Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2015 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Нейросетевое приложение для оценивания характеристической экспоненты процесса Леви на примере распределения Бандорффa-Нильсена [№3 за 2015 год]
Авторы: Белявский Г.И., Пучков Е.В., Лила В.Б.
Просмотров: 7827
Применение метода главных компонент и обобщенного метода главных компонент для анализа данных не всегда оправданно, поскольку не всегда существуют моменты необходимого порядка у анализируемого закона распределе ния. В то же время продолжает расти интерес к процессам Леви в связи с их многочисленными приложениями, а процесс Леви является именно тем процессом, для которого метод главных компонент неприменим. Важным свойством процесса Леви, упрощающим анализ, является то, что этот процесс полностью определяется комплексно- значной функцией вещественного аргумента – характеристической экспонентой. Идентифицировать процесс Леви – значит найти оценку характеристической экспоненты по обучающей выборке. Свойство независимости и однородности приращений процесса Леви позволяет использовать приращения процесса в качестве обучающей выборки. В статье рассматривается задача построения нейросетевой модели для оценки характеристической экспоненты на заданном интервале изменения аргумента. Для оценки характеристической экспоненты процесса Леви предложен стохастический аналог адаптивного алгоритма обучения нейросети, использующий потенциальные функции Ланцоша. Алгоритм обучения опробован на гиперболическом распределении Бандорффа-Нильсена. Гиперболическое распределение является смесью нормальных законов, что позволило без особых усилий сгенерировать обучающую выборку. В результате нейросеть с удовлетворительной степенью точности вычислила оценку характеристической экспоненты процесса Леви.

12. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем в распределенной вычислительной среде [№3 за 2015 год]
Авторы: Феоктистов А.Г., Башарина О.Ю.
Просмотров: 8208
Одним из наиболее эффективных подходов к анализу процессов функционирования сложных систем является имитационное моделирование. Построение моделирующей программы, адекватно отображающей исследуемый объект, во многом является нетривиальной задачей и требует от ее разработчика высокой математической и программистской квалификации, тем более, когда речь идет о параллельной или распределенной программе. Таким образом, возникает потребность в высокоуровневых инструментальных средствах автоматизации этого процесса, которые позволят максимально использовать потенциал высокопроизводительной вычислительной техники и обеспечат построение сложной технологической цепочки: от специалиста-предметника, формулирующего задачу, к математику, создающему модель, затем к программисту и только потом – к тем, кто занимается непосредственно вычислениями. В статье рассматриваются новые инструментальные средства автоматизации процесса имитационного моделирования сложных систем, базирующиеся на использовании распределенной вычислительной среды для выполнения моделей. Приводится технология применения инструментальных средств при решении задач исследования сложных систем. Процесс моделирования осуществляется путем многовариантных распределенных вычислений, что позволяет существенно сократить время решения задачи. В качестве распределенной вычислительной среды предлагается использовать вычислительные кластеры, организованные на базе персональных компьютеров учебно-образовательных и научных организаций, объединенных локальной сетью. Приводятся примеры применения инструментальных средств в процессе решения ряда важных практических задач. Принципы работы, технология применения, способы и средства реализации рассмотренных инструментов обеспечивают широкий спектр использования их функциональных возможностей для имитационного моделирования сложных систем в самых различных сферах человеческой деятельности.

