Academic literature on the topic 'Hypercomplex number systems'

Hypercomplex number systems are vector algebras with the definition of multiplication and division of vectors, satisfying the associativity and distributive law. In this paper, some new types of hypercomplex numbers and their fundamental properties are introduced, the Clifford algebra formalisms of hydrodynamics and gauge field equations are established, and some novel consistent conditions helpful to understand the properties of solutions to nonlinear physical equations are derived. The coordinate transformation and covariant derivatives of hypercomplex numbers are also discussed. The basis elements of the hypercomplex numbers have group-like properties and satisfy a structure equation $\A^2=n\A$. The hypercomplex number system integrates the advantages of algebra, geometry and analysis, and provides a unified, standard and elegant language and tool for scientific theories and engineering technology, so it is easy to learn and use. The description of mathematical, physical and engineering problems by hypercomplex numbers is of neat formalism, symmetric structure and standard derivation, which is especially suitable for the efficient processing of the higher dimensional complicated systems.

The structure of method for constructing a representation of an exponential function in hypercomplex number systems (HNS) by the method of solving an associated system of linear differential equations is considered. Brief information about the hypercomplex computing software (HCS) is given. With the use of HCS, the necessary cumbersome operations on symbolic expressions were performed when constructing the representation of the exponent in the fifthdimensional HNS. Fragments of programs in the environment of HCS and results of symbolic calculations are resulted.

AbstractThis article attempts to explain the underlying physics of several recent experiments and astrophysical observations that have been mystifying the physics community for quite some time. So far, none of the advanced theories beyond the standard models of particle physics and cosmology have shown sufficient potential to resolve these mysteries. The reason for this failure may lie in the fact that these theories are based on the concept of extra space dimensions that appears to be in conflict with numerous experiments, in particular with recent Large Hadron Collider data. Therefore, the novel idea of extra number systems is introduced, replacing the idea of extra space dimensions. This approach is complemented by a set of fundamental physical principles that provide the constraints and guidelines for a modified physical formulation in agreement with known experimental reality. However, such a theory requires novel physical concepts in conjunction with novel symmetry groups. These groups give rise to additional types of matter, termed hypercomplex masses (which are responsible for the extreme hypercomplex gravitational fields, see below, and are also denoted as matter flavour), including, for instance, particles of negative mass, identified with dark matter. Furthermore, four-dimensional Minkowski spacetime, assumed to be a quasi de Sitter space $dS^{1,3}$dual spacetime, $DdS^{1,3}$, with imaginary time coordinate; that is, time is a complex quantity. The three spatial coordinates are shared by the two spacetimes. Dark matter is assumed to reside in $DdS^{1,3}$ and therefore is principally invisible. On the other hand, its gravitational interaction with ordinary matter (m ≥ 0) in spacetime $dS^{1,3}$ is directly perceptible. The novel group structure predicts the existence of a fourth particle family of negative masses; that is, besides the dark matter particle χ of mass $m_{\chi}\approx-80.77$ GeV/c2, there is the dark neutrino νχ of mass $m_{\nu_{\chi}}\approx-3.23$ eV/c2. Moreover, the hypercomplex group structure of gravity ($SU(2)\times SU(2)$) postulates three gravitational bosons for cosmological fields [resulting from Einstein’s theory of general relativity (GR)], the graviton $\nu_{G_{N}}$ with spin 2, the novel gravitophoton $\nu_{gp}$ with spin 1 (existence of weak gravitomagnetic fields of GR), and the quintessence particle νq with spin 0, which, when present, mediates an interaction between ordinary matter (m ≥ 0) and the ubiquitous scalar field of dark energy. In addition, the existence of extreme gravity fields (hypercomplex gravity) is postulated, based on the second group SU(2), and an interaction between electromagnetism and hypercomplex gravity is predicted, mediated by three additional hypercomplex-gravity bosons. Some long-standing problems of cosmology will be addressed; namely, the Big Bang scenario and the origin of dark energy and the nature of dark matter and their relation to the modified Newtonian dynamics hypothesis will be discussed.

