Программные продукты и системы

Статьи журнала №4 2018

1. Система корпус-менеджер: архитектура и модели корпусных данных [№4 за 2018 год]
Авторы: Сулейманов Д.Ш. (khusainov.aidar@gmail.com) - Казанский (Приволжский) федеральный университет ; Мухамедшин Д.Р. (damirmuh@gmail.com) - Институт прикладной семиотики Академии наук Республики Татарстан, Аспирант ;
Аннотация: Современные системы управления корпусными данными позволяют решать широкий спектр задач, связанных с компьютерной лингвистикой. Часто такие системы основаны на готовых решениях, что приводит к проблемам со скоростью выполнения поисковых запросов (выборок данных), гибкостью, масштабируемостью и расширяемостью системы. В данной статье рассмотрена архитектура системы корпус-менеджер, разработанной для управления корпусом татарского языка, и предложена модель корпусных данных, которая решает ряд проблем существующих систем корпус-менеджер. В статье подробно описана архитектура программной части системы, которая позволяет быстро разрабатывать дополнительные модули и интегрировать в систему сторонние приложения. Представленная модель корпусных данных разработана для решения задач быстрого поиска по словоформам и леммам (прямого поиска), а также по морфологическим свойствам (обратного поиска). Она позволяет также осуществлять фразовый и синтаксический поиск, таким образом обеспечивая решение задач, связанных с более сложными выборками данных. Авторами были проведены эксперименты с целью выбора наиболее оптимального набора технологий хранения данных, который позволяет решать поставленные перед системой задачи и имеет возможности для расширения ее функционала в будущем. В статье представлены результаты экспериментов, в том числе тестирования производительности различных СУБД и хранилищ данных. Описанные архитектура системы и модель корпусных данных применены в поисковом модуле системы управления корпусом татарского языка, который показывает существенный прирост скорости выполнения поисковых запросов по сравнению с аналогичными модулями в других системах.
Ключевые слова: корпус-менеджер, корпусные данные, архитектура системы, модель данных, поисковая система, субд
Keywords: corpus manager, corpus data, system architecture, Data Model, search engine, DBMS
Просмотров: 225

2. Грамматика запросов для хранилища разнородных данных в проактивных системах [№4 за 2018 год]
Авторы: Щербаков М.В. (maxim.shcherbakov@vstu.ru) - Волгоградский государственный технический университет, доктор технических наук Ph.D; Чан Ван Фу (vanphu.vstu.russia@gmail.com) - Волгоградский государственный технический университет, Аспирант ; Сай Ван Квонг (svcuonghvktqs@gmail.com) - Волгоградский государственный технический университет, Аспирант ;
Аннотация: Проблема хранения и обработки разнородных данных (как структурированных, так и неструктурированных), получаемых из различных источников, актуальна при реализации систем проактивной поддержки этапа функционирования жизненного цикла сложных многообъектных распределенных систем. Разнородность данных требует хранения их описания в виде метаданных для последующей автоматической обработки. Для решения проблемы эффективного хранения разнородных данных используется архитектура, называемая «озеро данных». Она реализует механизмы пакетной обработки данных и обработки данных в режиме реального времени. Задача совершенствования методов для эффективного доступа к разнородным данным включает в себя следующие подзадачи: разработка грамматики запросов типа SQL к разнородным данным, построение парсера для распознавания запросов в соответствии с новой грамматикой, разработка модулей обработки разнородных данных в соответствии с запросом, разработка рекомендаций (методики) применения разработанных модулей в проактивных системах поддержки принятия решений. Предлагаемая грамматика основана на расширениях DML языка SQL, в частности, расширениях оператора SELECT. Для обработки сформированных запросов в соответствии с новой грамматикой сгенерирован парсер с использованием библиотеки ANTLR 3.0. В результате генерации созданы классы на языке Java, объекты которых используются для разбора запросов. Реализовано и испытано ПО на основе сгенерированного парсера и модулей обработки разнородных данных. В результате испытания ПО, реализующего предложенную грамматику в системе проактивной поддержки принятия решений, проанализировано время выполнения унифицированных запросов с различными объемами разнородных данных. Главным результатом применения грамматики является снижение времени на обработку разнородных данных в рамках одного запроса.
Ключевые слова: проактивные системы, поддержка принятия решений, сбор данных, распределенная обработка данных, озеро данных, разнородные данные
Keywords: proactive systems, decision support, data acquisition, synthetic flexible model, data lake, heterogeneous data
Просмотров: 261

