Программные продукты и системы

Статьи журнала №3 2019

1. О формализации функциональных требований в проектах по созданию информационных систем [№3 за 2019 год]
Авторы: Гутгарц Р.Д. (gutgarc@gmail.com) - Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ) (профессор), доктор экономических наук; Провилков Е.И. (provilkoff@gmail.com) - Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ) (аспирант);
Аннотация: Проблемам управления ИТ-проектами посвящено достаточно много научных и прикладных исследований. Главное внимание в них уделяется финансовым аспектам и продолжительности проекта, а функциональные аспекты часто остаются за кадром. Объяснить это можно тем, что такие показатели, как деньги и время, с учетом различных рисков можно рассчитать при использовании соответствующих методик и алгоритмов. Между тем адекватного численного эквивалента для определения функциональности проекта до сих пор не существует. При рассмотрении такого специализированного ИТ-проекта, как проектирование и разработка информационной системы или ее отдельного модуля, реализуемая в его рамках функциональность является основополагающим фактором, от которого зависят все другие показатели проекта. Однако функциональности в семантическом понимании этого слова по разным причинам в фундаментальной литературе и периодических научных изданиях уделяется недостаточно внимания. Основные интересы ученых и специалистов сосредоточены на управлении требованиями к информационной системе, включая функциональные. Формализация функциональных требований является предметом для обсуждения в научном сообществе и рассматривается в разных аспектах, но каких-либо унифицированных решений не предлагается. В статье рассматриваются вопросы, связанные исключительно с функциональными требованиями, особенностями их изначального формулирования, представлением для обсуждения с заказчиком и с формализацией для программного воплощения в проекте. Приводится краткий анализ подходов к формализации требований. Предложен авторский под-ход к формализации функциональных требований, который может быть распространен на определенные типы задач, включенные в ПО, представляющее информационную систему в виде программного продукта. Это может быть первым шагом в создании предпосылок для разработки алгоритмической составляющей, то есть для более корректного расчета трудоемкости проекта и, как следствие, более точного планирования его финансовых и временны́х затрат.
Ключевые слова: ит-проект, проектирование информационных систем, функциональные требования к информационным системам, проблемы формулирования функциональных требований, формализация функциональных требований, унификация функциональных требований
Keywords: it project, information systems design, information systems functional requirements, functional requirements formulating problem, functional requirements formalizatio, functional requirements unification
Просмотров: 466

2. Анализ особенностей формулирования функциональных требований к автоматизированной информационной системе [№3 за 2019 год]
Авторы: Гутгарц Р.Д. (gutgarc@gmail.com) - Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ) (профессор), доктор экономических наук; Полякова П.М. (p.polyakovaa@gmail.com) - Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ) (магистрант);
Аннотация: В статье кратко проанализированы типовые проблемы, сопровождающие этап идентификации требований к автоматизированным информационным системам. Поскольку информационная си-стема в современном контексте для пользователя представляется в форме программного обеспечения, требования к функциональному программному обеспечению можно считать эквивалентными функциональным требованиям к автоматизированным информационным системам. Рассмотрены несколько наиболее известных подходов по вопросам формулирования требований к автоматизированным информационным системам, в том числе функциональных, выявлены их общие и оригинальные аспекты. К проектируемой системе предъявляется множество требований, однако функциональные требования всегда первичны. Требования к автоматизированным информационным системам, связанные с надежностью, настраиваемостью, техническим обеспечением, организацией интерфейса с учетом обработки ошибок и др., являются вторичными по сравнению с функциональными, полностью определяются ими, а также зависят от текущего уровня развития соответствующих информационных технологий, включая технологии программирования. Анализ основан на мнениях специалистов, изложенных в классических источниках по обозначенной тематике. В проведенном исследовании показано, что до сих пор задачи, связанные с корректным формулированием функциональных требований к программному обеспечению, не имеют однозначного решения, хотя и предпринимаются попытки какой-либо их структуризации и (или) унификации.
Ключевые слова: автоматизированные информационные системы, функциональные требования к информационным системам, подходы к формулированию функциональных требований, унификация функциональных требований, проектирование информационных систем
Keywords: automated information systems, functional requirements for information systems, approaches to formulating functional requirements, unification of functional requirements, information system design
Просмотров: 337

