JP3774119B2 - Rate function measuring device and method, program, and recording medium - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レートファンクション測定装置および方法、プログラム、記録媒体に関し、特に通信システムをはじめとして各種システムの性能評価の際に用いられる極限定理で中心的な役割を演じるレートファンクションに関するレートファンクション測定装置および方法、プログラム、記録媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータシステム、通信システムなど各種システムは、確率システムとして捉えられその解析が行われてきた。解析するためには、まず、対象となるシステムをモデル化し、そのモデルについて解析を行う。よく知られているように、電話の通信システムにおいては、電話の呼の到着は、ポアソン過程によって大変精度よくモデル化され、呼の保留時間については、指数分布によって精度良くモデル化される。
従来では、このように、あるシステムを解析する際には、そのシステムをモデル化し、そのモデルを解析することによって性能評価を行うことが中心となっていた。
【0003】
昨今、コンピュータシステムや通信システムなどの各種システムは、大規模化、大容量化が進んでいる。しかしながら、このように大規模化や大容量化したシステムについては、そのモデル化は容易ではなく、たとえモデル化がなされたとしても解析が非常に困難であることが多い。このように、大規模化したシステムや大容量化したシステムを従来の技術によって同様にして性能評価することは非常に困難である。
このような大規模化、大容量化したシステムにおいては、確率論における各種極限定理がシステムの性能評価において良い近似を与えることが知られている。極限定理が成立する領域では、レートファンクションにより確率システムの特性が表現される。レートファンクションとは、対象となる確率量の分布の裾がどのような形状をしているかを表すパラメータである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような極限定理を用いた確率システムのモデル化および解析では、レートファンクションの導出が重要となる。例えば「Duffield et al:"Entropy of ATM Traffic Streams: A Tool for Estimating QoS Parameters,IEEE J.S.A.C.Vol13,No.6,1995」には、「For the purposes of estimating QoS parameters,it is enough to know the rate-function of the ATM traffic stream」と記載されており、レートファンクションが、極限定理、例えばその1つである大偏差原理において中心的な役割を演じることが知られている。
【0005】
しかしながら、従来、このようなレートファンクションを対象となるシステムから直接計測するという考え方は存在しなかった。これは、上記したコンピュータシステムや通信システムなどの各種システムでは、取り扱う確率量自体が小さいため、対象となるシステムから直接測定することは不可能であり、また得られた場合でも精度が低く、極限定理を用いた確率システムのモデル化および解析に使用できないと考えられていたと思われる。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、対象となるシステムからレートファンクションを直接計測できるレートファンクション測定装置および方法、プログラム、記録媒体を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかるレートファンクション測定装置は、極限定理に基づき確率システムを解析する際に、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測するレートファンクション計測装置において、解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測する計測手段と、この計測手段での計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定する確率分布推定手段と、この推定手段により得られた確率補分布P{At≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)を求めるレートファンクション算出手段とを備えるものである。
【0007】
これに加えて、確率分布推定手段では、キュムラント算出手段で、計測手段により計測された確率変数Atの実現値から、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}をキュムラントとして複数算出し、近似式算出手段で、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}を、γに関する所定の関数fi(γ)とパラメータat,iとの積和演算式からなる近似式Ft(γ)を用いて近似し、キュムラント算出手段により算出された各キュムラントを用いてパラメータat,iを求めることにより近似式を求めるようにしたものである。
【0008】
さらに、確率分布推定手段で、異なる2つのパラメータt1,t2における確率補分布P{At1≧γt1}およびP{At2≧γt2}の対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}をそれぞれ推定し、レートファンクション算出手段では、仮レートファンクション算出手段で、確率分布推定手段により得られた対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}を用いて、仮レートファンクションI'2(γ)を求め、出力値補正手段で、確率変数At1の実現値から得られた標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'2(γ)を補正しレートファンクションI2(γ)として出力するようにしたものである。
【0009】
この際、確率分布推定手段で、パラメータt1,t2とは異なるパラメータt3における確率補分布P{At3≧γt3}の対数値logP{At3≧γt3}を推定し、レートファンクション算出手段では、仮レートファンクション算出手段で、確率分布推定手段により得られた対数値logP{At3≧γt3}を用いて、仮レートファンクションI'3(γ)を求めるとともに、出力値補正手段で、標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'3(γ)を補正しレートファンクションI3(γ)として出力し、レートファンクション算出手段の信頼区間算出手段で、パラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)およびI3(γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるようにしてもよい。
【0010】
また、本発明にかかるレートファンクション測定方法は、極限定理に基づき確率システムを解析する際に、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測するレートファンクション計測方法において、解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測する計測ステップと、この計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、推定により得られた確率補分布P{At≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)を求めるレートファンクション算出ステップとを備えている
【0011】
これに加えて、確率分布推定ステップで、計測された確率変数Atの実現値から、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}をキュムラントとして複数算出し、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}を、γに関する所定の関数fi(γ)とパラメータat,iとの積和演算式からなる近似式Ft(γ)を用いて近似し、各キュムラントを用いてパラメータat,iを求めることにより近似式を求めるようにしたものである。
【0012】
さらに、確率分布推定ステップで、異なる2つのパラメータt1,t2における確率補分布P{At1≧γt1}およびP{At2≧γt2}の対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}をそれぞれ推定し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}を用いて、仮レートファンクションI'2(γ)を求め、確率変数At1の実現値から得られた標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'2(γ)を補正しレートファンクションI2(γ)として出力するようにしたものである。
【0013】
この際、確率分布推定ステップで、パラメータt1,t2とは異なるパラメータt3における確率補分布P{At3≧γt3}の対数値logP{At3≧γt3}を推定し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At3≧γt3}を用いて、仮レートファンクションI'3(γ)を求め、標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'3(γ)を補正しレートファンクションI3(γ)として出力し、パラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)およびI3(γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるようにしてもよい。
【0014】
また、本発明にかかるプログラムは、極限定理に基づき確率システムを解析する際に、コンピュータに対して、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測する処理を実行させるためのプログラムにおいて
解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測する計測ステップと、この計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、推定により得られた確率補分布P{At≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)を求めるレートファンクション算出ステップとを備えている
【0015】
これに加えて、確率分布推定ステップで、計測された確率変数Atの実現値から、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}をキュムラントとして複数算出するステップと、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}を、γに関する所定の関数fi(γ)とパラメータat,iとの積和演算式からなる近似式Ft(γ)を用いて近似し、各キュムラントを用いてパラメータat,iを求めることにより近似式を求めるステップとを実行するようにしたものである。
【0016】
さらに、確率分布推定ステップで、異なる2つのパラメータt1,t2における確率補分布P{At1≧γt1}およびP{At2≧γt2}の対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}をそれぞれ推定するステップを実行し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}を用いて、レートファンクションI'2(γ)を求めるステップと、確率変数At1の実現値から得られた標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'2(γ)を補正しレートファンクションI2(γ)として出力するステップとを実行するようにしたものである。
【0017】
この際、確率分布推定ステップで、パラメータt1,t2とは異なるパラメータt3における確率補分布P{At3≧γt3}の対数値logP{At3≧γt3}を推定するステップを実行し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At3≧γt3}を用いて、仮レートファンクションI'3(γ)を求めるステップと、標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'3(γ)を補正しレートファンクションI3(γ)として出力するステップと、パラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)およびI3(γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるステップとを実行するようにしてもよい。