13. Оптимизация процесса обнаружения орбит новых космических объектов с помощью параллельного расчета возможных орбит [№3 за 2015 год]
Авторы: Трушкова Е.А., Матвеев Г.А.
Просмотров: 7392
Наблюдение и каталогизация малоразмерных объектов космического мусора в околоземном космическом пространстве требуют совершенствования применяемых методов и алгоритмов получения и обработки информации для повышения эффективности работы оптических средств. Один из подходов оперативного обнаружения и определения орбит некаталогизированных объектов космического мусора апробирован и успешно применяется на российских оптических наблюдательных наземных средствах. Однако много времени тратится на операцию полного перебора коротких серий измерений (треков) и выбор разнесенных во времени трех треков, предположительно, относящихся к одному объекту космического мусора и используемых для последующего построения возможной первоначальной орбиты. Данная статья посвящена вопросу сокращения перебора треков посредством предварительного анализа полученных измерений с помощью априорного построения границ изменения параметров возможных орбит. Вычисли-тельные эксперименты, проводимые в рамках исследования этой прикладной задачи, направлены на уменьшение средней скорости обработки одного трека при увеличении точности полученной оценки. Скорость обработки одного трека естественным образом ограничена, так как, являясь частью общей программы обработки траекторных измерений, построение оценки параметров возможных орбит для каждого трека не должно сильно влиять на общее время цикла обработки измерений. При этом уменьшение средней скорости обработки одного трека и одновременное повышение точности оценок становятся возможными при параллельной организации работы программы. Так, для оптимизации работы программы обнаружения и определения орбит новых космических объектов предлагается параллельный алгоритм построения границ изменения параметров возможных орбит для последующего выбора троек треков, допустимые области изменений параметров которых имеют непустое пересечение. Алгоритм реализован на языке Т++ для Т-системы с открытой архитектурой (OpenTS).

14. Вопросы создания АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве [№3 за 2015 год]
Авторы: Арепин Ю.И., Доронкина А.Н.
Просмотров: 10422
На сегодняшний день актуально создание АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве одним космическим аппаратом или их группировкой. Одно из центральных мест в задачах управления космическими полетами занимает баллистико-навигационное обеспечение, включающее постановку задач, разработку методов и алгоритмов их решения, комплекс вычислительных процедур, которые используются в дальнейшем при управлении полетом космического аппарата. Одной из задач баллистико-навигационного обеспечения является определение параметров движения космических аппаратов в пространстве (текущих и прогнозных). Навигационное обеспечение дает возможность определять и уточнять полет космического аппарата, обеспечивать наведение, сбли-жение, спуск с орбиты и т.д. Анализ процессов функционирования, проблем создания АСУ космическими полетами невозможны без построения математической модели или агрегированной совокупности моделей составных элементов, отражающих свойства объекта моделирования. Одной из основных задач космических полетов является техническая разведка из космоса, предназначенная для укрепления оборонной мощи РФ и национальной безопасности. Реализация насущных проблем в данной области для РФ возможна на основе создания группировки космических аппаратов при применении высокоэллиптических орбит. В этой связи в статье рассматривается актуальная задача построения спутниковых систем непрерывного обзора Земли на высокоэллиптических орбитах. Данная задача сводится к поиску экстремума функции от конечного числа параметров, имеющей смысл геоцентрического углового расстояния. Число параметров велико, критериальная функция сложна. Для облегчения анализа и упрощения вычислений предложены варианты понижения размерности задачи. Предложены показатели эффективности функционирования АСУ космическими полетами.

15. Определение перспективных характеристик самолетов с помощью кластерного анализа [№3 за 2015 год]
Авторы: Вестяк В.А., Малашкин А.В., Малашкин А.А.
Просмотров: 8230
Проектирование новых типов легкомоторных самолетов требует обоснования предполагаемой пассажировме-стимости и грузоподъемности. В фундаментальных трудах излагаются основные подходы, задачи и методы их решения, связанные с общим проектированием самолетов различного назначения, а также вопросы проектирования отдельных частей самолета. В настоящей статье уделено внимание именно автоматизации решения проектной задачи: разработан и программно реализован эффективный алгоритм модифицированного кластерного анализа данных пассажирских авиаперевозок. На основе имеющихся в литературе данных кратко обосновывается необходимость проектирования отечественного самолета пассажировместимостью до 19 человек. При проектировании борта, харак-теризующего конкретную авиаперевозку, учитывались следующие параметры: дальность перелета, количество пассажиров и вес коммерческого груза. В случае использования классических подходов кластерного анализа (K-means или K-medians с конечным количеством кластеров) в каждом кластере будут находиться авиаперевозки, превышающие возможности самолета, с характеристиками, соответствующими характеристикам кластера. Каждая перевозка представляет собой точку в трехмерном пространстве, оси которого имеют разную размерность (км, количество пассажиров, кг), поэтому возникает проблема измерения расстояния в таком пространстве, так как подобрать эффективную метрику в нем не представляется возможным. В связи с этим использован не упомянутый классический подход, а оригинальный метод перехода от трехмерного к одномерному пространству для кластерного анализа. Предложен и обоснован критерий остановки алгоритма. Обработаны реальные данные о 1 017 конкретных авиаперевозках. Полученные результаты могут быть использованы проектировщиками самолетов и инженерами, занимающимися разработкой облика самолета.

