Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Двухслойный векторный персептрон для решения задачи распознавания бинарных образов [№4 за 2014 год]
Авторы: Крыжановский В.М., Мальсагов М.Ю., Желавская И.С.
Просмотров: 14042
Для решения задачи поиска ближайшего соседа в конфигурационном пространстве предложена новая модель нейронной сети – двухслойный векторный персептрон (Double-Layer Vector Perceptron, сокращенно DLVP). Она позволила решить проблему однослойного персептрона, заключающуюся в том, что ошибка даже одного выходного нейрона приводит к ошибочному распознаванию сети в целом. Предложенная модель является развитием однослойного векторного персептрона: добавлен дополнительный слой, аккумулирующий информацию. В результате стало возможным корректное распознавание даже в том случае, когда все нейроны внутреннего слоя ошибаются, то есть строить нейронные сети на «слабых» нейронах. Было проведено сравнение данной модели с однослойным персептроном. Разработанная модель значительно превосходит однослойный векторный персептрон в качестве распознавания (понижение ошибки распознавания на четыре порядка и более) ценой незначительного увеличения вычисли-тельной сложности (на 5 %) и требований оперативной памяти. Был проведен анализ свойств и получена теоретическая оценка емкости памяти предложенной модели. В ходе анализа выяснилось, что эта модель обладает еще одним полезным свойством, которого нет у однослойной модели, а именно: с ее помощью можно решать задачу поиска k ближайших соседей.

12. Методика и программный комплекс для динамического поиска уязвимостей в бинарном коде [№4 за 2014 год]
Автор: Шудрак М.О.
Просмотров: 7706
В работе дается описание оригинальной методики для динамического анализа уязвимостей в бинарном коде, которая позволяет проводить тестирование различных приложений, взаимодействующих в сети. Уязвимые сетевые программные продукты представляют огромную угрозу для безопасности различных информационных систем. Уязвимости в web-браузерах или в серверном программном обеспечении могут иметь серьезные последствия. Отличный пример – критическая уязвимость «HeartBleed», обнаруженная в реализации TLS OpenSSL и позволяющая злоумышленнику удаленно и без авторизации получать критическую информацию, в том числе закрытые ключи пользователей на уязвимом сервере. Для решения описанной проблемы используется сочетание технологий динамической бинарной инструментации, анализа покрытия кода и так называемого фаззинга – технологии генерации потенциально ошибочных данных и мо-ниторинга результата. Подход позволяет проводить итеративный анализ для заданного сетевого приложения в тестовой среде с использованием средств виртуализации. Для повышения качества тестирования в работе представлен новый подход к эффективному анализу каждой тестовой итерации с использованием анализа покрытия кода, оценки сложности участка выполненного кода с их после-дующей визуализацией. Описывается реализация методики в виде единого программного комплекса, позволяющего проводить поиск уязвимостей в сетевых и файловых приложениях со значительным уровнем производительности и автоматизации тестирования. Помимо этого, приводится экспериментальная оценка эффективности предложенного решения на 17 тестовых приложениях для различных операционных систем. В результате экспериментов были найдены две ранее неизвестные уязвимости в нескольких популярных приложениях, что подтверждает эффективность использования методики и программного комплекса для решения задачи поиска уязвимостей в бинарном коде.

13. Исследование возможностей аппаратного модуля на базе программируемых логических интегральных схем для задач нагрузочного тестирования [№4 за 2014 год]
Автор: Бородин А.А.
Просмотров: 7723
Обеспечение качественного и надежного функционирования информационных систем является исключительно важной задачей. В настоящее время ее решение во многом обеспечивается нагрузочным тестированием, а постоянное развитие данных систем требует повышения его эффективности. Нагрузочное тестирование является сложным и многоплановым процессом, состоящим из множества шагов. Анализ теории и практики показал, что вопросам запуска теста исследователи уделяют недостаточное внимание. Эффективность данной стадии зависит от качества реализации программы нагрузчика и характеристик используемого компьютера. На практике для создания требуемой нагрузки ресурсов одного компьютера не хватает, поэтому существуют методы создания нагрузки на основе распределенных вычислений, которые имеют свои недостатки. Эти методы представлены облачными и кластерными вычислениями, а также объединением совокупности компьютеров посредством локальной сети. В данной статье приведены результаты экспериментов по измерению характеристик аппаратного нагрузчика, который был построен автором на базе программируемых логических интегральных схем с целью повышения эффективности стадии создания нагрузки. Это устройство обеспечивает проведение нагрузочного тестирования без применения дополнительных компьютерных узлов. В рамках данных экспериментов были определены предельные нагрузочные способности созданного прототипа аппаратного нагрузчика. Проведено сравнение полученных результатов с характеристиками существующих компьютерных систем.