3. Средства поддержки моделирования логических правил в нотации RVML [№4 за 2018 год]
Авторы: Юрин А.Ю. (iskander@irk.ru) - Институт динамики систем и теории управления СО РАН, г. Иркутск, кандидат технических наук Ph.D; Дородных Н.О. (tualatin32@mail.ru) - Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Аспирант ; Коршунов С.А. (grey.for@gmail.com) - Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Аспирант ;
Аннотация: При наличии широкого спектра различных средств и методов представления и обработки знаний продукционная модель до сих пор является одним из наиболее распространенных и востребованных формализмов представления знаний при разработке экспертных систем различного назначения. В свою очередь, эффективное применение языков разработки продукционных баз знаний требует использования и создания специализированного инструментария, обеспечивающего не только разработку баз знаний, но и визуализацию данного процесса. Для решения задачи визуализации перспективным является использование специализированных нотаций, расширяющих существующие, в частности UML. Примером подобной нотации является Rule visual modeling language (RVML). В работе рассмотрены основные элементы RVML и программных средств, обеспечивающих его поддержку, в частности, веб-ориентированный редактор Web RVML Editor, обеспечивающий не только поддержку визуального моделирования баз знаний продукционного типа в нотации RVML с ориентацией на непрограммирующего специалиста, но и интеграцию с внешними программными системами: Knowledge Base Development System для доступа к модулям-конверторам и Personal Knowledge Base Designer для тестирования создаваемых баз знаний. Приведены описание архитектуры редактора и его функций, а также примеры пользовательского интерфейса. Другим программным средством, рассмотренным в статье, является Tiny RVML Editor, представляющий собой настольное приложение, функционально дублирующее веб-ориентированный редактор и являвшееся для него прототипом. Описанные средства в совокупности обеспечивают многоплатформенную поддержку процесса визуального моделирования продукций в RVML, по возможности используя единый подход и принципы организации пользовательского интерфейса.
Ключевые слова: настольное приложение, веб-ориентированный редактор, rvml, представление знаний, правила, база знаний, визуальное моделирование
Keywords: desktop software, web-based software, rvml, representation of knowledge, rules, knowledge base, visual modeling
Просмотров: 193

4. Исследование комбинированного алгоритма при обучении трехслойных нейронных сетей различной топологии [№4 за 2018 год]
Авторы: Чернышев Ю.О. (sergeev00765@mail.ru) - Донской государственный технический университет, доктор технических наук Ph.D; Остроух Е.Н. (eostr@donpac.ru) - Донской государственный технический университет, кандидат технических наук Ph.D; Евич Л.Н. (bkln@mail.ru) - Донской государственный технический университет, кандидат физико-математических наук Ph.D; Маркин С.Д. (potate82@ya.ru) - Донской государственный технический университет, Магистрант Undergraduate; Панасенко П.А. (we_panasenko_777@mail.ru) - Краснодарское высшее военное училище им. генерала армии С.М. Штеменко, кандидат технических наук Ph.D;
Аннотация: При обучении нейронной сети настройка весовых коэффициентов осуществляется на основе минимизации ошибки вычислений. В случаях, когда целевая функция имеет сложный характер и обладает большим количеством локальных экстремумов, обучение сети с применением градиентных методов оптимизации зачастую не гарантирует нахождение глобального экстремума. Решение этой проблемы на сегодняшний день для большого класса задач осуществляется с помощью генетических алгоритмов как основного метода для обучения сетей обратного распространения ошибки. Развитие этих алгоритмов получило свое продолжение в изучении биоинспирированных алгоритмов и их гибридных модификаций. Использование биоинспирированных алгоритмов, основанных на методах случайного поиска, позволяет решить проблему обхода локальных экстремумов и обладает высокой скоростью сходимости. В работе рассматривается комбинированный биоинспирированный алгоритм, реализующий решение задачи глобальной оптимизации в случае проблем, связанных с обучением искусственных нейронных сетей. Структура сети и число нейронов в каждом скрытом слое являются важными параметрами, влияющими на эффективность обучения искусственных нейронных сетей. Трехслойные нейронные сети позволяют решать большинство сложных задач. Однако влияние количества нейронов в каждом из скрытых слоев на скорость сходимости в общем случае мало изучено. В работе исследуется ранее разработанная авторами комбинация алгоритма светлячков и градиентного спуска для обучения трехслойных нейронных сетей различной топологии. Проведенное исследование дало возможность выявить из рассмотренных искусственных нейронных сетей топологию, позволяющую получить наиболее оптимальное решение за меньшее количество шагов. Анализ производительности алгоритма обучения осуществлен на основе функции «исключающее ИЛИ» (Xor).
Ключевые слова: алгоритмы оптимизации, нейронная сеть, алгоритм светлячков, градиентный спуск
Keywords: optimization algorithms, neural network, Firefly Algorithm, gradient descent
Просмотров: 199