【0018】
また、本発明にかかる記録媒体は、極限定理に基づき確率システムを解析する際に、コンピュータに対して、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測する処理を実行させるためのプログラムを記録したものであり、このプログラムは、解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測する計測ステップと、この計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、推定により得られた確率補分布P{At≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)を求めるレートファンクション算出ステップとを備えている
【0019】
これに加えて、確率分布推定ステップで、計測された確率変数Atの実現値から、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}をキュムラントとして複数算出するステップと、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}を、γに関する所定の関数fi(γ)とパラメータat,iとの積和演算式からなる近似式Ft(γ)を用いて近似し、各キュムラントを用いてパラメータat,iを求めることにより近似式を求めるステップとを実行するようにしたものである。
【0020】
また、確率分布推定ステップで、異なる2つのパラメータt1,t2における確率補分布P{At1≧γt1}およびP{At2≧γt2}の対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}をそれぞれ推定するステップを実行し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}を用いて、レートファンクションI'2(γ)を求めるステップと、確率変数At1の実現値から得られた標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'2(γ)を補正しレートファンクションI2(γ)として出力するステップとを実行するようにしたものである。
【0021】
この際、確率分布推定ステップで、パラメータt1,t2とは異なるパラメータt3における確率補分布P{At3≧γt3}の対数値logP{At3≧γt3}を推定するステップを実行し、レートファンクション算出ステップで、確率分布推定ステップにより得られた対数値logP{At3≧γt3}を用いて、仮レートファンクションI'3(γ)を求めるステップと、標本平均値γAVGで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'3(γ)を補正しレートファンクションI3(γ)として出力するステップと、パラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)およびI3(γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるステップとを実行するようにしてもよい。
【0022】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施の形態にかかるレートファンクション測定装置を示すブロック図である。このレートファンクション測定装置は、解析対象となるコンピュータシステムや通信システムなどの各種システムから、そのシステムの動作状態を示す状態信号(または状態データ)を取り込む入力I/F部2、この入力I/F部2を介して得られた状態信号D_INからシステムの動作状態を示す確率変数の実現値を計測し、その計測結果に基づき所望のレートファンクションを算出出力する演算処理部1、この演算処理部1での各種処理を記述したプログラム31などが記録されている記録媒体3、演算処理部1での各種処理に用いる情報を記憶する記憶部4、演算処理部1に対してレートファンクションの計測開始などの各種指示を入力するための操作入力部5、および演算処理部1で算出されたレートファンクションなどの処理結果を表示するための表示部6が設けられている。
【0023】
演算処理部1には、入力I/F部2で取り込まれたD_INから確率変数の実現値を計測する計測手段10、この計測手段10での計測結果に基づきその確率変数について所定の確率分布を推定する確率分布推定手段11、およびこの確率分布推定手段11で推定された確率分布に基づき所望のレートファンクションを算出するレートファンクション算出手段12が設けられている。
レートファンクション測定装置は、全体としてコンピュータから構成されており、演算処理部1は、記録媒体3に記録されているプログラム31を読み込んで動作するマイクロプロセッサから構成される。したがって、演算処理部1の上記各機能手段については、マイクロプロセッサや記憶部4からなるハードウェア資源と、プログラム31というソフトウェアとが協働することにより、それぞれの機能が実現されている。
【0024】
本発明におけるレートファンクションについて説明する。
レートファンクションとは、時間などのパラメータtを有する確率変数Atの確率量At/tの分布の裾がどのような形状をしているかを表すパラメータ(関数)である。任意の値γとした場合、レートファンクションI(γ)はγを用いた次のような関数として定義できる。
【0025】
【数17】

Figure 0003774119
【0026】
例えば、確率変数Atとして時間t内に転送されるデータ量(例えば、セル数やパケット数)を扱う場合、時間tを十分大きくとると、確率量At/tの分布は、レートファンクションで表される所定の関数形で表現される。
したがって、確率量At/tが任意の値γより大きい確率分布P{At≧γt}は、次のように近似できる。
【0027】
【数18】
Figure 0003774119
【0028】
また、パラメータtがk個の離散的な値をとる場合の確率変数Atを、パラメータtの各離散値ごとの確率変数xkで定義した場合、レートファンクションI(γ)は、次のように表すことができる。
【0029】
【数19】
Figure 0003774119
【0030】
これを物理的に解釈すると、上記式は、確率変数Atのサンプル平均At/tがγ以上である確率が、tを無限大としたとき、tの増加に対してどのような割合でその確率が減少していくかを示していることになる。なお、確率変数Atのサンプル平均At/tがγ以下の場合についても、確率分布P{At≦γt}として同様な議論を行うことができる。
【0031】
本発明では、このような確率分布P{At≦γt}のキュムラント(対数)を所定の近似式、例えば直交多項式またはべき関数の線形和などの近似式で近似することにより、所望のレートファンクションを算出するものとし、その近似式で用いられる直交多項式またはべき関数の各次数に対応するパラメータat,kを、その確率変数Atの実現値から求めたキュムラント値を用いて回帰分析などにより算出するようにしたものである。
【0032】
次に、演算処理部1の構成および動作について詳細に説明する。図2に演算処理部の詳細な構成を示す。
以下では、解析対象システムとしてATM通信システムを想定し、確率変数Atとしてそのシステムの観測点において転送されるセル数をとり、そのパラメータtとして確率変数Atの実現値(ここではセル数)を計数する計測期間を用いる場合を例として説明する。
【0033】
計測手段10には、実現値計測手段10Aと移動平均算出手段10Bとが設けられている。
実現値計測手段10Aでは、入力I/F部2で取り込まれたATM通信システムからの状態信号D_IN(例えば、セル転送タイミングを示すパルス信号など)から、パラメータt1を有する確率変数At1の実現値として、計測期間t1ごとに転送されたセル数を計数し、その計数値を確率変数At1のデータ群At1()として出力する。
【0034】
図3に実現値計測手段の処理手順を示す。
実現値計測手段10Aでは、まず、操作入力部5から計測期間としてt1を設定するとともに(ステップ100)、レートファンクション算出の周期としてT(T≫t1)を設定し(ステップ101)、記憶部4(または演算処理部1内)に設けられた制御カウンタnをクリアする(ステップ102)。
そして、D_INを元にした転送セル数の計数を開始し(ステップ103)、計数開始から計測期間t1だけ経過するまで計数を継続する(ステップ104:NO)。
【0035】
続いて、計測期間t1経過後(ステップ104:YES)、記憶部4に設けられたデータ群を構成する配列At1(n)へその計数値を格納し(ステップ105)、制御カウンタnを1だけインクリメントする(ステップ106)。
このようなステップ103〜106までの計数処理を、周期Tが経過するまで繰り返し実施し(ステップ107:NO)、周期T経過後(ステップ107:YES)、得られたデータ群At1()を記憶部4に出力して(ステップ108)、実現値計測にかかる一連の処理を終了する。
【0036】
移動平均算出手段10Bでは、t1とは異なる計測期間t2,t3ごとに転送されたセル数を計数し、その移動平均値を算出出力する。このとき、t2,t3としてそれぞれt1の整数倍の値n21,n31(但し、n2,n3は2以上の整数で、n2<n3)を選択する。
図4に移動平均算出手段での処理手順を示す。
移動平均処理手順10Bでは、まず、操作入力部5から計測期間としてt2を設定するとともに(ステップ110)、データ群At1()に対する平均算出データ数mとしてn2を設定し(ステップ111)、制御カウンタnをクリアする(ステップ102)。
【0037】
続いて、データ群At1()のうちn番目からn+m−1番目までのm個の実現値を読み込み(ステップ113)、これらm個の実現値の平均値を算出する(ステップ114)。そして、その平均値をデータ群を構成する配列At2(n)へ格納し(ステップ115)、制御カウンタnを1だけインクリメントする(ステップ116)。
このようなステップ113〜116までの計数処理を、T/t1−m+1回だけ繰り返し実施し(ステップ117)、得られたデータ群At2()を記憶部4に出力する(ステップ118)。
さらに、上記ステップ110〜118を計測期間t3について繰り返し実施することにより、データ群At3()を算出して記憶部4に出力し(ステップ119)、一連の処理を終了する。
【0038】
確率分布推定手段11には、キュムラント算出手段11Aと近似式算出手段11Bとが設けられている。
キュムラント算出手段11Aでは、計測手段10で計測されたデータ群At1(),At2(),At3()に基づき、確率変数At1,At2,At3の確率補分布の対数値を示すキュムラント群Ct1(),Ct2(),Ct3()を算出出力する。
【0039】
図5にキュムラント算出手段の処理手順を示す。
キュムラント算出手段11Aでは、まず、記憶部4に記憶されているデータ群At1()のうちから、いずれかの未処理データ(γt1)を選択し(ステップ120)、以下の式に基づき、データ群At1()のうちγt1以上となるデータに関する確率分布のキュムラントを算出する(ステップ121)。
【0040】
【数20】
Figure 0003774119
【0041】
これにより算出された値をその未処理データに対応するキュムラント値として、キュムラント群を構成する配列Ct1()へ格納する(ステップ122)。
このようなステップ120〜122までのステップを、データ群At()のすべてのデータについて繰り返し実施し(ステップ123)、得られたキュムラント群Ct1()を記憶部4に出力する(ステップ124)。
さらに、上記ステップ120〜124を計測期間t2,t3についてそれぞれ繰り返し実施することにより、キュムラント群Ct2(),Ct3()を算出して出力し(ステップ125)、一連の処理を終了する。
【0042】
近似式算出手段11Bでは、確率変数At1,At2,At3で共通の直交多項式やべき関数の線形和を用いた近似式で、各確率変数At1,At2,At3ごとにそれぞれの確率分布のキュムラントを近似し、それぞれのキュムラント群Ct1(),Ct2(),Ct3()を元にして各近似式に含まれるパラメータを回帰分析などにより算出することにより、各近似式を求める。
図6に近似式算出手段11Bの処理手順を示す。
近似式算出手段11Bでは、まず、確率変数At1について、その確率補分布のキュムラントを複数の関数f1(γ),f2(γ),…,fk(γ)(kは2以上の整数)とパラメータa11,a12,…,a1kの積和演算式からなる次の近似式F1(γ)で近似する。
【0043】
【数21】
Figure 0003774119
【0044】
そして、キュムラント算出手段11Aで算出した確率変数At1に関するキュムラント群Ct1()を元にして、任意のγに対するキュムラント値をその近似式にそれぞれ当てはめて回帰分析などを行うことにより、近似式のパラメータa11,a12,…,a1kを算出し、確率変数At1における近似式を求める。(ステップ130)。このとき、例えば最小二乗法により任意のγに対するキュムラント値とその近似式による近似値との誤差の二乗の総和が最小となるように、パラメータa11,a12,…,a1kを選択すればよい。
【0045】