3. Прогноз состояния объекта на основе применения фильтра Калмана и глубоких нейронных сетей [№3 за 2019 год]
Авторы: Пучков А.Ю. (putchkov63@mail.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ (доцент), кандидат технических наук; Дли М.И. (midli@mail.ru) - Филиал Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске (профессор, зам. директора по научной работе), доктор технических наук; Лобанева Е.И. (lobaneva94@mail.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ, кафедра информационных технологий в экономике и управлении (аспирант); Василькова М.А. (vasilkova_mariya00@mail.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ, кафедра информационных технологий в экономике и управлении (студент);
Аннотация: В статье представлен алгоритм прогноза состояния объекта исходя из данных, поступающих в форме изображений от каких-либо источников, например, видеокамер, нацеленных на ответственные технологические зоны. В основе предлагаемого алгоритма лежит последовательное использование глубокой искусственной нейронной сети и фильтра Калмана. Нейронная сеть предназначена для уменьшения размерности входных данных (изображений), реализуя функцию энкодера, с выхода которого снимается вектор наблюдений за состоянием объекта. На основании этих наблюдений осуществляется оценка состояния объекта рекуррентным фильтром. Использование фильтра непосредственно для изображений привело бы к большой размерности задачи и практической невыполнимости из-за вычислительных трудностей. Программа, реализующая предложенный алгоритм, разработана на языке Python 3.6 с использованием интегрированной среды Spyder из сборки Anaconda для операционной среды Linux. Вы-бор языка программирования обусловлен наличием для него мощных библиотек машинного обучения TensorFlow от компании Google, а также удобного фреймворка Keras для создания и работы с глубокими нейронными сетями. Приведены результаты модельного эксперимента по использованию предложенного алгоритма для прогноза состояния объекта, который заключался в отнесении полученных наблюдений к тому или иному классу. В рамках эксперимента были сгенерированы наборы изображений, относящихся к различным классам и отличающихся своей текстурой. Для имитации шума на изображениях применялся построчный сдвиг пикселей по горизонтали. Сравнительный анализ результатов прогноза с применением фильтра Калмана и без него показал, что фильтрация позволяет снизить количество ложных классификаций. Разработанный алгоритм может найти применение в системах поддержки принятия решений и автоматизированных системах управления технологическими процессами.
Ключевые слова: компьютерное зрение, фильтр калмана, глубокие нейронные сети
Keywords: computer vision, Kalman filter, deep neural networks
Просмотров: 397

4. Методическое обеспечение проектирования инфраструктуры географических информационных систем динамического объекта [№3 за 2019 год]
Авторы: Татарникова Т.М. (tm-tatarn@yandex.ru) - Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (доцент, профессор), доктор технических наук; Яготинцева Н.В. (tm-tatarn@yandex.ru ) - Российский государственный гидрометеорологический университет (ст. преподаватель);
Аннотация: В статье определена актуальность задачи применения географических информационных си-стем (ГИС) в управлении динамическими объектами. Предложена структурно-функциональная модель ГИС морского судна. Аппаратный слой ГИС представлен функциональными модулями, образующими локальную вычислительную сеть морского судна. Показано, что для управления динамическим объектом функциональные модули аппаратного обеспечения ГИС должны удовлетворять ограничениям на время доставки, рекомендуемым стандартами распространения пространственных данных. Авторы сформулировали задачу исследования как задачу разработки методического обеспечения для проектирования облика ГИС морского судна под заданные цели плавания и с учетом ограничений на требуемые показатели производительности ГИС при работе с пространственными данными. Выбор облика ГИС решается как целочисленная задача условной многопараметрической оптимизации с ограничениями по стоимости и производительности проекта ГИС. Предложена методика формирования инфраструктуры ГИС с заданным набором свойств. Методика включает шаги формирования исходных данных, оценку временных характеристик доставки пространственных данных до лица, принимающего решения, определение инфраструктуры ГИС, удовлетворяющей требованиям стоимости и производительности, определение узкого места в структуре ГИС. Исходными данными проектирования ГИС морского судна являются его назначение и морской район плавания. Назначение морского судна позволяет определить минимальное количество автоматизированных рабочих мест, а морской район плавания – минимальный состав оборудования на судне, который в Российской Федерации определяется Глобальной морской системой связи при бедствии.
Ключевые слова: локальная сеть, морское судно, методика формирования инфра-структуры динамического объекта, структурно-функциональная модель, управление динамическим объектом, принятие решений, географическая информационная система, динамический объект
Keywords: local network, ship, , structural-functional model, dynamic object management, decision making, geographic information system, a dynamic object
Просмотров: 309