14. «Кафедра онлайн»: облачные технологии в высшем образовании [№4 за 2014 год]
Авторы: Тельнов В.П., Мышев А.В.
Просмотров: 13058
Обеспечение масштабируемости компьютерных сетей и программного обеспечения – одна из насущных проблем отечественных университетов. В условиях быстрого роста сетевого трафика ИТ-специалисты университетов вынуждены тратить все больше времени и средств на обеспечение пропускной способности каналов связи. В то же время ИТ-бюджеты университетов зачастую отстают от необходимых темпов роста. Учебным заведениям требуются экономичные, надежные и технологичные способы удовлетворения растущих информационных потребностей при одновременном контроле расходов. Созданный программный продукт «Кафедра онлайн» базируется на концепции облачных вычислений, в максимальной степени использует общедоступные технологические решения и ресурсы, при этом по мере возможности не зависит от конкретных провайдеров услуг и лицензионного программного обеспечения. Продукт ориентирован на высшие учебные заведения, имеющие бюджетные ограничения в части приобретения и поддержки собственной компьютерной инфраструктуры, сетевого оборудования и программного обеспечения. Для бюджетных образовательных учреждений РФ программное обеспечение «Кафедра онлайн» доступно на безвозмездной основе. В данной статье рассмотрены важнейшие характеристики облачных вычислений, дан краткий аналитический обзор существующих готовых решений для высшей школы. Сформулированы требования к программному обеспечению «Кафедра онлайн», представлены основные компоненты программного продукта, даны ключевые архитектурные, технологические и проектные решения в нотации UML-диаграмм, показаны результаты тестирования программного обеспечения и образцы пользовательского интерфейса.

15. Разработка прототипа информационно-технологического процесса обработки информации с учетом его стоимости [№4 за 2014 год]
Авторы: Скрипачев В.О., Чулкин М.О.
Просмотров: 11850
При функционировании сложных информационно-технических систем часто приходится сталкиваться с необходимостью обработки разнородной информации. Для обработки отдельных видов используемой информации имеет смысл ввести понятие информационно-технологического процесса. При реализации конкретных информационно-технологических процессов обработки информации используются механизмы объектно-ориентированного программирования: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. При реализации программной части информационно-технологического процесса необходимо создать прототип ПО – предварительное воплощение предлагаемого нового программного продукта. Основная цель создания прототипа – устранение неясностей на ранних стадиях процесса разработки. Для разработки прототипа целесообразно использовать модель параллельной разработки ПО. Кроме то-го, создание прототипа позволяет оценить затраты на создание ПО и принять соответствующее управленческое решение. Для оценки затрат применена алгоритмическая модель оценки стоимости разработки ПО – COnstructive COst MOdel (COCOMO). В статье рассмотрены особенности применения COCOMO, а также прототип ПО информационно-технологического процесса с использованием базового уровня, позволяющего оценить трудоемкость и стоимость разработки ПО как функции от размера программы, при этом размер выражается в оценочных тысячах строк программного кода. Для обозначения объема программных строк используется единица KLOC – kilo lines of code.

