Effective expectation maximization algorithm implementation using multicore computer systems

A popular expectation maximization algorithm that is widely used in modern data processing systems to solve various problems including optimization and parameter estimation is considered in the paper. The task of the study was to enhance effectiveness of the algorithm execution in time. An enhancement of execution rate for the EM algorithm using multicore architecture of modern computer systems was carried out. Necessary modifications aimed at better parallelism were proposed for implementation of the EM algorithm. An efficiency of the software implementation was tested on the classic problem of Gaussian random variables mixture separation. It is shown that in the mixture separation problem EM algorithm performance degrades when the distance between mean values of distributions is less than three standard deviations, which is totally in the spirit of three sigma law. In such cases, it is very important to have an efficient EM algorithm implementation to be able to process such test cases in a reasonable time.

W artykule opisany jest popularny algorytm EM (expectation maximization), który jest powszechnie stosowany w nowoczesnych systemach przetwarzania danych do rozwiązywania różnych problemów, w tym optymalizacji i estymacji parametrów. Celem badań było zwiększenie efektywności czasu wykonywania algorytmu. Zwiększenie szybkości wykonania algorytmu EM użyto wielordzeniowy architektury nowoczesnych systemów komputerowych. Zostały zaproponowane niezbędne modyfikacje mające na celu lepszą równoległość realizacji algorytmu EM. Skuteczność implementacji programu była testowana na klasycznym problemie separacji Gaussowskich zmiennych losowych. Wykazano, że w przypadku rozdziału mieszaniny wydajność algorytmu EM ulega degradacji, kiedy odległość między średnimi wartościami rozkładu wynosi mniej niż trzy odchylenia standardowe, co jest całkowicie zgodnie z regułą trzech sigm. W takich przypadkach, jest bardzo ważne, aby mieć efektywną realizację algorytmu EM móc przetworzyć takie przypadki w rozsądnym czasie.