同様にして、確率変数At2,At3について、その確率分布のキュムラントを次の近似式でそれぞれ近似し、キュムラント群Ct2(),Ct3()を元にして回帰分析などを行う。このとき、近似式としては、確率変数At1で用いたものと同じ関数f1(γ),f2(γ),…,fk(γ)から構成され、これら関数fに乗算されるパラメータai1,ai2,…,aikのみが異なる近似式Fi(γ)を用いる。
【0046】
【数22】
Figure 0003774119
【0047】
これにより、近似式のパラメータa21,a22,…,a2kおよびパラメータa31,a32,…,a3kをそれぞれ算出し、確率変数At2,At3における近似式を求め(ステップ131,132)、算出したこれらパラメータai1,ai2,…,aik(但し、i=1,2,3)を記憶部4に記憶して、一連の処理を終了する。
【0048】
レートファンクション算出手段12には、仮レートファンクション算出手段12A、平均算出手段12B、出力値補正手段12C、信頼区間算出手段12Dが設けられている。
仮レートファンクション算出手段12Aでは、近似式算出手段11Bで算出された、確率変数At1,At2,At3における各近似式F1(γ),F2(γ),F3(γ)から、仮レートファンクションI'2(γ),I'3(γ)を算出する。
【0049】
図7に仮レートファンクション算出手段12Aの処理手順を示す。
仮レートファンクション算出手段12Aでは、まず、記憶部4に記憶されたパラメータai1,ai2,…,aikを読み出し、近似式算出手段12で算出された各近似式を読み込む(ステップ140)。そして、次の式に基づき仮レートファンクションI'2(γ),I'3(γ)を求めて(ステップ141)、一連の処理を終了する。
【0050】
【数23】
Figure 0003774119
【0051】
図8に平均値算出手段12Bの処理手順を示す。
平均算出手段12Bでは、計測手段10の実現値計測手段10Aで計測された確率変数At1に関するデータ群At1()から、その標本平均値γAVGを算出し(ステップ150)、一連の処理を終了する。
【0052】
出力値補正手段12Cでは、レートファンクションI(γ)がγ=標本平均値γAVGのとき、I(γ)=0となる性質に基づき、平均算出手段12Bで算出された標本平均値γAVGを用いて、仮レートファンクション算出手段12Aで算出された仮レートファンクションI'2(γ),I'3(γ)を補正することにより所望のレートファンクションIを算出する。
【0053】
図9に出力値補正手段12Cの処理手順を示す。
出力値補正手段12Cでは、まず、γに対して平均算出手段12Bで算出された標本平均値γAVGを設定する(ステップ160)。次に、仮レートファンクション算出手段12Aで求められた仮レートファンクションI'2(γ)を元にして、γを補正するγ2を用いて表現した、次のようなレートファンクションI2(γ)を定義する。
【0054】
【数24】
Figure 0003774119
【0055】
そして、I2(γAVG)=0となるようにγ2を選択して上記式を補正し、所望のレートファンクションI2(γ)の式を求める(ステップ161)。
同様にして、仮レートファンクション算出手段12Aで求められた仮レートファンクションI'3(γ)を元にして、γを補正するγ3を用いて表現した、次のようなレートファンクションI3(γ)を定義する。
【0056】
【数25】
Figure 0003774119
【0057】
そして、I3(γAVG)=0となるようにγ3を選択して上記式を補正し、所望のレートファンクションI3(γ)の式を求め(ステップ162)、一連の処理を終了する。
【0058】
信頼区間算出手段12Dでは、出力値補正手段12Cで求められたレートファンクションI2(γ),I3(γ)の値の差が、所定の許容誤差ε内に収まるγの範囲γmin,γmaxを求め、レートファンクションI2(γ)またはI3(γ)とともに記憶部4または表示部6に出力する。理論的にレートファンクションI2(γ),I3(γ)はいずれも同じ関数となるが、有限の測定結果に基づき近似したレートファンクションには誤差が含まれる。
したがって、異なるパラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)とレートファンクションI3(γ)との差が、所望の許容誤差ε内に収まるγの範囲を提示することにより、所望の信頼性をもってレートファンクションを利用できる。
【0059】
図10に信頼区間算出手段の処理手順を示す。
まず、信頼区間算出手段12Dでは、レートファンクションに対する所望の許容誤差をεに設定し(ステップ170)、次の式を満足するγの範囲γmin,γmaxを求める(ステッ171)。
【0060】
【数26】
Figure 0003774119
【0061】
そして、得られたγの範囲γmin,γmaxとレートファンクションI2(γ)またはI3(γ)とを出力し(ステップ172)、一連の処理を終了する。
【0062】
このように、演算処理部1において、解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測手段10で計測し、この計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を確率分布推定手段11で推定し、これにより得られた確率補分布P{At≧γt}の分布状態を示すレートファンクションI(γ)をレートファンクション算出手段12で算出出力するようにしたので、対象となるシステムからレートファンクションを直接計測することが可能となる。
したがって、極限定理の1つであ大偏差原理によって得られる結果(理論)を、実際に利用することが可能になり、大規模化、大容量化したシステムなど極限定理が成立する領域における確率システムの特性を把握でき、性能評価、目標品質を満足する設備設計などへの応用が可能になる。
【0063】
また、確率分布推定手段11のキュムラント算出手段11Aで、計測手段10により計測された確率変数Atの実現値から、確率補分布P{At≧γt}の対数値logP{At≧γt}をキュムラントとして複数算出し、近似式算出手段11Bで、対数値logP{At≧γt}をγに関する所定の関数fi(γ)とパラメータaiとの積和演算式からなる近似式F(γ)を用いて近似し、キュムラント算出手段11Aにより算出された各キュムラントを用いてパラメータaiを求めることにより近似式を求めるようにしたので、確率変数Atの実現値を用いて正確に確率補分布P{At≧γt}を推定できる。
【0064】
また、確率分布推定手段11で、異なる2つのパラメータt1,t2における確率補分布P{At1≧γt1}およびP{At2≧γt2}の対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}をそれぞれ推定し、レートファンクション算出手段12の仮レートファンクション算出手段12Aで、推定手段で得られた対数値logP{At1≧γt1}およびlogP{At2≧γt2}を用いて、仮レートファンクションI'2(γ)を求め、出力値補正手段12Cで、標本平均値γで0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI'2(γ)を補正しレートファンクションI2(γ)として出力するようにしたので、γ=標本平均値の場合にI(γ)=0となるレートファンクションI(γ)の性質に則した誤差の少ないレートファンクションを算出できる。
【0065】
また、確率分布推定手段11で、上記と同様にしてパラメータt1,t2とは異なるパラメータt3における確率補分布P{At3≧γt3}の対数値logP{At3≧γt3}を推定するとともに、レートファンクション算出手段12で、その対数値logP{At3≧γt3}を用いて得られた仮レートファンクションI'3(γ)を補正しレートファンクションI3(γ)として出力し、さらに信頼区間算出手段12Dで、パラメータt2,t3について得られたレートファンクションI2(γ)およびI3(γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるようにしたので、有限の測定結果に基づき近似したレートファンクションに含まれる誤差が、所望の許容絶対誤差ε内に収まるγの範囲を提示することができ、得られたレートファンクションを所望の信頼性をもって利用できる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、計測手段において、解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測し、確率分布推定手段において、この計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定し、レートファンクション算出手段において、確率分布推定手段により得られた確率補分布P{At≧γt}の分布状態を示すレートファンクションI(γ)を算出するようにしたものである。
そして、確率分布推定手段により、計測された確率変数A t の実現値から、確率補分布P{A t ≧γt}の対数値 log P{A t ≧γt}をキュムラントとして複数算出し、確率補分布P{A t ≧γt}の対数値 log P{A t ≧γt}を、γに関する所定の関数f i (γ)とパラメータa t,i との積和演算式からなる近似式F t (γ)を用いて近似し、各キュムラントを用いてパラメータa t,i を求めることにより近似式を求めるようにしたものである。
さらに、確率分布推定手段により、異なる2つのパラメータt 1 ,t 2 における確率補分布P{A t1 ≧γt 1 }およびP{A t2 ≧γt 2 }の対数値 log P{A t1 ≧γt 1 }および log P{A t2 ≧γt 2 }をそれぞれ推定し、レートファンクション算出手段により、確率分布推定で得られた対数値 log P{A t1 ≧γt 1 }および log P{A t2 ≧γt 2 }を用いて、仮レートファンクションI ' 2 (γ)を求め、確率変数A t1 の実現値から得られた標本平均値γ AVG で0(ゼロ)となるように仮レートファンクションI ' 2 (γ)を補正しレートファンクションI 2 (γ)として出力するようにしたものである。
これにより、対象となるシステムからレートファンクションを直接計測することが可能となる。
したがって、極限定理の1つである大偏差原理によって得られる結果(理論)を、実際に利用することが可能になり、大規模化したシステムや大容量化したシステムなど、極限定理が成立する領域における確率システムの特性を把握でき、対象となるシステムの性能評価、目標品質を満足する設備設計などへの応用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態によるレートファンクション測定装置を示すブロック図である。
【図2】 演算処理部の詳細を示すブロック図である。
【図3】 演算処理部の実現値計測手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図4】 演算処理部の移動平均算出手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図5】 演算処理部のキュムラント算出手段におけるの処理手順を示すフローチャートである。
【図6】 演算処理部の近似式算出手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図7】 演算処理部の平均算出手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図8】 演算処理部の仮レートファンクション算出手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図9】 演算処理部の出力値補正手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図10】 演算処理部の信頼区間算出手段における処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…演算処理部、10…計測手段、10A…実現値計測手段、10B…移動平均算出手段、11…キュムラント算出手段、11B…近似式算出手段、12…レートファンクション算出手段、12A…仮レートファンクション算出手段、12B…平均算出手段、12C…出力値補正手段、12D…信頼区間算出手段、2…入力I/F部、3…記憶媒体、31…プログラム、4…記憶部、5…操作入力部、6…表示部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rate function measuring apparatus and method, a program, and a recording medium, and more particularly to a rate function measuring apparatus related to a rate function that plays a central role in the limit theorem used in performance evaluation of various systems including a communication system, and The present invention relates to a method, a program, and a recording medium.