5. Ontologies in the problems of building a concept domain model [№4 за 2018 год]
Авторы: Виноградов Г.П. (wgp272ng@mail.ru) - Тверской государственный технический университет, доктор технических наук Ph.D; Прохоров А.А. (forworkap@mail.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» ;
Аннотация: Предметом исследований являются коммуникации информационных систем между собой и информационных систем с оператором. Актуальность данной проблемы обусловлена интеллектуализацией информационных технологий, в результате которой информационная система приобретает черты интеллектуального агента. Это открывает новые перспективы для направления, называемого цифровой экономикой, где важную роль играет информационное взаимодействие на сетевом уровне. Методическую базу исследований составили полученные в теоретической семиотике результаты использования онтологии как формы представления знаний о реальном мире, а также публикации отечественных и зарубежных ученых по проблеме коммуникации между информационными системами. В процессе исследований выполнен анализ процесса коммуникации. Выявлено, что интеллектуальный агент рассматривает сообщение как результат принятия решения либо для информирования, либо для изменения состояния другого агента. Показано, что коммуникацию следует рассматривать как один из видов управления, например поведением. Доказано, что применительно к теории поведения этот подход потребовал включения в предметную область теории выбора психологических аспектов. Это прежде всего проблемы восприятия, осознания, понимания свойств ситуации выбора и построения оценок результатов выбора, общения, конфликта, введения новых понятий и отношений между ними ряда других. Системы поддержки процесса коммуникации должны содержать модель предметной области, понятной и интерпретируемой пользователем. Показано, что наиболее подходящим способом ее построения является понятийное моделирование предметной области на основе онтологий. Понятийная модель состоит из понятийной структуры и описания содержания понятий. Понятийная структура определена как множество понятий, на которых заданы четыре отображения абстрагирования: обобщение, типизация, ассоциация и агрегация. Описание содержания понятий осуществляется с помощью таблиц БД. Существенным отличием используемой понятийной модели от других является описание ассоциации как обычного понятия. Показано, что благодаря семантической инвариантности области понятийной интерпретации удается улучшить технологические и эксплуатационные характеристики информационной системы. Предлагаемый подход создает основу для разработки и организации интерфейса искусственных сущностей как между собой, так и с оператором на основе некоего «профессионального языка», релевантного некоей предметной области, что предполагает рассмотрение интерфейса как знаковой системы и использование для ее построения методов и подходов теории искусственного интеллекта.
Ключевые слова: ситуация выбора, нечеткое суждение, целеустремленные системы, принятие решений
Keywords: choice situation, fuzzy judgment, purposeful systems, decision making
Просмотров: 170