The evolution of human society is inevitably associated with the widespread development of computer technologies and methods, and the constant evolution of the theory and practice of data processing, as well as the need to solve increasingly complex problems in computational intelligence, have inspired the use of complex and advanced mathematical methods and formalisms for representing and processing big data sets [...]

Generalized field equations of linear gravity are formulated on the basis of octons. When compared to the other eight-component noncommutative hypercomplex number systems, it is demonstrated that associative octons with scalar, pseudoscalar, pseudovector and vector values present a convenient and capable tool to describe the Maxwell–Proca-like field equations of gravitoelectromagnetism in a compact and simple way. Introducing massive graviton and gravitomagnetic monopole terms, the generalized gravitational wave equation and Klein–Gordon equation for linear gravity are also developed.

Дисертація присвячена математичному моделюванню задач криптографії та обробки сигналів з використанням неканонічних гіперкомплексних числових систем, застосування яких зменшує кількість обчислень при функціонуванні таких моделей та дозволяє оптимізувати їх за окремими характеристиками. Результати моделювання задачі розділення секрету показали, що застосування неканонічних гіперкомплексних числових систем, починаючи з вимірності 4, зменшує кількість потрібних обчислень у порівнянні із застосуванням канонічних гіперкомплексних числових систем. Розроблено методи побудови структур неканонічних гіперкомплексних числових систем, що задовольняють критеріям побудови цифрового фільтра. Побудовано цифровий фільтр з коефіцієнтами у неканонічних гіперкомплексних числових системах та проведена його оптимізація за параметричною чутливістю.
The thesis is devoted to mathematical modeling of cryptography and signal problems using non-canonical hypercomplex numerical systems, which reduces the calculations amount during these models functioning and allows their optimization by individual characteristics. The modelling results of secret sharing scheme have shown that the use of non-canonical hypercomplex numerical systems starting from dimension 4 reduces the computation amount required in comparison with the use of canonical hypercomplex numerical systems. The methods for synthesis the noncanonical hypercomplex numerical system structures that satisfy the criteria for building a digital filter are developed. The digital filter is developed with the coefficients in noncanonical hypercomplex numerical systems and optimized by the parametric sensitivity.
Диссертация посвящена математическому моделированию задач криптографии и обработки сигналов с использованием неканонических гиперкомплексных числовых систем (ГЧС). Разработаны методы и способы представления и обработки данных в неканонических ГЧС, применение которых упрощает вид математических моделей, уменьшает количество вычислений при их функционировании и позволяет производить их оптимизацию по отдельным признакам. Анализ результатов работ последнего десятилетия по применению гиперкомплексных числовых систем в решении задач криптографии и обработки сигналов показал следущее: 1) применение канонических ГЧС к задаче разделения секрета повышает криптографическую стойкость, но вместе с тем увеличивает количество операций, требуемых для реализации такой задачи. Применение неканонических ГЧС дает возможность минимизировать количество вычислений за счет меньшей размерности системы; 2) синтез цифрового фильтра с использованием канонических ГЧС дает результаты по оптимизации его параметрической чувствительности, но поскольку выбор таких систем ограничен, неканонические ГЧС дают большие возможности по оптимизации чувствительности. В работе совершенствуются методы построения структур ГЧС заданной размерности, в том числе получения множества структур неканонических ГЧС, заданных в общем виде и неканонических гиперкомплексных числовых систем, изоморфных диагональной системе. Эти методы учитывают заданные ограничения представления данных в неканонических ГЧС для моделирования практических задач. Предлагается метод построения некоторых классов изоморфизма для неканонических ГЧС размерности 2. Изоморфные системы используются для минимизации вычислений при таком представления данных. В работе совершенствуются методы определения единичного элемента, нормы, сопряжения и делителей нуля для неканонических гиперкомплексных числовых систем; методы выполнения операций в таких системах. Впервые предлагается метод вычисления вычетов в неканонических ГЧС, который применяется в моделировании задачи разделения секрета и учитывает структурные особенности неканонических гиперкомплексных числовых систем. Предлагается модификация модулярной схемы разделения секрета, которая отличается от существующей представлением информации остатками в неканонических ГЧС по совокупности неканонических гиперкомплексных модулей. Реализована компьютерная модель задачи разделения секрета для неканонических ГЧС третьей и четвертой размерности в системе символьных вычислений MAPLE. Приведены результаты работы такой модели и сравнительные характеристики количества операций в части преобразования данных, непосредственно разделения секрета и восстановления данных. Анализ полученных результатов показал, что в целом, применение неканонических ГЧС к данной модели позволяет использовать меньшую размерность в зависимости от выбора констант при структурных единицах в таблице умножения системы, для обеспечения такой же криптостойкости, как и с использованием канонических ГЧС. Использование неканонической ГЧС размерности 3 для обеспечения такой же криптостойкости, как и при использовании канонической ГЧС размерности 4, не дает нужного эффекта для уменьшения количества вычислений, так как среднее количество операций увеличивается на 92%. Но уже при использовании неканонической ГЧС размерности 4 с 9-ю составными ячейками в таблице умножения с целыми коэффициентами из диапазона {-4,4}, для обеспечения такой же криптостойкости, как и при использовании канонической ГЧС размерности 6, количество требуемых вычислений уменьшается в среднем на 44%. Для успешного восстановления секрета, необходимо использовать числовые системы без делителей нуля и обладающих свойством мультипликативности нормы. В диссертационной работе впервые предлагается метод синтеза неканонических ГЧС, которые могут быть использованы при построении цифрового фильтра. Создана математическая модель рекурсивного цифрового фильтра с гиперкомплексными коэффициентами в полученных неканонических ГЧС третьей размерности. Впервые предлагается метод оптимизации суммарной параметрической чувствительности фильтра, построенного с использованием неканонических ГЧС который позволяет существенно уменьшить параметрическую чувствительность эквивалентного фильтра с вещественными коэффициентами (до ~50%) и существующих фильтров с гиперкомплексными коэффициентами (до ~40%). В работе описано расширение аналитически-программного инструментария в системе символьных вычислений MAPLE, который реализует предложенные модели и методы с учетом структурных особенностей неканонических ГЧС, а именно: определение основных свойств и выполнение операций над неканоническими гиперкомплексными числами; выполнение модулярных операций над неканоническими гиперкомплексными числами; построение структур неканонических ГЧС согласно заданным критериям, в том числе, критерию построения цифрового фильтра; реализация модели задачи разделения секрета в неканонических ГЧС и метода оптимизации параметрической чувствительности цифрового фильтра. Листинги кода приведены в приложениях.