[0002]
[Prior art]
Various systems such as computer systems and communication systems have been regarded as stochastic systems and have been analyzed. In order to analyze, first, a target system is modeled, and the model is analyzed. As is well known, in a telephone communication system, the arrival of a telephone call is modeled with high accuracy by the Poisson process, and the call hold time is modeled with high accuracy by an exponential distribution.
Conventionally, when a certain system is analyzed as described above, the system has been modeled and performance evaluation is performed by analyzing the model.
[0003]
In recent years, various systems such as computer systems and communication systems have been increased in scale and capacity. However, it is not easy to model such a large-scale or large-capacity system, and it is often very difficult to analyze even if it is modeled. As described above, it is very difficult to evaluate the performance of a large-scale system or a large-capacity system in the same manner using conventional techniques.
In such large-scale and large-capacity systems, it is known that various limit theorems in probability theory give good approximations in system performance evaluation. In the area where the limit theorem holds, the characteristics of the stochastic system are expressed by the rate function. The rate function is a parameter that represents the shape of the tail of the distribution of the target probability amount.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In modeling and analysis of a stochastic system using such limit theorems, it is important to derive a rate function. For example, `` Duffield et al: '' Entropy of ATM Traffic Streams: A Tool for Estimating QoS Parameters, IEEE JSACVol13, No.6,1995 function of the ATM traffic stream ”, and it is known that the rate function plays a central role in the limit theorem, such as the large deviation principle.
[0005]
However, conventionally, there has been no idea of directly measuring such a rate function from the target system. This is because the above-mentioned various systems such as computer systems and communication systems handle a small amount of probability, and thus cannot be directly measured from the target system. It seems that it was thought that it could not be used for modeling and analysis of stochastic systems using the theorem.
An object of the present invention is to provide a rate function measuring apparatus and method, a program, and a recording medium capable of directly measuring a rate function from a target system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a rate function measuring apparatus according to the present invention, when analyzing a stochastic system based on the limit theorem, measures a rate function that expresses a distribution of random variables of the stochastic system. In a measuring device, a random variable A having a parameter t from a stochastic system to be analyzedtAnd a random variable A based on the measurement result of the measurement means and the measurement result of the measurement means.tThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {AtProbability distribution estimation means for estimating ≧ γt} and the probability complementary distribution P {A obtained by this estimation meanstRate function calculating means for obtaining a rate function I (γ) indicating a shape of ≧ γt}.
[0007]
  In addition to this,In the probability distribution estimating means, the random variable A measured by the measuring means in the cumulant calculating means.tFrom the actual value of the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is calculated as a cumulant, and the approximate expression calculation means calculates the probability complement distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is a predetermined function f related to γi(Γ) and parameter at, iApproximation formula F consisting of product-sum operation formula withtThe parameter a is approximated using (γ) and each cumulant calculated by the cumulant calculating means is used.t, iThe approximate expression is obtained by obtaining.
[0008]
  further,Two different parameters t in the probability distribution estimation means1, T2Probability distribution P {A int1≧ γt1} And P {At2≧ γt2} Logarithm logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2} And rate function calculation meansThenTemporary rate function calculation meansBy means of probability distribution estimationThe obtained logarithmic value logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2}, The provisional rate function I ′2(Γ) is obtained, and the output value correction means calculates the random variable At1Sample mean γ obtained from realization ofAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) at2Rate function I after correcting (γ)2This is output as (γ).
[0009]
  On this occasion,Probability distribution estimation means, parameter t1, T2Parameter t different fromThreeProbability distribution P {A int3≧ γtThree} Logarithm logP {At3≧ γtThree}, And rate function calculation meansIsTemporary rate function calculation meansBy means of probability distribution estimationThe obtained logarithmic value logP {At3≧ γtThree}, The provisional rate function I ′Three(Γ) is obtained, and the sample average value γ is obtained by the output value correcting means.AVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) atThreeRate function I after correcting (γ)Three(Γ), and the parameter t is calculated by the confidence interval calculation means of the rate function calculation means.2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and IThreeA range of γ where the difference of (γ) is equal to or smaller than a predetermined allowable absolute error ε may be obtained as the confidence interval.
[0010]
  The rate function measurement method according to the present invention is an analysis target in a rate function measurement method that measures a rate function that expresses the distribution of random variables of the probability system when analyzing the probability system based on the limit theorem. Random variable A with parameter t from stochastic systemtMeasure actual value ofMeasuring steps toBased on the measurement result, the random variable AtThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {At≧ γt} is estimatedA probability distribution estimation step, Probability distribution P {A obtained by estimationtObtain rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}A rate function calculating step..
[0011]
  In addition to this, in the probability distribution estimation step,Measured random variable AtFrom the actual value of the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is calculated as a cumulant, and the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is a predetermined function f related to γi(Γ) and parameter at, iApproximation formula F consisting of product-sum operation formula withtApproximation using (γ) and parameter a using each cumulantt, iTo find an approximate expression byIt is a thing.
[0012]
  In the probability distribution estimation step,Two different parameters t1, T2Probability distribution P {A int1≧ γt1} And P {At2≧ γt2} Logarithm logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2} Respectively,In the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2}, The provisional rate function I ′2(Γ) is obtained, and the random variable At1Sample mean γ obtained from realization ofAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) at2Rate function I after correcting (γ)2Output as (γ)It is a thing.
[0013]
  At this time, in the probability distribution estimation step,Parameter t1, T2Parameter t different fromThreeProbability distribution P {A int3≧ γtThree} Logarithm logP {At3≧ γtThree}In the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At3≧ γtThree}, The provisional rate function I ′Three(Γ) is obtained and the sample average value γAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) atThreeRate function I after correcting (γ)ThreeOutput as (γ), parameter t2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and IThreeA range of γ where the difference of (γ) is equal to or smaller than a predetermined allowable absolute error ε may be obtained as the confidence interval.
[0014]
  The program according to the present invention, when analyzing a stochastic system based on the limit theorem, causes a computer to execute a process of measuring a rate function expressing the distribution of random variables of the stochastic system.programIn,
To be analyzedprobabilityRandom variable A with parameter t from the systemtMeasure the real value ofmeasurementBased on the step and the measurement result, the random variable AtThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {AtEstimate ≧ γt}Probability distribution estimationStep and probability complement distribution P {A obtained by estimationtObtain rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}Rate function calculationStep andHave.
[0015]
  In addition to this, in the probability distribution estimation step,Measured random variable AtFrom the actual value of the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}tA step of calculating a plurality of ≧ γt} as a cumulant, and a probability complementary distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is a predetermined function f related to γi(Γ) and parameter at, iApproximation formula F consisting of product-sum operation formula withtApproximation using (γ) and parameter a using each cumulantt, iObtaining an approximate expression by obtainingIt is something to be executed.
[0016]
  In the probability distribution estimation step,Two different parameters t1, T2Probability distribution P {A int1≧ γt1} And P {At2≧ γt2} Logarithm logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2} For each estimationAnd at the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2}, The rate function I ′2A step of obtaining (γ) and a random variable At1Sample mean γ obtained from realization ofAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) at2Rate function I after correcting (γ)2Outputting as (γ)It is something to be executed.
[0017]
  At this time, in the probability distribution estimation step,Parameter t1, T2Parameter t different fromThreeProbability distribution P {A int3≧ γtThree} Logarithm logP {At3≧ γtThree} Step of estimatingAnd at the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At3≧ γtThree}, The provisional rate function I ′ThreeThe step of obtaining (γ) and the sample mean value γAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) atThreeRate function I after correcting (γ)ThreeA step of outputting as (γ) and a parameter t2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and IThreeObtaining a range of γ in which the difference of (γ) is less than or equal to a predetermined allowable absolute error ε as a confidence interval;ExecuteYou may do it.
[0018]
  The recording medium according to the present invention, when analyzing a probability system based on the limit theorem, causes a computer to execute a process of measuring a rate function that expresses a distribution of random variables of the probability system.It is a recording of the program., Subject to analysisprobabilityRandom variable A with parameter t from the systemtMeasure the real value ofmeasurementBased on the step and the measurement result, the random variable AtThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {AtEstimate ≧ γt}Probability distribution estimationStep and probability complement distribution P {A obtained by estimationtObtain rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}Rate function calculationStep andHave.
[0019]
  In addition to this, in the probability distribution estimation step,Measured random variable AtFrom the actual value of the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}tA step of calculating a plurality of ≧ γt} as cumulants, and a probability complementary distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is a predetermined function f related to γi(Γ) and parameter at, iApproximation formula F consisting of product-sum operation formula withtApproximation using (γ) and parameter a using each cumulantt, iObtaining an approximate expression by obtainingIt is something to be executed.
[0020]
  Also,In the probability distribution estimation step,Two different parameters t1, T2Probability distribution P {A int1≧ γt1} And P {At2≧ γt2} Logarithm logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2} For each estimationAnd at the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2}, The rate function I ′2A step of obtaining (γ) and a random variable At1Sample mean γ obtained from realization ofAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) at2Rate function I after correcting (γ)2Outputting as (γ)It is something to be executed.