16. Объективные методы вероятностной оценки степени адекватности имитационного моделирования в информационных системах освоения эргатических радиоэлектронных объектов [№3 за 2015 год]
Авторы: Потапов А.Н., Абу-Абед Ф.Н., Мартынов Д.В., Кордюков Р.Ю.
Просмотров: 11275
На основании того, что у современных тренажеров моделирующее устройство имеет иерархическую (модульную) структуру построения, разработан метод, с помощью которого для каждого иерархического уровня по мере близости результатов его моделирования к действительности определяется количественная оценка адекватности имитационного моделирования в тренажере. Данный метод позволяет устранить недостатки, свойственные методу оценки адекватности тренажера в виде «черного ящика». Это является его достоинством. Однако он имеет недостаток – формирование методических ошибок. Ошибки образуются в процессе разложения функционалов объекта и модели в ряды Тейлора и ограничения в использовании их членов. Очевидно, что данную ошибку можно выявить на основании со-поставления оценок адекватности, полученных вторым и первым методами. В дальнейшем выявленную таким образом методическую ошибку можно учесть при использовании подтвержденных функционалов для получения новых статистических данных (x). При этом в случае изменения условий применения радиоэлектронных объектов нет необходимости в получении дополнительных статистических данных. При модернизации отдельных подсистем радио-электронных объектов требуются дополнительные статистические данные лишь от этих подсистем. Однако для гарантии правильности индикации сопутствующего признака конфликта применения тренажеров в процессе их испытания и сертификации желательно (по мере возможности) подтверждать его методом оценки адекватности имитационного моделирования в тренажерах по их информационному полю.

17. Программное обеспечение систем персонализации пластиковых карт [№3 за 2015 год]
Авторы: Заложнев А.Ю., Ломнев В.С., Чистов Д.В.
Просмотров: 9716
Пластиковые карты (кредитные, дебетовые и другие) являются носителями персональной информации. Структура и процесс нанесения этой информации на карту со временем все более усложняются. Персонализация карт пред-полагает использование сложного оборудования и программно-аппаратных комплексов. Существуют различное настольное оборудование для персонализации небольшого количества пластиковых карт, а также высокопроизводительные машины и аппаратные комплексы для персонализации больших объемов карт. Персонализация может вы-полняться под управлением ПО, производимого разными разработчиками. Некоторые дополнительные технологиче-ские процессы могут осуществляться одновременно с персонализацией. Для выполнения этих операций требуется специализированное ПО. В статье рассматривается ПО для систем персонализации пластиковых карт, включая системы персонализации интеллектуальных карт, ПО для автоматизированных систем управления центрами персонализации, для систем контроля качества, управления упаковкой и сортировкой выпущенных карт, для персонализации ПИН-конвертов. В работе дано общее описание этапов выполнения работ и взаимодействия процессов, связанных с персонализацией пластиковых карт. Особое внимание уделяется отечественному импортозамещающему ПО.

