Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2017 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Метод повышения интерпретируемости регрессионных моделей на основе трехступенчатой модели развития мышления [№4 за 2017 год]
Автор: Куликовских И.М.
Просмотров: 6886
Повышение обобщающей способности регрессионных моделей приводит к более эффективному решению задач распознавания, прогнозирования, выявления различных стратегий поведения технических и социальных систем. Известные методы повышения обобщающей способности обладают вычислительной эффективностью, но понижают интерпретируемость модели и конечных результатов. Предлагаемая статья является попыткой обратиться к данной проблеме, дополняя задачи регрессии и классификации в контексте задач синтеза фильтров из области цифровой фильтрации и тестирования из области психометрии. Принимая во внимание достоинства решений в альтернативных предметных областях, целью данной работы является создание метода повышения интерпретируемости регрессионных моделей через стимулирование процессов внутренней неопределенности в машинном обучении. Для достижения поставленной цели была создана трехступенчатая модель развития машинного мышления, отражающая динамику анализируемых предметных областей. Эти области связаны едиными процессами внутренней неопределенности, что требует создания соответствующего математического аппарата. Данная работа рассматривает процессы внутренней неопределенности с когнитивной точки зрения через процессы забывания и угадывания. Результатом исследования является реализация ступеней синтеза фильтров, тестирования и интегральной ступени регрессии/классификации в рамках созданной трехступенчатой модели развития мышления. При этом ступень синтеза фильтров моделирует техническую среду, ступень тестирования – социальную среду, а интегральная ступень – социально-техническую среду. Тогда как социальная среда моделирует сознание человека, социально-техническая среда вводит понятие сознания машины. Представленные реализации позволили формализовать метод повышения интерпретируемости регрессионных моделей через формирование принципов перехода от сознания человека к сознанию машины.

12. Синергетика информационно-когнитивного взаимодействия в интеллектуальных робототехнических системах с дистанционным обменом знаниями [№4 за 2017 год]
Авторы: Ульянов С.В., Решетников А.Г.
Просмотров: 9101
В статье представлена технология дистанционного проектирования БЗ нечетких регуляторов, разработанных с использованием программного инструментария «Оптимизатор Баз Знаний» на мягких и квантовых вычислениях. Рассматривается возможность настройки и передачи БЗ с использованием дистанционного подключения к объекту управления. Предложенные технологии позволяют повысить робастность системы управления за счет добавления функций обучения и адаптации к различным ситуациям управления. Представлено сравнение качества управления в нечетких регуляторах при работе в различных режимах. Настройка и передача БЗ нечеткого регулятора реализуются при помощи удаленного соединения с объектом управления в online с использованием технологий Bluetooth и Wi-Fi. В качестве примеров выступают различные модели интеллектуальных автономных роботов. Дистанционная передача БЗ позволяет проектировать множество различных встраиваемых интеллектуальных регуляторов для реализации множества стратегий управления в условиях неопределенности и риска. Реализованная технология обмена знаниями в группе интеллектуальных роботов позволяет гарантированно достигать цели управления и извлекать дополнительные знания за счет формирования нового информационного источника, основанного на синергетическом эффекте объединения знаний. В статье рассматриваются различные варианты взаимодействия робототехнических систем. Приведено краткое описание каждой из систем. Результаты экспериментов демонстрируют возможность гарантированного достижения цели управления коллективом роботов за счет использования технологий мягких вычислений при проектировании БЗ нечетких регуляторов. Разработанный программный инструментарий дает возможность проектировать и настраивать сложные и слабо формализованные технические системы. Данная возможность позволяет существенно сократить время при проектировании интеллектуальной системы управления и повысить надежность системы за счет снижения уровня влияния экспертных оценок на процесс проектирования.