[0021]
  At this time, in the probability distribution estimation step,Parameter t1, T2Parameter t different fromThreeProbability distribution P {A int3≧ γtThree} Logarithm logP {At3≧ γtThree} Step of estimatingAnd at the rate function calculation step, the probability distribution estimation stepThe obtained logarithmic value logP {At3≧ γtThree}, The provisional rate function I ′ThreeThe step of obtaining (γ) and the sample mean value γAVGTemporary rate function I 'to be 0 (zero) atThreeRate function I after correcting (γ)ThreeA step of outputting as (γ) and a parameter t2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and IThreeObtaining a range of γ in which the difference of (γ) is less than or equal to a predetermined allowable absolute error ε as a confidence interval;ExecuteYou may do it.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a rate function measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This rate function measuring apparatus includes an input I / F unit 2 that takes in a state signal (or state data) indicating an operation state of the system from various systems such as a computer system or a communication system to be analyzed, and this input I / F. An arithmetic processing unit 1 that measures an actual value of a random variable indicating the operating state of the system from the state signal D_IN obtained via the unit 2, calculates and outputs a desired rate function based on the measurement result, and the arithmetic processing unit 1 A recording medium 3 in which a program 31 describing various processes is recorded, a storage unit 4 that stores information used for various processes in the arithmetic processing unit 1, a rate function measurement start for the arithmetic processing unit 1, etc. Processing input unit 5 for inputting various instructions and processing results such as rate function calculated by the arithmetic processing unit 1 The display unit 6 for displaying is provided.
[0023]
The arithmetic processing unit 1 includes a measuring unit 10 that measures an actual value of a random variable from D_IN fetched by the input I / F unit 2, and a predetermined probability distribution for the random variable based on the measurement result of the measuring unit 10. Probability distribution estimation means 11 for estimation and rate function calculation means 12 for calculating a desired rate function based on the probability distribution estimated by the probability distribution estimation means 11 are provided.
The rate function measuring apparatus is composed of a computer as a whole, and the arithmetic processing unit 1 is composed of a microprocessor that operates by reading a program 31 recorded in the recording medium 3. Therefore, each function means of the arithmetic processing unit 1 is realized by the cooperation of hardware resources including the microprocessor and the storage unit 4 and software called the program 31.
[0024]
The rate function in the present invention will be described.
The rate function is a random variable A having a parameter t such as time.tProbability amount AtThis is a parameter (function) indicating the shape of the tail of the / t distribution. When an arbitrary value γ is used, the rate function I (γ) can be defined as the following function using γ.
[0025]
[Expression 17]
Figure 0003774119
[0026]
For example, the random variable AtAssuming that the amount of data transferred within time t (for example, the number of cells and the number of packets) is handled, if the time t is sufficiently large, the probability amount AtThe distribution of / t is expressed in a predetermined function form represented by a rate function.
Therefore, the probability amount AtProbability distribution P {A where / t is larger than an arbitrary value γt≧ γt} can be approximated as follows.
[0027]
[Formula 18]
Figure 0003774119
[0028]
Further, the random variable A when the parameter t takes k discrete values.tIs a random variable x for each discrete value of the parameter t.kIn this case, the rate function I (γ) can be expressed as follows.
[0029]
[Equation 19]
Figure 0003774119
[0030]
Physically interpreting this, the above equation can be expressed as a random variable AtSample average AtThe probability that / t is equal to or greater than γ indicates the rate at which the probability decreases with increasing t when t is infinite. The random variable AtSample average AtEven in the case where / t is γ or less, the probability distribution P {AtA similar argument can be made with ≦ γt}.
[0031]
In the present invention, such a probability distribution P {AtA desired rate function is calculated by approximating a cumulant (logarithm) of ≦ γt} with a predetermined approximate expression, for example, an approximate expression such as an orthogonal polynomial or a linear sum of power functions, and the orthogonality used in the approximate expression Parameter a corresponding to each degree of the polynomial or power functiont, k, The random variable AtIt is calculated by regression analysis etc. using the cumulant value obtained from the realization value.
[0032]
Next, the configuration and operation of the arithmetic processing unit 1 will be described in detail. FIG. 2 shows a detailed configuration of the arithmetic processing unit.
In the following, an ATM communication system is assumed as an analysis target system, and a random variable AtIs the number of cells transferred at the observation point of the system, and the parameter t is a random variable AtAn example will be described in which a measurement period for counting the realization value (here, the number of cells) is used.
[0033]
The measurement means 10 is provided with an actual value measurement means 10A and a moving average calculation means 10B.
In the actual value measuring means 10A, the parameter t is determined from the status signal D_IN (for example, a pulse signal indicating the cell transfer timing) from the ATM communication system taken in by the input I / F unit 2.1Random variable A witht1As an actual value of the measurement period t1The number of transferred cells is counted every time, and the counted value is expressed as a random variable A.t1Data group At1Output as ().
[0034]
FIG. 3 shows a processing procedure of the actual value measuring means.
In the actual value measuring means 10A, first, the measurement period from the operation input unit 5 is t.1(Step 100) and T (T >> t) as the rate function calculation period1) Is set (step 101), and the control counter n provided in the storage unit 4 (or in the arithmetic processing unit 1) is cleared (step 102).
Then, counting of the number of transfer cells based on D_IN is started (step 103), and the measurement period t from the start of counting is started.1The counting is continued until only elapses (step 104: NO).
[0035]
Subsequently, the measurement period t1After elapse (step 104: YES), the array A constituting the data group provided in the storage unit 4t1The count value is stored in (n) (step 105), and the control counter n is incremented by 1 (step 106).
The counting process from step 103 to step 106 is repeatedly performed until the period T elapses (step 107: NO), and after the period T elapses (step 107: YES), the obtained data group At1() Is output to the storage unit 4 (step 108), and a series of processes relating to realization value measurement is terminated.
[0036]
In the moving average calculation means 10B, t1Measurement period t different from2, TThreeThe number of transferred cells is counted every time, and the moving average value is calculated and output. At this time, t2, TThreeAs t1An integer multiple of n2t1, NThreet1(However, n2, NThreeIs an integer greater than or equal to 2, n2<NThree) Is selected.
FIG. 4 shows a processing procedure in the moving average calculation means.
In the moving average processing procedure 10B, first, the measurement period from the operation input unit 5 is t.2(Step 110) and data group At1N as the average number of data calculated for ()2Is set (step 111), and the control counter n is cleared (step 102).
[0037]
Subsequently, data group At1The m actual values from the nth to the (n + m−1) th in () are read (step 113), and the average value of these m actual values is calculated (step 114). Then, the average value is converted into an array A constituting the data group.t2(N) is stored (step 115), and the control counter n is incremented by 1 (step 116).
Such a counting process from steps 113 to 116 is performed by T / t.1-M + 1 repeatedly (step 117), and the obtained data group At2() Is output to the storage unit 4 (step 118).
Further, the above steps 110 to 118 are changed to the measurement period t.ThreeBy repeating the above, data group At3() Is calculated and output to the storage unit 4 (step 119), and a series of processing ends.
[0038]
The probability distribution estimating means 11 is provided with a cumulant calculating means 11A and an approximate expression calculating means 11B.
In the cumulant calculating unit 11A, the data group A measured by the measuring unit 10 is used.t1(), At2(), At3Based on (), random variable At1, At2, At3Cumulant group C showing the logarithmic value of the probability complement distribution oft1(), Ct2(), Ct3() Is calculated and output.
[0039]
FIG. 5 shows the processing procedure of the cumulant calculating means.
In the cumulant calculating unit 11A, first, the data group A stored in the storage unit 4 is stored.t1Any unprocessed data (γt) from ()1) (Step 120), and based on the following formula, data group At1Γt of ()1A cumulant of the probability distribution related to the above data is calculated (step 121).
[0040]
[Expression 20]
Figure 0003774119
[0041]
An array Ct that constitutes the cumulant group, with the calculated value as a cumulant value corresponding to the unprocessed data1Store in () (step 122).
Such steps 120 to 122 are referred to as data group A.tRepeatedly performed for all data of () (step 123), and obtained cumulant group Ct1() Is output to the storage unit 4 (step 124).
Further, the above steps 120 to 124 are changed to the measurement period t.2, TThreeCumulant group Ct2(), Ct3() Is calculated and output (step 125), and the series of processes is terminated.
[0042]
In the approximate expression calculation means 11B, the random variable At1, At2, At3And an approximate expression using a linear sum of orthogonal polynomials and power functions common to each random variable At1, At2, At3Approximate the cumulant of each probability distribution for each cumulant group Ct1(), Ct2(), Ct3Each approximate expression is obtained by calculating parameters included in each approximate expression by regression analysis based on ().
FIG. 6 shows a processing procedure of the approximate expression calculation unit 11B.
In the approximate expression calculating means 11B, first, a random variable At1, The cumulant of its probability distribution is given by a plurality of functions f1(Γ), f2(Γ), ..., fk(Γ) (k is an integer of 2 or more) and parameter a11, A12, ..., a1kThe following approximate expression F consisting of1Approximate by (γ).