18. Программная реализация оценивания коэффициентов Фурье при ограниченных вычислительных ресурсах [№3 за 2015 год]
Авторы: Прохоров С.А., Куликовских И.М.
Просмотров: 6727
Научные исследования в различных областях науки и техники требуют значительных вычислительных затрат. Более трудоемкие задачи решаются с помощью суперкомпьютеров и вычислительных кластеров, которые позволяют обрабатывать большие массивы данных. С ростом вычислительной мощности мобильных устройств стало возможным их использование для решения указанной задачи, в частности, в качестве клиентов на платформах BOINC и Folding@home. Тем не менее, несмотря на аппаратные преимущества, для повышения эффективности обработки больших массивов данных необходимо адаптировать используемые для вычислений алгоритмы с учетом специфики мобильных устройств, которые накладывают ограничения на используемые ресурсы, такие как время отклика, раз-мер используемой памяти и потребляемая мощность. Целью данной работы является адаптация численно-аналитического метода оценки коэффициентов Фурье, реализованная с помощью нахождения коэффициентов связи между различными наборами функций в базисе Лагерра. Полученные аналитические соотношения в сравнении с рекуррентными соотношениями позволили снизить временные затраты и размеры используемой памяти на хранение промежуточных наборов значений. Для подтверждения эффективности предлагаемых алгоритмов была проведена серия вычислительных экспериментов в MATLAB Profiler. Адаптированные алгоритмы оценки коэффициентов разложения при ограниченных вычислительных ресурсах были положены в основу программной реализации на реальном мобильном устройстве, которая была протестирована при обработке больших массивов данных. На основе проведенных тестов сделан анализ затрачиваемых временных ресурсов при варьировании объема исходных данных и количества членов разложения ряда Фурье.

19. Маскирование привилегий Android для существующих приложений [№3 за 2015 год]
Авторы: Хорев П.Б., Новик А.К.
Просмотров: 4406
Операционная система Android имеет достаточно развитые средства защиты от вредоносного ПО и некоторых других распространенных угроз. Основой этой системы является подсистема привилегий, позволяющая разграничить доступ к важным системным ресурсам и конфиденциальным данным. Каждому приложению пользователь может предоставить набор привилегий, который требуется приложению для его корректной работы. В данной статье описывается один из недостатков этой подсистемы: невозможность задания опциональных привилегий. Частично рассматривается модифицированная подсистема привилегий ОС Android, предлагающая более гибкий подход к на-значению привилегий приложениям. Представлен подход, позволяющий интегрировать существующие приложения в модифицированную версию ОС Android без потери гибкости назначения привилегий. Подход основан на маскировании определенного ресурса для приложения: приложение работает с фиктивным ресурсом и не может распознать ресурс как фиктивный. Такой подход, с одной стороны, позволяет приложению работать так же, как и с реальным ресурсом, а с другой – не позволяет получить доступ к конфиденциальным данным и системным ресурсам. Предложенный подход предлагается использовать в будущих версиях ОС для усиления контроля над возможностями приложений.

20. Использование программного обеспечения для определения и прогнозирования показателей качества экструдированной продукции [№3 за 2015 год]
Авторы: Зубкова Т.М., Колобов А.Н.
Просмотров: 9072
В статье описано получение численных значений параметров качества гранул при экструдировании измельченных зерен пшеницы. Качество экструдированной продукции в основном зависит от прочности и однородности гранул. Область применения готового продукта может изменять требования к качеству в широких пределах. Прочность гранулы оценивается импульсом нормальных напряжений, смешивание и однородность – импульсом касательных напряжений, возникающих в обрабатываемом материале в процессе экструдирования. На основании математической модели, описывающей технологический процесс, разработано программное средство, которое позволяет вычислять технико-экономические параметры: производительность, КПД, мощность, время прессования, силу, действующую на рабочие органы, крутящий момент, а также импульсы нормальных и касательных напряжений. На основании проведенных физических экспериментов получены численные значения прочности, крошимости и увеличения объема гранул при определенных кинематических, геометрических и конструктивных параметрах шнека экструдера. При тех же заданных значениях параметров был проведен вычислительный эксперимент с использованием разработанного программного средства. С помощью второго программного средства были получены эмпирические зависимости, связывающие показатели качества готовой продукции с импульсами нормальных и касательных напряжений. Для улучшения визуализации полученных результатов построены поверхности отклика. На них графически отображаются зависимости прочности, крошимости и увеличения объема от импульсов нормальных и касательных напряжений. Таким образом, проводя вычислительные эксперименты (используя первое программное средство) и варьируя широким диапазоном данных (кинематических, конструктивных, геометрических), можно прогнозировать численные значения параметров качества готовой продукции. Это позволяет на этапе эскизного проектирования создавать экструзионную технику с заданными требованиями и характеристиками.

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