5. Упрощенный метод скелетизации невыпуклых фигур [№3 за 2019 год]
Авторы: Кучуганов А.В. (Aleks_KAV@udm.ru) - Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова (доцент), доктор технических наук;
Аннотация: Аппроксимация графической информации путем скелетизации изображений объектов применяется для замены объектов более простыми и удобными представлениями в задачах семантического анализа и распознавания изображений. Скелетоны широко используются в системах технического зрения, контентного (содержательного) поиска изображений, в геометрическом моделировании, визуализации. Наиболее популярные подходы: на основе эрозии – удаления краевых точек объекта и математический – на основе диаграмм Вороного, формируемых путем триангуляции Делоне, вписывания окружностей или с помощью волнового метода. Общий недостаток существующих алгоритмов построения скелетона – потеря информации о ширине участков исходной фигуры, которая часто бывает необходима в задачах распознавания и описания изображений. В работе предлагается подход, который является развитием метода скелетизации на основе эвристических правил и заключается в последовательном отсечении сегментов фигуры минимальными хордами в таких местах, где граница фигуры имеет отрицательный перегиб при обходе ее против часовой стрелки. Строятся отрезки, соединяющие середины хорд соседних сегментов. От-резки объединяются в цепочки, которые и образуют скелетон невыпуклой фигуры. При этом длины полученных хорд несут информацию о ширине фигуры на соответствующих участках. Эксперименты проводились в двух предметных областях: при обработке сканированных архивных чертежей деталей общемашиностроительного применения с целью использования ранее накопленного опыта при проектировании новых изделий и сокращения общего времени проектирования и технологической подготовки производства, а также в задаче распознавания слитного рукописного текста в автономном режиме.
Ключевые слова: скелетон, секущая хорда, невыпуклый многоугольник, граница, цветовая сегментация, растровое изображение
Keywords: skeleton, secant chord, nonconvex polygon, border, color segmentation, raster image
Просмотров: 391

6. Проектирование интерпретатора языка QVT Operational Mappings для программного средства UML Refactoring в рамках модельно-ориентированного подхода [№3 за 2019 год]
Авторы: Дерюгина О.А. (o.a.derugina@yandex.ru) - МИРЭА – Российский технологический университет (преподаватель), кандидат технических наук; Крючкова Е.В. (o.a.derugina@yandex.ru) - МИРЭА – Российский технологический университет (бакалавр );
Аннотация: В работе рассмотрена концепция модельно-ориентированного подхода MDA для решения за-дач автоматизации разработки ПО. Подход предполагает разделение процесса разработки на три основных шага: разработка платформонезависимой модели PIM, создание платформозависимой модели PSM, разработка кода ПО. Подробно рассмотрены стандарты MDA: XMI (XML Metadata Interchange), унифицирующий обмен моделями между программными средствами, и QVT (Que-ry/View/Transformation), описывающий языки запросов к моделям. Цель работы – проектирование интерпретатора языка QVT Operational Mappings, одного из се-мейства языков QVT, для программного средства UML Refactoring. Программное средство UML Refactoring предназначено для анализа и трансформации UML-диаграмм классов, описывающих объектно-ориентированную архитектуру ПО. В процессе анализа рассчитываются объектно-ориентированные метрики (Avg. DIT, Avg. NOC, Avg. CBO и др.), а также выполняется поиск трансформаций «Введение интерфейса», «Стратегия», «Фасад», снижающих значение целевой функции рефакторинга, выбранной пользователем. На ос-нове информации о языке создания запросов к моделям QVTo для системы UML Refactoring спроектирован класс QVTInterpreter.java, который интерпретирует QVT-запрос к диаграмме классов, а затем преобразует его в последовательность трансформаций, таких как добавление класса, добав-ление атрибута к классу, добавление метода к классу, добавление интерфейса, добавление метода к интерфейсу, добавление пакета, добавление класса в пакет, добавление интерфейса в пакет, добавление пакета в пакет. Для каждой трансформации спроектирован отдельный класс-наследник класса Refactoring.java, в ходе трансформации передаваемый на вход классу Transformator.java, который, в свою очередь, вызывает метод execute() каждой трансформации.
Ключевые слова: mda, модельно-ориентированный подход, проектирование программного обеспечения, архитектура программного обеспечения, uml refactoring, uml, qvt
Keywords: mda, model oriented approach, software architecture, software architecture, uml refactoring, uml, qvt
Просмотров: 309