[0043]
[Expression 21]
Figure 0003774119
[0044]
The random variable A calculated by the cumulant calculating means 11At1Cumulant group Ct1Based on (), a regression analysis or the like is performed by applying a cumulant value for an arbitrary γ to the approximate expression, thereby obtaining a parameter a of the approximate expression.11, A12, ..., a1kAnd the random variable At1Find the approximate expression at. (Step 130). At this time, for example, the parameter a is set so that the sum of the squares of errors between the cumulant value for an arbitrary γ and the approximate value by the approximate expression is minimized by the least square method.11, A12, ..., a1kShould be selected.
[0045]
Similarly, the random variable At2, At3, Each of the probability distribution cumulants is approximated by the following approximate expression, and the cumulant group Ct2(), Ct3Perform regression analysis based on (). At this time, as an approximate expression, a random variable At1The same function f used in1(Γ), f2(Γ), ..., fkParameter a which is composed of (γ) and is multiplied by these functions fi1, Ai2, ..., aikOnly approximate formula Fi(Γ) is used.
[0046]
[Expression 22]
Figure 0003774119
[0047]
As a result, the parameter a of the approximate expressiontwenty one, Atwenty two, ..., a2kAnd parameter a31, A32, ..., a3kAre calculated respectively and the random variable At2, At3Approximation formula is obtained (steps 131 and 132), and these calculated parameters ai1, Ai2, ..., aik(Where i = 1, 2, 3) is stored in the storage unit 4 and the series of processes is terminated.
[0048]
The rate function calculation unit 12 includes a provisional rate function calculation unit 12A, an average calculation unit 12B, an output value correction unit 12C, and a confidence interval calculation unit 12D.
In the provisional rate function calculation means 12A, the random variable A calculated by the approximate expression calculation means 11B.t1, At2, At3Each approximate expression F in1(Γ), F2(Γ), FThreeFrom (γ), provisional rate function I ′2(Γ), I ′Three(Γ) is calculated.
[0049]
FIG. 7 shows the processing procedure of the provisional rate function calculation means 12A.
In the provisional rate function calculating means 12A, first, the parameter a stored in the storage unit 4 is used.i1, Ai2, ..., aikAnd the approximate formulas calculated by the approximate formula calculation means 12 are read (step 140). Then, based on the following formula, the provisional rate function I ′2(Γ), I ′Three(Γ) is obtained (step 141), and the series of processing ends.
[0050]
[Expression 23]
Figure 0003774119
[0051]
FIG. 8 shows a processing procedure of the average value calculation means 12B.
In the average calculation means 12B, the random variable A measured by the actual value measurement means 10A of the measurement means 10t1Data group At1From (), the sample mean γAVGIs calculated (step 150), and the series of processing ends.
[0052]
In the output value correcting means 12C, the rate function I (γ) is γ = sample average value γAVGIn this case, the sample average value γ calculated by the average calculating means 12B based on the property that I (γ) = 0.AVGIs used to calculate the provisional rate function I ′ calculated by the provisional rate function calculation means 12A.2(Γ), I ′ThreeA desired rate function I is calculated by correcting (γ).
[0053]
FIG. 9 shows the processing procedure of the output value correcting means 12C.
In the output value correcting means 12C, first, the sample average value γ calculated by the average calculating means 12B with respect to γ.AVGIs set (step 160). Next, the provisional rate function I ′ obtained by the provisional rate function calculation means 12A.2Γ that corrects γ based on (γ)2The following rate function I expressed using2Define (γ).
[0054]
[Expression 24]
Figure 0003774119
[0055]
And I2AVG) = 0 so that = 02To correct the above equation and the desired rate function I2An expression of (γ) is obtained (step 161).
Similarly, the provisional rate function I ′ obtained by the provisional rate function calculation means 12A.ThreeΓ that corrects γ based on (γ)ThreeThe following rate function I expressed usingThreeDefine (γ).
[0056]
[Expression 25]
Figure 0003774119
[0057]
And IThreeAVG) = 0 so that = 0ThreeTo correct the above equation and the desired rate function IThreeAn expression of (γ) is obtained (step 162), and a series of processing ends.
[0058]
In the confidence interval calculation means 12D, the rate function I obtained by the output value correction means 12C.2(Γ), IThreeThe range of γ where the difference in the values of (γ) falls within the predetermined tolerance εmin, ΓmaxAnd rate function I2(Γ) or IThreeIt outputs to the memory | storage part 4 or the display part 6 with ((gamma)). Theoretically rate function I2(Γ), IThree(Γ) is the same function, but the rate function approximated based on the finite measurement result includes an error.
Therefore, the different parameter t2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and rate function IThreeBy presenting a range of γ within which the difference from (γ) falls within the desired tolerance ε, the rate function can be used with desired reliability.
[0059]
FIG. 10 shows a processing procedure of the confidence interval calculation means.
First, the confidence interval calculation means 12D sets a desired tolerance for the rate function to ε (step 170), and a range γ satisfying the following equation γmin, Γmax is obtained (step 171).
[0060]
[Equation 26]
Figure 0003774119
[0061]
And the range of γ obtained γmin, ΓmaxAnd rate function I2(Γ) or IThree(Γ) is output (step 172), and the series of processing ends.
[0062]
Thus, in the arithmetic processing unit 1, a random variable A having the parameter t from the probability system to be analyzed.tIs measured by the measuring means 10, and based on the measurement result, the random variable AtThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {At≧ γt} is estimated by the probability distribution estimating means 11, and the probability complementary distribution P {AtSince the rate function I (γ) indicating the distribution state of ≧ γt} is calculated and output by the rate function calculating means 12, the rate function can be directly measured from the target system.
Therefore, it is possible to actually use the result (theory) obtained by the large deviation principle, which is one of the limit theorems, and the stochastic system in the region where the limit theorem is established, such as a system with large scale and large capacity. This makes it possible to grasp the characteristics of the product and apply it to performance evaluation and facility design that satisfies the target quality.
[0063]
Further, the random variable A measured by the measuring means 10 by the cumulant calculating means 11A of the probability distribution estimating means 11 is shown.tFrom the actual value of the probability distribution P {AtLogarithmic value logP {A of ≧ γt}t≧ γt} is calculated as a cumulant, and the approximate expression calculation means 11B uses the logarithmic value logP {At≧ γt} is a predetermined function f related to γi(Γ) and parameter aiIs approximated using an approximate expression F (γ) consisting of a product-sum operation expression and a parameter a using each cumulant calculated by the cumulant calculating means 11A.iSince the approximate expression is obtained by obtaining, the random variable AtAccurately using the realization value of P {At≧ γt} can be estimated.
[0064]
Further, the probability distribution estimating means 11 uses two different parameters t1, T2Probability distribution P {A int1≧ γt1} And P {At2≧ γt2} Logarithm logP {At1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2} Are estimated, and the logarithmic value logP {A obtained by the estimation unit is calculated by the provisional rate function calculation unit 12A of the rate function calculation unit 12.t1≧ γt1} And logP {At2≧ γt2}, The provisional rate function I ′2(Γ) is obtained, and the provisional rate function I ′ is obtained by the output value correcting means 12C so that the sample average value γ becomes 0 (zero).2Rate function I after correcting (γ)2Since (γ) is output, it is possible to calculate a rate function with little error in accordance with the property of the rate function I (γ) where I (γ) = 0 when γ = sample average value.
[0065]
Further, the probability distribution estimation means 11 performs the parameter t in the same manner as described above.1, T2Parameter t different fromThreeProbability distribution P {A int3≧ γtThree} Logarithm logP {At3≧ γtThree} And the rate function calculation means 12 calculates the logarithmic value logP {At3≧ γtThree}, The provisional rate function I ′ obtained usingThreeRate function I after correcting (γ)Three(Γ), and the confidence interval calculation means 12D outputs the parameter t2, TThreeRate function I obtained for2(Γ) and IThreeSince the range of γ in which the difference of (γ) is less than or equal to the predetermined allowable absolute error ε is obtained as the confidence interval, the error included in the rate function approximated based on the finite measurement result is the desired allowable absolute error ε. The range of γ within the range can be presented, and the obtained rate function can be used with desired reliability.
[0066]
【The invention's effect】
  As described above, the present inventionIn the measuring means,Random variable A with parameter t from the stochastic system to be analyzedtMeasure the real value ofIn the probability distribution estimation means,Based on this measurement result, the random variable AtThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter ttRandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γtProbability distribution P {At≧ γt},In the rate function calculation means, probability distribution estimation meansProbability complement distribution P {A obtained bytRate function I (γ) indicating the distribution state of ≧ γt}It is to be calculated.
  The probability variable A measured by the probability distribution estimation means t From the actual value of the probability distribution P {A t Logarithmic value of ≧ γt} log P {A t ≧ γt} is calculated as a cumulant, and the probability distribution P {A t Logarithmic value of ≧ γt} log P {A t ≧ γt} is a predetermined function f related to γ i (Γ) and parameter a t, i Approximation formula F consisting of product-sum operation formula with t Approximation using (γ) and parameter a using each cumulant t, i The approximate expression is obtained by obtaining.
  Further, two different parameters t are obtained by the probability distribution estimation means. 1 , T 2 Probability distribution P {A in t1 ≧ γt 1 } And P {A t2 ≧ γt 2 } Logarithmic value log P {A t1 ≧ γt 1 }and log P {A t2 ≧ γt 2 }, And the logarithmic value obtained from the probability distribution estimation by the rate function calculation means log P {A t1 ≧ γt 1 }and log P {A t2 ≧ γt 2 }, Provisional rate function I ' 2 (Γ) is obtained, and the random variable A t1 Sample mean γ obtained from realization of AVG Temporary rate function I to be 0 (zero) at ' 2 Rate function I after correcting (γ) 2 This is output as (γ).