16. Web-сервис для автоматизированного формирования продукционных баз знаний на основе концептуальных моделей [№4 за 2014 год]
Авторы: Юрин А.Ю., Дородных Н.О.
Просмотров: 13602
В данной статье описан web-сервис для автоматизированного формирования баз знаний продукционного типа на основе результатов концептуального моделирования. Сервис обеспечивает автоматизированный анализ XML-структуры файлов CASE-средства Rational Rose (содержащих описание моделей классов) и системы когнитивного моделирования FreeMind, выделение понятий и отношений, их представление в виде понятий онтологии. На основе сформированной онтологической модели могут быть осуществлены автоматизированное создание продукций и их визуальное моделирование с использованием нотации RVML – Rule Visual Modeling Language. Полученные модели продукций используются для генерации программного кода в формате CLIPS (C Language Production System). В статье описываются функции сервиса, его архитектура и алгоритмы формирования моделей онтологии и продукций, приводятся примеры соответствия элементов концептуальной, продукционной моделей и конструкций CLIPS. Web-сервис может быть рассмотрен как один из модулей системы управления базами знаний, областью применения которого является решение задач извлечения, структурирования и формализации знаний в различных предметных областях. Апробация и тестирование сервиса осуществлены при создании баз знаний продукционных экспертных систем для исследования и обеспечения техногенной безопасности труднодоступных водных объектов.

17. Комплекс программ для индуктивного формирования баз медицинских знаний [№4 за 2014 год]
Автор: Смагин С.В.
Просмотров: 8565
В статье представлено описание комплекса программ InForMedKB (Inductive Formation of Medical Knowledge Bases), позволяющего создавать обучающие выборки (состоящие из историй болезни различных разделов медицины) и на их основе (в форме, принятой в медицинской литературе) индуктивно формировать базы медицинских знаний, содержащие описания заболеваний, а также объяснение этих баз знаний. В разработанном комплексе реализован алгоритм обучения (решающий задачи классификации и кластеризации в их новых постановках, представленных как частный случай задачи оценки значений параметров модели зависимости, которая обусловливает качество разработанного для нее алгоритма обучения) для практически полезной и хорошо интерпретируемой математической модели зависимости с параметрами, являющейся онтологией медицинской диагностики, приближенной к реальной (заданной системой логических соотношений с параметрами). Этот алгоритм по обучающей выборке находит значения параметров (базу медицинских знаний) указанной модели, близкие к значениям, характеризующим предметную область медицинской диагностики. При помощи данного комплекса на основе обучающей выборки реальных данных, содержащей истории болезни из раздела медицины «острый живот», индуктивно сформирована база медицинских знаний, обладающая высоким уровнем интерпретируемости для практикующего врача. Входящие в полученную базу знаний описания заболеваний, по оценке эксперта, соответствуют знаниям, имеющимся в научной и учебной медицинской литературе, а в ряде случаев дополняют их описанием динамики клинических проявлений. Формальное представление баз медицинских знаний, получаемых при помощи разработанного комплекса, позволяет использовать их в экспертных системах медицинской диагностики.

18. Адаптивные нечеткие системы по таксономии класса FOREL [№4 за 2014 год]
Authors: V.P. Shchokin, Chernyi, S.G., A.S. Bordug
Просмотров: 10986
Представлены результаты разработки метода нейронечетких структур самоорганизации для интеллектуальных систем управления технологическими процессами. Предлагаемая модификация основного алгоритма может улучшить индекс производительности контроля за интеллектуальными автоматизированными системами управления за счет снижения минимизации расчетов и соответственно увеличение производительности системы. Согласно классическому правилу обучения, нечеткие нейронные сети анализируют правила развития сети, тип функций принадлежности, нечеткого вывода типа алгоритма и т.д., в случае неправильного выбора этих параметров нечетких нейронных сетей процесс может быть неэффективным. Эксплуатация разработанного алгоритма основана на теории частотой дискретизации и распределения обучения квантования. В теории систем управления с дискретным временем определен такт выборки Т, что обусловлено правилом: величина должна превышать максимальную частоту системы. В традиционных адаптивных системах управления параметры регулируются тактом дискретизации, а частота дискретизации и скорость обновления не разделены. Для уменьшения времени работы алгоритма при выполнении параметрического синтеза асимптотически устойчивых интеллектуальных систем управления применены идентифицирующий метод коэффициента концентрации функций принадлежности и границы корректирующих выборок в базе адаптивных правил. Согласно разработанной методике, можно сравнить параметры функции принадлежности, которые были получены в результате работы модифицированного адаптивного алгоритма нечеткой сети Ван–Менделя, и параметры, полученные на основе статистической обработки информационных систем решений идентификации динамического состояния объекта. Использован алгоритм с учетом разработанного метода самоорганизации нейронечетких структур на основе алгоритма FOREL, элемент класса таксономии.

