих конфігурацій конвеєра програмних компонентів. За результатами оптимізації конвеєрів для базового сценарію з однаковими вагами метрик є конфігурація “PCA → CNN”. Одержані результати підтвердили коректність запропонованих формалізацій, їх узгодженість між собою та практичну придатність для автоматизованої побудови й оптимізації конвеєрів програмних компонентів класифікації ЕЕГ-сигналів.