  ThisThe rate function can be measured directly from the target system.
  Therefore, it is possible to actually use the results (theories) obtained by the large deviation principle, which is one of the limit theorems, and the areas where the limit theorem is established, such as large-scale systems and large-capacity systems. This makes it possible to grasp the characteristics of the stochastic system and to apply it to performance evaluation of the target system and facility design that satisfies the target quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a rate function measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing details of an arithmetic processing unit.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure in an actual value measuring means of the arithmetic processing unit.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure in a moving average calculation means of an arithmetic processing unit.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure in the cumulant calculating means of the arithmetic processing unit.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure in an approximate expression calculation unit of the arithmetic processing unit.
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure in an average calculating means of the arithmetic processing unit.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure in provisional rate function calculation means of the arithmetic processing unit.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure in the output value correcting means of the arithmetic processing unit.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure in a confidence interval calculation unit of the arithmetic processing unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arithmetic processing part, 10 ... Measuring means, 10A ... Realized value measuring means, 10B ... Moving average calculating means, 11 ... Cumulant calculating means, 11B ... Approximate expression calculating means, 12 ... Rate function calculating means, 12A ... Temporary rate function Calculation means, 12B ... average calculation means, 12C ... output value correction means, 12D ... confidence interval calculation means, 2 ... input I / F unit, 3 ... storage medium, 31 ... program, 4 ... storage unit, 5 ... operation input unit , 6 ... display section.

Claims (8)

極限定理に基づき確率システムを解析する際に、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測するレートファンクション計測装置において、
解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数Atの実現値を計測する計測手段と、
この計測手段での計測結果に基づき、確率変数Atをパラメータtで除算して得られる確率量At/tが任意の値γ以上となる確率変数Atの確率補分布P{At≧γt}を推定する確率分布推定手段と、
この推定手段により得られた確率補分布P{At≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)
Figure 0003774119
を求めるレートファンクション算出手段とを備え
前記確率分布推定手段は、
前記計測手段により計測された確率変数A t の実現値から、前記確率補分布P{A t ≧γt}の対数値 log P{A t ≧γt}をキュムラントとして複数算出するキュムラント算出手段と、前記確率補分布P{A t ≧γt}の対数値 log P{A t ≧γt}を、γに関する所定の関数f i (γ)とパラメータa t,i との積和演算式からなる近似式F t (γ)
Figure 0003774119
を用いて近似し、前記キュムラント算出手段により算出された前記各キュムラントを用いて前記パラメータa t,i を求めることにより前記近似式を求める近似式算出手段とを有して、異なる2つのパラメータt 1 ,t 2 における確率補分布P{A t1 ≧γt 1 }およびP{A t2 ≧γt 2 }の対数値 log P{A t1 ≧γt 1 }および log P{A t2 ≧γt 2 }をそれぞれ推定し、
前記レートファンクション算出手段は、前記確率分布推定手段で得られた対数値 log P{A t1 ≧γt 1 }および log P{A t2 ≧γt 2 }を用いて、
Figure 0003774119
から仮レートファンクションI ' 2 (γ)を求める仮レートファンクション算出手段と、前記確率変数A t1 の実現値から得られた標本平均値γ AVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションI ' 2 (γ)を補正しレートファンクションI 2 (γ)として出力する出力値補正手段とを有する
ことを特徴とするレートファンクション測定装置。
When analyzing a stochastic system based on the limit theorem, in a rate function measuring device that measures the rate function that expresses the distribution of random variables in the stochastic system,
Measuring means for measuring the actual values of the random variable A t with parameter t from the probability system to be analyzed,
Based on the measurement result in the measuring means, the probability complement distribution P {A t ≧ random variable A t the random variable A t the parameter t in a division with a probability obtained amount A t / t is an arbitrary value γ or probability distribution estimating means for estimating γt};
Rate function I (γ) indicating the shape of the probability complementary distribution P {A t ≧ γt} obtained by this estimation means
Figure 0003774119
And a rate function calculating means for calculating a,
The probability distribution estimation means includes
Wherein the realization of the random variable A t measured by the measuring means, and cumulants calculating means calculates a plurality of logarithmic value log P of the probability auxiliary distribution P {A t ≧ γt} { A t ≧ γt} as cumulants, the The logarithmic value log P {A t ≧ γt} of the probability complement distribution P {A t ≧ γt} is expressed by an approximate expression F consisting of a product-sum operation expression of a predetermined function f i (γ) related to γ and a parameter at , i t (γ)
Figure 0003774119
And approximate expression calculation means for obtaining the approximate expression by obtaining the parameter a t, i using each cumulant calculated by the cumulant calculation means, and having two different parameters t 1, the probability complement distribution P in t 2 {a t1 ≧ γt 1 } and P {a t2 γt 2} logarithm log P {a t1 ≧ γt 1 } and of log P {a t2 ≧ γt 2 } to estimate each And
The rate function calculating means uses the logarithmic values log P {A t1 ≧ γt 1 } and log P {A t2 ≧ γt 2 } obtained by the probability distribution estimating means ,
Figure 0003774119
A temporary rate function calculating means for calculating a temporary rate function I '2 (gamma) from the random variable A 0 obtained in sample average value gamma AVG from realization of t1 (zero) and so as to the temporary rate function I A rate function measuring device comprising: output value correcting means for correcting ' 2 (γ) and outputting it as rate function I 2 (γ) .
請求項1記載のレートファンクション測定装置において、
前記確率分布推定手段は、前記パラメータt 1 ,t 2 とは異なるパラメータt 3 における確率補分布P{A t3 ≧γt 3 }の対数値 log P{A t3 ≧γt 3 }を推定し、
前記レートファンクション算出手段は、仮レートファンクション算出手段で、前記確率分布推定手段で得られた対数値 log P{A t3 ≧γt 3 }を用いて、
Figure 0003774119
から仮レートファンクションI ' 3 (γ)を求めるとともに、前記出力値補正手段で、前記標本平均値γ AVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションI ' 3 (γ)を補正しレートファンクションI 3 (γ)として出力し、
前記レートファンクション算出手段は、前記パラメータt 2 ,t 3 について得られた前記レートファンクションI 2 (γ)およびI 3 (γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求める信頼区間算出手段をさらに有する
ことを特徴とするレートファンクション測定装置。
The rate function measuring device according to claim 1,
The probability distribution estimation means estimates a logarithmic value log P {A t3 ≧ γt 3 } of a probability complementary distribution P {A t3 ≧ γt 3 } in a parameter t 3 different from the parameters t 1 and t 2 ,
The rate function calculating means is a provisional rate function calculating means, using the logarithmic value log P {A t3 ≧ γt 3 } obtained by the probability distribution estimating means ,
Figure 0003774119
From 'with obtaining the 3 (gamma), with the output value correcting means, the sample mean value gamma a such that 0 (zero) at AVG temporary rate function I' temporary rate function I corrected 3 (gamma) Rate Output as function I 3 (γ)
The rate function calculating means determines a range of γ in which a difference between the rate functions I 2 (γ) and I 3 (γ) obtained for the parameters t 2 and t 3 is equal to or less than a predetermined allowable absolute error ε. A rate function measuring apparatus , further comprising: a confidence interval calculating means to obtain as follows.
極限定理に基づき確率システムを解析する際に、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測するレートファンクション計測方法において、When analyzing a stochastic system based on the limit theorem, in a rate function measurement method that measures the rate function that expresses the distribution of random variables in the stochastic system,
解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数ARandom variable A with parameter t from the stochastic system to be analyzed tt の実現値を計測する計測ステップと、A measurement step to measure the actual value of
この計測結果に基づき、確率変数ABased on this measurement result, the random variable A tt をパラメータtで除算して得られる確率量AThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter t tt /tが任意の値γ以上となる確率変数ARandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γ tt の確率補分布P{AProbability distribution P {A tt ≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、A probability distribution estimation step for estimating ≧ γt};
推定により得られた確率補分布P{AProbability complement distribution P {A obtained by estimation tt ≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)Rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を求めるレートファンクション算出ステップとを備え、A rate function calculating step for obtaining
前記確率分布推定ステップは、計測された確率変数AIn the probability distribution estimating step, the measured random variable A tt の実現値から、前記確率補分布P{AFrom the realized value of the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}をキュムラントとして複数算出するステップと、前記確率補分布P{AA step of calculating a plurality of ≧ γt} as cumulants, and the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}を、γに関する所定の関数f≧ γt} is a predetermined function f related to γ ii (γ)とパラメータa(Γ) and parameter a t,it, i との積和演算式からなる近似式FApproximation formula F consisting of product-sum operation formula with tt (γ)(Γ)
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を用いて近似し、前記各キュムラントを用いて前記パラメータaAnd the parameter a using each cumulant. t,it, i を求めることにより前記近似式を求めるステップと、異なる2つのパラメータtObtaining the approximate expression by obtaining, and two different parameters t 11 ,t, T 22 における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t1t1 ≧γt≧ γt 11 }およびP{A} And P {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{AP {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }をそれぞれ推定するステップとを有し、} Each estimating
前記レートファンクション算出ステップは、得られた前記対数値In the rate function calculating step, the logarithmic value obtained loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{AP {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 22 (γ)を求めるステップと、前記確率変数A(Γ) and a random variable A t1t1 の実現値から得られた標本平均値γSample mean γ obtained from realization of AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 22 (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 22 (γ)として出力するステップとを有するAnd outputting as (γ)
ことを特徴とするレートファンクション計測方法。Rate function measurement method characterized by this.