7. Автоматизация верификации программ с использованием графоаналитических моделей вычислительного процесса [№3 за 2019 год]
Авторы: Зыков А.Г. (zykov_a_g@mail.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), кандидат технических наук; Голованев Я.С. (golovanev98@mail.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (студент); Поляков В.И. (v_i_polyakov@mail.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Постоянный рост объемов и количества создаваемого ПО требует новых инструментов, позволяющих сократить время на проектирование и разработку очередного продукта. В их число входят и средства автоматизации верификации. Верификация вычислительных процессов, реализованных программно, является сложной и трудоемкой задачей. Необходимость в новых инструментах автоматизации верификации возрастает из-за увеличения количества систем, использующих различные языки программирования, и требований к сокращению сроков реализации проектов. Актуальность задачи создания универсальных межязыковых средств верификации до сих пор высока. В работе рассматриваются метод и средства автоматизации верификации вычислительных процессов на основе описания графоаналитической модели. Предлагаемый метод заключается в следующем. По разработанной программистом программе восстанавливается описание на разработанном языке и сравнивается с эталонным описанием графоаналитической модели, по которому эта модель создавалась; далее в автоматическом режиме по результатам сравнения либо программа верифицируется и определяется корректной, либо выдается детальная информация о наличии несовпадения; в интерактивном режиме исходный текст программы модифицируется c учетом полученной информации, процесс верификации повторяется. Целью исследования является автоматизация верификации программ на языке С/C# по группе описаний графоаналитической модели вычислительного процесса. В рамках данного исследования было создано средство, позволяющее преобразовывать ис-ходные коды программ в описания графоаналитической модели и выполнять автоматизированную формальную верификацию проекта. Разработанная утилита была проверена на восстановленных описаниях графоаналитической модели программ на С/С# и Java для обработки массивов (сортировка слиянием, алгоритм Дейкстры). Синтезированный исполняемый модуль был успешно протестирован в окружении операционной системы Windows 10. В дальнейшем планируется развивать утилиту вместе с новыми версиями языка описания, что-бы расширить возможности анализа и верификации программ.
Ключевые слова: верификация, автоматизация, язык описания графоаналитической модели, конвертация программ, вычислительный процесс, синтаксический анализ, графоаналитическая модель
Keywords: verification, automation, language for description of the graph analytical model, program conversion, computational process, syntactic analysis, graph-analytic model
Просмотров: 307

8. Прототип интеллектуальной электронной книги с использованием технологии прямого наложения знаний [№3 за 2019 год]
Авторы: Бронфельд Г.Б. (stolem1985@gmail.com) - Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (доцент), кандидат технических наук; Киров Д.И. (tmdagger2000@gmail.com) - Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (аспирант); Кондратьев В.В. (vv-kondratiev@yandex.ru) - Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (профессор, чл.-корр. РАН), доктор технических наук;
Аннотация: В работе проведен анализ появления интеллектуальных электронных книг. Кратко рассмотрены основы создания интеллектуальных электронных книг в варианте элинги с использованием технологии прямого наложения знаний. Технология прямого наложения знаний обеспечивается применением новой модели представления знаний – молинги, фактически представляющей предложения текстов короткими семантическими сетями. Создаваемые базы знаний включают большой набор молинг. Применение технологии прямого наложения знаний приводит к присутствию в базе знаний только предложений с разным семантическим смыслом. Молинга соответствует структуре продукционных моделей, но имеет ядро, содержащее простое предложение с кодовым описанием, указанием фактора уверенности и постусловиями. Пост- условия могут содержать графические образы, файлы с данными или расчетные модели. Технология разработана в рамках проектирования экспертных систем, однако каждый из компонентов выполняется по-иному. В результате создан программный комплекс – элинга, обладающий уникальными возможностями по сравнению с обычными экспертными системами. Именно молинги позволяют применить технологию прямого наложения знаний. Логический вывод основан на использовании модифицированного правила modus ponens. Само нахождение решения осуществляется на основе диалого-ассоциативного поиска в процессе дискурса человек–компьютер с использованием промежуточных результатов, полученных при работе логического вывода. Описываются основные функции прототипа элинги и режимы работы. Данный подход позволяет на основе принципиально новой технологии более эффективно решать проблемы пользователей, не разрешимые или тяжело решаемые ранее на основе интеграции знаний.
Ключевые слова: прямое наложение знаний, элинга, молинга, текст, модель знаний, знания, книга
Keywords: direct imposing of knowledge, elinga, molinga, text, knowledge model, knowledge, book
Просмотров: 375