6. Равномерное распределение вычислительных процессов и сетевой нагрузки по физическим и логическим ядрам кластера в UNIX-подобных системах [№4 за 2018 год]
Авторы: Пальчевский Е.В. (teelxp@inbox.ru) - Уфимский государственный авиационный технический университет, Аспирант ; Халиков А.Р. (khalikov.albert.r@gmail.com) - Уфимский государственный авиационный технический университет, кандидат физико-математических наук Ph.D;
Аннотация: Данная статья посвящена равномерному распределению вычислительных процессов в кластерах. Разработан аппаратно-программный модуль Distribution, предназначенный для распределения вычислительных процессов (в том числе и сетевой нагрузки) по физическим и логическим ядрам CPU посредством доработки цепей Маркова в вычислительном кластере. Показана нагрузочная зависимость физических ресурсов от запускаемых задач на вычислительном кластере. Обоснована целесообразность применения аппаратно-программного модуля Distribution. Рассчитано распределение цепи для переноса вычислительных процессов между физическими серверами кластера. Система распределения нагрузки включает три этапа: первый – разработка алгоритма, второй – техническая реализация, третий – тестирование аппаратно-программного модуля. На первом этапе представлен функционал разработанного аппаратно-программного модуля: «старт», «стоп», «перезапуск», «проверка нагрузки сетевого стека», «установка значения загруженности ядра». На втором этапе приводится схема разработанного аппаратно-программного модуля. На третьем этапе проводится апробация аппаратно-программного модуля. В ходе тестирования было подтверждено снижение загруженности на вычислительные ресурсы физического сервера. Разработанное решение не только снижает нагрузку на 11,15 единицы, но и позволяет параллельно запускать сложные и ресурсоемкие вычислительные процессы без нарушения работоспособности ЭВМ.
Ключевые слова: распределение нагрузки, нагрузочная способность, обработка данных, цепи маркова
Keywords: load distribution, load capacity, data processing, Markov chains
Просмотров: 161

7. Построение программной инфраструктуры сферы услуг в условиях цифровой экономики [№4 за 2018 год]
Авторы: Иващенко А.В. (anton-ivashenko@yandex.ru) - Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), доктор технических наук Ph.D; Корчивой С.А. (cor28@mail.ru) - Научно-исследовательский институт радио ;
Аннотация: В статье рассматривается проблема проектирования и оценки эффективности ПО виртуальных посреднических операторов в сфере услуг на этапах планирования затрат и оценки хода реализации проектов цифровой экономики. Отмечаются особенности реализации таких решений, связанные с виртуализацией сервисов в цифровых социальных системах. Для решения проблем предлагается модель инфраструктурного возврата цифровой экономики, основанная на соотнесении виртуальных преимуществ цифровой экономической системы и затрат на создание и развитие ее програм- мной инфраструктуры на всех этапах ее разработки, развития и эксплуатации. Состав затрат на создание и развитие инфраструктуры, подлежащий оценке эффективности, может учитывать маркетинговые затраты инвестора, а также затраты на развитие проектов, находящихся на посевной стадии (в том числе связанной с проведением НИР/НИОКР), с учетом оценки рисков потери инвестиционного ресурса. В основе модели лежит формальное представление продуктов или услуг в виде цепочек взаимосвязанных сервисов, для реализации которых необходимо разовое или регулярное выполнение определенных мероприятий известной стоимости. Реализацию сервисов в рамках определенной цифровой платформы предлагается представить в виде графа, связывающего объекты ИТ-инфраструктуры, поставщиков услуг и продуцируемые сервисы с помощью отношений инфраструктурного обеспечения и выполнения. В дополнение к этому выделяется эффект эмиссии сервисов, когда подмножество существующих сервисов и событий обращения к ним приводит к появлению новых сервисов за счет объединения или пересечения без непосредственного использования инфраструктуры. Определение эффективности реализации программной инфраструктуры основано на расчете стоимости ее запуска для эксплуатации и сопоставлении ее с доходами от реализации сервисов потребителям. Предложенная модель использовалась при реализации ПО для виртуальных посреднических операторов в сфере услуг, в которой одним из важных аспектов цифровизации является возможность организации взаимодействия поставщиков и потребителей в едином информационном пространстве.
Ключевые слова: цифровая экономика, модель инфраструктурного возврата, виртуальный посреднический оператор
Keywords: digital economy, infrastructural return model, virtual intermediary operator
Просмотров: 170