請求項3記載のレートファンクション計測方法において、In the rate function measuring method according to claim 3,
前記確率分布推定ステップは、前記パラメータtIn the probability distribution estimating step, the parameter t 11 ,t, T 22 とは異なるパラメータtParameter t different from 3Three における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を推定するステップを有し、} To estimate,
前記レートファンクション算出ステップは、前記確率分布推定ステップで得られた対数値The rate function calculating step includes logarithmic values obtained in the probability distribution estimating step. loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 3Three (γ)を求めるステップと、前記標本平均値γA step of obtaining (γ) and the sample average value γ AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 3Three (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 3Three (γ)として出力するステップと、前記パラメータtOutputting as (γ) and the parameter t 22 ,t, T 3Three について得られた前記レートファンクションIThe rate function I obtained for 22 (γ)およびI(Γ) and I 3Three (γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるステップとを有するObtaining a range of γ where the difference of (γ) is equal to or less than a predetermined allowable absolute error ε as a confidence interval.
ことを特徴とするレートファンクション計測方法。Rate function measurement method characterized by this.
極限定理に基づき確率システムを解析する際に、コンピュータに対して、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測する処理を実行させるためのプログラムにおいて、When analyzing a probability system based on the limit theorem, in a program for causing a computer to execute a process of measuring a rate function that expresses the distribution of random variables of the probability system,
解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数ARandom variable A with parameter t from the stochastic system to be analyzed tt の実現値を計測する計測ステップと、A measurement step to measure the actual value of
この計測結果に基づき、確率変数ABased on this measurement result, the random variable A tt をパラメータtで除算して得られる確率量AThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter t tt /tが任意の値γ以上となる確率変数ARandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γ tt の確率補分布P{AProbability distribution P {A tt ≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、A probability distribution estimation step for estimating ≧ γt};
推定により得られた確率補分布P{AProbability complement distribution P {A obtained by estimation tt ≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)Rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を求めるレートファンクション算出ステップとを備え、A rate function calculating step for obtaining
前記確率分布推定ステップは、計測された確率変数AIn the probability distribution estimating step, the measured random variable A tt の実現値から、前記確率補分布P{AFrom the realized value of the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}をキュムラントとして複数算出するステップと、前記確率補分布P{AA step of calculating a plurality of ≧ γt} as cumulants, and the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}を、γに関する所定の関数f≧ γt} is a predetermined function f related to γ ii (γ)とパラメータa(Γ) and parameter a t,it, i との積和演算式からなる近似式FApproximation formula F consisting of product-sum operation formula with tt (γ)(Γ)
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を用いて近似し、前記各キュムラントを用いて前記パラメータaAnd the parameter a using each cumulant. t,it, i を求めることにより前記近似式を求めるステップと、異なる2つのパラメータtObtaining the approximate expression by obtaining, and two different parameters t 11 ,t, T 22 における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t1t1 ≧γt≧ γt 11 }およびP{A} And P {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{P { A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }をそれぞれ推定するステップとを有し、} Each estimating
前記レートファンクション算出ステップは、得られた前記対数値In the rate function calculating step, the logarithmic value obtained loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{AP {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 22 (γ)を求めるステップと、前記確率変数A(Γ) and a random variable A t1t1 の実現値から得られた標本平均値γSample mean γ obtained from realization of AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 22 (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 22 (γ)として出力するステップとを有するAnd outputting as (γ)
ことを特徴とするプログラム。A program characterized by that.
請求項5記載のプログラムにおいて、The program according to claim 5,
前記確率分布推定ステップは、前記パラメータtIn the probability distribution estimating step, the parameter t 11 ,t, T 22 とは異なるパラメータtParameter t different from 3Three における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を推定するステップを有し、} To estimate,
前記レートファンクション算出ステップは、前記確率分布推定ステップで得られた対数値The rate function calculating step includes logarithmic values obtained in the probability distribution estimating step. loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 3Three (γ)を求めるステップと、前記標本平均値γA step of obtaining (γ) and the sample average value γ AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 3Three (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 3Three (γ)として出力するステップと、前記パラメータtOutputting as (γ) and the parameter t 22 ,t, T 3Three について得られた前記レートファンクションIThe rate function I obtained for 22 (γ)およびI(Γ) and I 3Three (γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるステップとを有するObtaining a range of γ where the difference of (γ) is equal to or less than a predetermined allowable absolute error ε as a confidence interval.
ことを特徴とするプログラム。A program characterized by that.
極限定理に基づき確率システムを解析する際に、コンピュータに対して、その確率システムの確率変数の分布を表現するレートファンクションを計測する処理を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体において、When analyzing a stochastic system based on the limit theorem, in a recording medium recording a program for causing a computer to execute a process of measuring a rate function expressing the distribution of random variables of the stochastic system,
解析対象となる確率システムからパラメータtを有する確率変数ARandom variable A with parameter t from the stochastic system to be analyzed tt の実現値を計測する計測ステップと、A measurement step to measure the actual value of
この計測結果に基づき、確率変数ABased on this measurement result, the random variable A tt をパラメータtで除算して得られる確率量AThe probability amount A obtained by dividing the parameter by the parameter t tt /tが任意の値γ以上となる確率変数ARandom variable A where / t is greater than or equal to an arbitrary value γ tt の確率補分布P{AProbability distribution P {A tt ≧γt}を推定する確率分布推定ステップと、A probability distribution estimation step for estimating ≧ γt};
推定により得られた確率補分布P{AProbability complement distribution P {A obtained by estimation tt ≧γt}の形状を示すレートファンクションI(γ)Rate function I (γ) indicating the shape of ≧ γt}
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を求めるレートファンクション算出ステップとを備え、A rate function calculating step for obtaining
前記確率分布推定ステップは、計測された確率変数AIn the probability distribution estimating step, the measured random variable A tt の実現値から、前記確率補分布P{AFrom the realized value of the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}をキュムラントとして複数算出するステップと、前記確率補分布P{AA step of calculating a plurality of ≧ γt} as cumulants, and the probability complementary distribution P {A tt ≧γt}の対数値Logarithmic value of ≧ γt} loglog P{AP {A tt ≧γt}を、γに関する所定の関数f≧ γt} is a predetermined function f related to γ ii (γ)とパラメータa(Γ) and parameter a t,it, i との積和演算式からなる近似式FApproximation formula F consisting of product-sum operation formula with tt (γ)(Γ)
Figure 0003774119
Figure 0003774119
を用いて近似し、前記各キュムラントを用いて前記パラメータaAnd the parameter a using each cumulant. t,it, i を求めることにより前記近似式を求めるステップと、異なる2つのパラメータtObtaining the approximate expression by obtaining, and two different parameters t 11 ,t, T 22 における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t1t1 ≧γt≧ γt 11 }およびP{A} And P {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{AP {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }をそれぞれ推定するステップとを有し、} Each estimating
前記レートファンクション算出ステップは、得られた前記対数値In the rate function calculating step, the logarithmic value obtained loglog P{AP {A t1t1 ≧γt≧ γt 11 }および}and loglog P{AP {A t2t2 ≧γt≧ γt 22 }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 22 (γ)を求めるステップと、前記確率変数A(Γ) and a random variable A t1t1 の実現値から得られた標本平均値γSample mean γ obtained from realization of AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 22 (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 22 (γ)として出力するステップとを有するAnd outputting as (γ)
プログラムを記録した記録媒体。A recording medium that records the program.
請求項7記載の記録媒体において、The recording medium according to claim 7, wherein
前記確率分布推定ステップは、前記パラメータtIn the probability distribution estimating step, the parameter t 11 ,t, T 22 とは異なるパラメータtParameter t different from 3Three における確率補分布P{AProbability distribution P {A in t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }の対数値} Logarithmic value loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を推定するステップを有し、} To estimate,
前記レートファンクション算出ステップは、前記確率分布推定ステップで得られた対数値The rate function calculating step includes logarithmic values obtained in the probability distribution estimating step. loglog P{AP {A t3t3 ≧γt≧ γt 3Three }を用いて、}Using,
Figure 0003774119
Figure 0003774119
から仮レートファンクションITo provisional rate function I '' 3Three (γ)を求めるステップと、前記標本平均値γA step of obtaining (γ) and the sample average value γ AVGAVG で0(ゼロ)となるように前記仮レートファンクションIThe provisional rate function I is set to 0 (zero) at '' 3Three (γ)を補正しレートファンクションIRate function I after correcting (γ) 3Three (γ)として出力するステップと、前記パラメータtOutputting as (γ) and the parameter t 22 ,t, T 3Three について得られた前記レートファンクションIThe rate function I obtained for 22 (γ)およびI(Γ) and I 3Three (γ)の差が所定の許容絶対誤差ε以下となるγの範囲を信頼区間として求めるステップとを有するObtaining a range of γ where the difference of (γ) is equal to or less than a predetermined allowable absolute error ε as a confidence interval.
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