19. Реализация генетического алгоритма для эффективного документального тематического поиска [№4 за 2014 год]
Авторы: Иванов В.К., Мескин П.И.
Просмотров: 11967
Качество документального тематического поиска, то есть поиска документов, содержащих координированную информацию в заданном тематическом сегменте, не всегда удовлетворительно. Несмотря на наличие мощных поисковых систем для информационных ресурсов Интернета или для специализированных БД, процесс поиска остается трудоемким и слабо поддерживается программно и методологически. В настоящей статье описывается программная реализация генетического алгоритма для выявления и отбора наиболее релевантных результатов, полученных в ходе последовательно выполняемых операций тематического поиска. При этом моделируется эволюционный процесс, который формирует устойчивую и эффективную популяцию поисковых запросов, образует поисковый образ документов или семантическое ядро, создает релевантные множества искомых документов, позволяет автоматически классифицировать результаты поиска. Обсуждаются особенности тематического поиска, обосновывается применение генетического алгоритма, описываются аргументы целевой функции, рассматриваются основные шаги и параметры алгоритма. Отмечается, что целевая функция, или критерий качества поиска, определяется позицией документа в списках результатов, построенных поисковой системой при выполнении максимального числа различных запросов, и семантической близостью к поисковому образу документов заданной тематики. Достаточно подробно описана программная реализация: основные объектные модели, пользовательский интерфейс, основная библиотека алгоритма, модули морфологического анализа, семантического анализа сходства текстов, поиска, управления БД, управления метаданными. Приводятся сведения о составе классов модулей и их компонентов. В заключение отмечается, что реализованный генетический алгоритм является одним из элементов ПО разрабатываемой интеллектуальной системы информационной поддержки инноваций в науке и образовании. Он играет важную роль в обеспечении адаптивности функционирования поисковых механизмов, а разработанное ПО алгоритма создает достаточно широкий базис для дальнейших исследований и разработок.

20. Система автоматического извлечения информативных признаков для распознавания эмоций человека в речевой коммуникации [№4 за 2014 год]
Авторы: Брестер K.Ю., Семенкин Е.С., Сидоров М.Ю.
Просмотров: 7792
В процессе человеко-машинной коммуникации возникает ряд задач, связанных с обработкой голосовых сигналов. Помимо распознавания речи говорящего, актуальными остаются идентификация личности, пола, возраста пользователя диалоговой системы, а также его эмоционального состояния. При этом число акустических характеристик, которые могут быть извлечены в ходе анализа звуковой записи, достигает сотен или даже тысяч: атрибуты могут коррелировать друг с другом, содержать зашумленные данные или иметь низкий уровень вариации, что снижает точность работы привлекаемых классификаторов. Поэтому важной задачей является автоматический отбор информативных признаков, используемых алгоритмами распознавания. В рамках данной статьи рассматриваются два подхода, основанные на использовании адаптивного многокритериального генетического алгоритма, настройка пара-метров которого осуществляется автоматически в ходе решения задачи. Выбор данной эвристической процедуры для оптимизации критериев качества обусловлен простотой кодирования информативной подсистемы признаков, а также возможностью оптимизации как дискретных, так и непрерывных критериев. Вероятностная нейронная сеть используется в качестве классификационной модели. Исследование эффективности разрабатываемых подходов проводилось на множестве задач распознавания эмоций человека: БД содержали голосовые записи на английском и немецком языках. В ходе тестирования было установлено, что на указанном множестве задач применение описанной процедуры извлечения информативных признаков приводит к повышению точности результатов (относительное улучшение до 22,7 %), получаемых вероятностной нейронной сетью. Кроме того, становится возможным существенное снижение размерности вектора признаков, описывающих голосовой сигнал (в ряде случаев в среднем с 384 до 64,8 атрибута). Предложенные схемы демонстрируют высокую эффективность по сравнению с методом главных компонент. Описываемые процедуры могут быть применены для идентификации личности говорящего, распознавания его пола, возраста и других персональных характеристик, что также является предпосылкой их использования в качестве алгоритмического ядра интеллектуальных модулей диалоговых систем.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Следующая → ►