9. Реализация нечеткой модели взаимодействия объектов сложных технических систем на основе графов [№3 за 2019 год]
Автор: Мунтян Е.Р. (ermuntyan@sfedu.ru) - Южный федеральный университет (доцент);
Аннотация: В статье дано описание процесса разработки нечеткой модели на основе графов, позволяющей исследовать совместные действия объектов сложных технических систем на примере части си-стемы охраны протяженного периметра. В качестве объектов такой системы используются стацинарные и подвижные объекты охраняемого периметра, необитаемые интеллектуальные взаимо-действующие мобильные роботизированные платформы, лицо, принимающее решение по их перемещению (в данном случае компьютер), потенциальные нарушители, проникающие на территорию охраняемого периметра. Для представления объектов сложных технических систем в модели используется понятие «актор» в соответствии с акторно-сетевой теорией Б. Латура. Проанализированы результаты моделирования системы охраны протяженного периметра на примере трех моделей, учитывающих различные виды связи в графе: модель 1 с однотипными связями, модель 2 с однотипными и разнотипными связями, модель 3 с однотипными, разнотипными ребрами и связями в виде векторов. Для моделирования и исследования совместных действий объектов сложных технических си-стем предложена нечеткая модель взаимодействия акторов, позволяющая учитывать совокупность различных видов связи между вершинами графа согласно специфике предметной области. Данные модели реализованы в разработанном автором программном модуле. Экспериментальные исследования показали преимущество предложенной в статье модели 3 (граф с учетом множественных связей).
Ключевые слова: сложная техническая система, граф, актор, разнотипные и множественные связи, нечеткая модель взаимодействия акторов, система охраны периметра, программная реализация
Keywords: complex technical system, graph, actor, heterogeneous and multiple connections, fuzzy actor interaction model, perimeter security system, program realization
Просмотров: 309

10. Разработка метода самообучения импульсной нейронной сети для защиты от DDoS-атак [№3 за 2019 год]
Авторы: Пальчевский Е.В. (teelxp@inbox.ru) - Уфимский государственный авиационный технический университет (аспирант); Христодуло О.И. (o-hristodulo@mail.ru ) - Уфимский государственный авиационный технический университет (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: Статья посвящена разработке специализированного метода обучения импульсной нейронной сети, позволяющего ускорить обнаружение и ликвидацию атак внешним несанкционированным трафиком. Рассмотрена проблема защиты доступности информации и обучения нейронных сетей, а также обоснована необходимость проведения математического анализа для создания новых способов самообучения нейронных сетей. Представлена разработанная самообучаемая импульсная нейронная сеть, необходимая для защиты от DDoS-атак. Разработан новый метод самообучения импульсной нейронной сети, в основу которого входит равномерное распределение нейронов по всем ядрам каждого процессора в кластере. Это позволяет нейронной сети обучаться в короткие сроки с нуля (530 минут), как следствие – быстро и эффективно ликвидировать DDoS-атаки. Проведено тестирование разработанной импульсной нейронной сети в условиях двух режимов –боевого и нормального. В результате получены нагрузочные значения на физические ресурсы каждого физического сервера в кластере. Длительное тестирование импульсной нейронной сети показывает достаточно низкую нагрузку на центральный процессор, оперативную память и твер-дотельный накопитель при DDoS-атаках. Соответственно, оптимальная нагрузка не только повышает доступность каждого физического сервера, но и предоставляет возможность параллельного запуска ресурсоемких вычислительных процессов без какого-либо нарушения функционирования рабочей среды. Тестирование проводилось на серверах вычислительного кластера, где импульсная нейронная сеть показала стабильную работу и эффективно защищала от DDoS-атак.
Ключевые слова: информационная безопасность, передача данных, сети, ddos, antiddos, unix, ос, данные, обработка данных, информация
Keywords: information security, data transfer, networks, ddos, antiddos, unix, operation system, data, data processing, information
Просмотров: 334

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►