Quaternions are a class of hypercomplex number systems, a four-dimensional extension of imaginary numbers, which are extensively used in various fields such as modern physics and computer graphics. Although the number of applications of neural networks employing quaternions is comparatively less than that of complex-valued neural networks, it has been increasing recently. In this chapter, the authors describe two types of quaternionic neural network models. One type is a multilayer perceptron based on 3D geometrical affine transformations by quaternions. The operations that can be performed in this network are translation, dilatation, and spatial rotation in three-dimensional space. Several examples are provided in order to demonstrate the utility of this network. The other type is a Hopfield-type recurrent network whose parameters are directly encoded into quaternions. The stability of this network is demonstrated by proving that the energy decreases monotonically with respect to the change in neuron states. The fundamental properties of this network are presented through the network with three neurons.

This paper proposes Quaternion Collaborative Filtering (QCF), a novel representation learning method for recommendation. Our proposed QCF relies on and exploits computation with Quaternion algebra, benefiting from the expressiveness and rich representation learning capability of Hamilton products. Quaternion representations, based on hypercomplex numbers, enable rich inter-latent dependencies between imaginary components. This encourages intricate relations to be captured when learning user-item interactions, serving as a strong inductive bias as compared with the real-space inner product. All in all, we conduct extensive experiments on six real-world datasets, demonstrating the effectiveness of Quaternion algebra in recommender systems. The results exhibit that QCF outperforms a wide spectrum of strong neural baselines on all datasets. Ablative experiments confirm the effectiveness of Hamilton-based composition over multi-embedding composition in real space.