8. Building a specialist’s knowledge model in the digital economy [№4 за 2018 год]
Авторы: Виноградов Г.П. (wgp272ng@mail.ru) - Тверской государственный технический университет, доктор технических наук Ph.D; Виноградова Н.Г. (wgp272ng@mail.ru) - Тверской государственный технический университет, Аспирант ; Шапель Д.А. (dez788@yandex.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» ;
Аннотация: Целью работы является исследование проблем формирования стандарта подготовки и построения модели знаний спе-циалиста с высшим образованием. Эти проблемы в числе центральных при управлении процессами подготовки профессиональных кадров для цифровой экономики. В работе использовались методы системного анализа, теории активных систем, теории информационного управления, согласованного управления в организационных системах, методы и подходы теории искусственного интеллекта. Исследование показало, что вступление России в Баллонскую конвенцию породило ряд негативных тенденций: снизи-лись эффективность и качество подготовки специалистов, усложнилась возможность интеграции вузов в новую социально-экономическую систему, произошел отрыв целей подготовки специалистов, а также целей обучения на всех этапах подготовки от целей субъектов экономики. При этом основная ответственность за подготовку специалистов, соответствующих требованиям цифровой экономики, возложена на университеты. Одним из способов преодоления негативных тенденций видится переход вузов на проектно-технологический тип организации своей деятельности. Тогда наиболее перспективной формой управления образовательным проектом становится реализация модели информационного взаимодействия заинтересованных сторон (организаций и университетов) в рамках активных саморазвивающихся сетевых экспертных сред. В работе представлены структура активной саморазвивающейся сетевой экспертной среды и принципы ее функциони-рования при формировании стандартов и модели знаний специалиста. Такой подход позволяет рассматривать построение стандартов подготовки и разработку модели знаний специалиста в контексте с корпоративными стратегиями управления интеллектуальным потенциалом. Реализация такого подхода представляет собой многоэтапный процесс сбора, анализа, оценивания и обработки больших массивов информации. Предложена система, обеспечивающая поиск, фильтрацию, обоб-щение информации, определение ее ценности и перспективности. Утверждается, что способом повышения качества реше-ний по образовательному проекту является синтез технологий сетевой экспертизы и методологии теории активных систем. В работе показано, что эффективное формирование стандартов подготовки и модели знаний специалистов возможно в рамках самоорганизующихся экспертных сред, которые представляются как активные системы с неоднородными агентами с встречным способом сообщения информации при активном воздействии центра. Эффективная реализация такого подхода предполагает изменение цели системы высшего образования: удовлетворение потребностей в высококвалифицированных специалистах для инновационной экономики. Это позволит обеспечить взаимодействие университетов и организации при управлении их интеллектуальным капиталом в цифровой экономике на новой законодательной базе.
Ключевые слова: цифровая экономика, модель знаний, активная система, система образования, согласованное управление, самоорганизующиеся экспертные среды
Keywords: digital economy, knowledge model, active system, education system, coordinated management, self-organizing expert environments.
Просмотров: 153

9. Оптимальное управление с обратной связью одним классом нелинейных систем по квадратичному критерию [№4 за 2018 год]
Авторы: Афанасьев А.П. (apa@isa.ru) - Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН (ИППИ РАН), Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Ph.D; Емельянова И.И. (irina.egereva@gmail.com) - Tver State Technical University ; Дзюба С.М. (sdzyuba@mail.ru) - Тверской государственный технический университет, доктор физико-математических наук Ph.D; Пчелинцев А.Н. (pchelintsev.an@yandex.ru) - Тамбовский государственный технический университет, кандидат физико-математических наук Ph.D;
Аннотация: Статья посвящена проблеме синтеза оптимального управления нелинейными системами с выделенной линейной частью по квадратичному критерию. Данная проблема имеет достаточно большое значение, поскольку многие модели технических, физических, биологических и экономических систем описываются именно такими моделями. Приведен метод синтеза оптимального управления с обратной связью. Он базируется на специальном методе последовательных приближений и является развитием результатов, полученных в более ранних работах авторов, в которых доказано: если время работы системы достаточно мало, то предложенный метод равномерно сходится. Это позволяет установить существование решения исходной задачи в виде закона управления с обратной связью и дает процедуру приближенного построения этого закона. Если время работы системы велико, как это обычно бывает на практике, то доказать равномерную сходимость метода последовательных приближений не удается. Это объясняется спецификой метода. Однако многочисленные вычислительные эксперименты показали, что простая сходимость метода наблюдается во многих случаях. Более того, можно показать, что из сходимости метода на произвольном промежутке времени следует существование решения исходной задачи. Это дополнительно дает ее (задачи) приближенное решение, причем в виде закона управления с обратной связью. Таким образом, предложенный метод является обоснованным для решения задач во многих практических ситуациях. В статье приведен пример его использования для решения задачи стабилизации режимов работы регулятора Уатта. Данный пример имеет достаточно большое практическое значение, поскольку стабилизация работы этого регулятора является классической задачей теории управления. Для численной реализации примера использовались методы объектно-ориентированного программирования. Численный эксперимент показал, что метод позволяет стабилизировать работу регулятора Уатта в достаточно широком диапазоне извлечения параметров.
Ключевые слова: метод последовательных приближений, оптимальное управление с обратной связью, нелинейная система, объектно-ориентированное программирование
Keywords: successive approximations method, optimal feedback control, nonlinear system, object(oriented programming
Просмотров: 169

10. Разработка модифицированного алгоритма случайного множественного доступа с возможностью погашения интерференции [№4 за 2018 год]
Авторы: Жежера С.А. (ii.sgegera@gmail.com ) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), Аспирант ;
Аннотация: Предметом исследования являются пропускная способность и надежность беспроводных сетей в системах множественного случайного доступа. В системе множественного доступа передача данных основана на соперничестве станций за общую среду передачи, при этом каждый узел, не имеющий задолженности, передает пакет, рискуя попасть в случайные конфликты. Cтатья посвящена новому решению, основанному на совместной работе алгоритма с процедурой погашения интерференции, когда базовая станция в состоянии осуществить вычитание абонентского сигнала из ранее принятого сигнала, чтобы восстановить остаточный сигнал для повышения надежности беспроводных сетей с пульсирующим трафиком. Модифицированный алгоритм основан на идее поиска в множестве принятых сигналов ортогонального подмножества, позволяющего одновременно извлечь все множество конфликтных сигналов. Алгоритм использует полный перебор и потому обладает значительной вычислительной сложностью. В результате исследований выявлено, что при использовании процедуры погашения интерференции происходит ускорение процесса разрешения конфликта. Для этого необходимо хранить абонентские сигналы в специальных дополнительных ячейках памяти. При модификации алгоритма множественного доступа в исходящий сигнал от каждого абонента добавляется служебная информация о предыдущих попытках передать сигнал. Исключительное право использования процедуры погашения интерференции позволяет снизить вероятность возникновения конфликтов и таким образом увеличить качество передачи данных. В статье исследована возмож-ность повышения эффективности случайного множественного доступа с погашением интерференции. Предлагается использовать модифицированный алгоритм из семейства ALOHA с возможностью погашения интерференции в сетях с использованием пуассоновского входного потока.
Ключевые слова: алгоритм случайного множественного доступа, интерференция, алгоритм доступа к каналу, алгоритм разрешения конфликта, случайный множественный доступ, период разрешения конфликта, беспроводные сети
Keywords: random multiple access algorithm, interference, channel access algorithm, conflict resolution algorithm, random multiple access, conflict resolution period, wireless network
Просмотров: 193

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►