13. Интервально-дифференциальные уравнения в структуре нечеткого фильтра Калмана при управлении сложными технологическими объектами [№4 за 2017 год]
Авторы: Пучков А.Ю., Дли М.И.
Просмотров: 9534
В статье предложена методика вычисления оценок процессов, протекающих на сложных технологических объектах, основанная на применении интервальных методов к дифференциальному векторно-матричному уравнению, описывающему фильтр Калмана. В отличие от методов решения дифференциального уравнения, описывающего фильтр Калмана, в классе вещественных чисел применение интервального счисления позволяет учесть неопределенность и неточность исходных данных, обусловленные различными факторами. К числу таких факторов относятся ошибки измерительной аппаратуры, зависящие от класса точности прибора, ошибки округления при проведении численных расчетов, погрешности дискретизации как по времени, так и по уровню. Свой вклад в неточность могут вносить и применяемые математические методы, в частности, использование нечетко-логического подхода к нахождению матрицы формирующего фильтра при описании процессов, протекающих на сложных технологических объектах, что обусловлено субъективизмом при формировании параметров нечетких моделей: видов функций принадлежности, количества термов переменных, правил, заполняющих базу знаний. Новизна предложенного подхода заключается в разработанной методике получения интервальных оценок состояния процесса в условиях неточности исходной информации на основе применения методов решения интервально-дифференциальных уравнений, позволяющих свести решение дифференциальных уравнений к более простому решению систем алгебраических уравнений. Представлены этапы решения уравнения, описывающего фильтр Калмана, которые состоят в переходе от дифференциального векторно-матричного уравнения фильтра к скалярной форме, а затем от него к интервально-дифференциальной форме и системе алгебраических уравнений. Решение этой системы дает искомый диапазон, внутри которого находятся оценки состояния процесса. Приведены иллюстративный пример и результаты работы реализующей предложенную методику программы, написанной на языке MATLAB.

14. Синтезирование программ на основе описания графоаналитической модели [№4 за 2017 год]
Авторы: Зыков А.Г., Кочетков И.В., Поляков В.И., Чистиков Е.Г.
Просмотров: 8004
Количество и объемы создаваемого ПО растут ежегодно. Это побуждает разработчиков к созданию новых инструментов, позволяющих сократить время на разработку очередного продукта, в том числе средств автоматизации тестирования. Необходимость в новых инструментах автоматизации тестирования растет по причине того, что увеличивается количество систем, использующих различные языки программирования. Актуальность задачи поиска универсальных межязыковых средств тестирования остается высокой до сих пор. В работе рассматривается верификация вычислительных процессов на основе графоаналитической модели. Основная идея этого подхода заключается в том, что разработанная программа конвертируется в описание графоаналитической модели и сравнивается с эталонным описанием, по которому она и создавалась; далее по результатам сравнения программа либо признается корректной, либо отправляется на доработку. Узким местом такого подхода являются сама разработка программы на основе графоаналитической модели и потенциальная итеративность процесса. Эту проблему предлагается решить с помощью создания утилиты синтеза программ по эталонным описаниям графоаналитической модели. В данной работе рассматривается алгоритм преобразования объектной модели описания графоаналитической модели в текстовое представление операторов и выражений языка C#. Целью исследования является автоматизация синтеза программ на языке C# по группе описаний графоаналитической модели вычислительного процесса. В рамках данного исследования было создано средство, позволяющее преобразовывать описания графоаналитической модели в исходные коды программ. Разработанная утилита была проверена на описаниях графоаналитической модели программы для обработки массивов (сортировка, поворот). Синтезированный исполняемый модуль успешно протестирован в окружении операционной системы Windows 10. В дальнейшем планируется развивать утилиту вместе с новыми версиями языка описания для расширения возможностей синтезируемых программ.

15. Программный комплекс для управления распределенной базой данных [№4 за 2017 год]
Авторы: Тимофеева Н.Е., Полулях К.А.
Просмотров: 10213
Предлагается программное решение для управления и тестирования распределенной БД, позволяющее сделать распределенность БД прозрачной для пользователя. В статье освещаются основные теоретические аспекты распределенного хранения данных, а именно такие понятия, как распределенная БД, однородная и неоднородная распределенная БД, фрагментация таблиц, основные критерии распределенности БД, клиент-серверная технология проектирования распределенной БД. Проводится анализ тестов быстродействия и надежности БД. Даются критерии оценки производительности СУБД, влияющие на скорость обработки данных и их алгоритмические решения. Актуальность представленной темы обусловлена отсутствием необходимых тестов для тестирования производительности СУБД, а также универсального программного комплекса для проектирования распределенной БД. В статье описаны схема и структуры серверной и клиентской частей приложения программного комплекса. Разработан программный комплекс для управления и тестирования распределенной БД, который позволяет управлять однородной реляционной распределенной БД. Особенностями приложения являются возможность тестирования СУБД во всех узлах сети, которые принимают участие в создании распределенной БД, а также возможность включения любых других СУБД с помощью минимального добавления функционала в программный комплекс.

16. Программное средство моделирования модульных вычислительных систем для проверки допустимости их конфигураций [№4 за 2017 год]
Автор: Глонина А.Б.
Просмотров: 7773
В работе представлено программное средство для проверки критерия допустимости конфигураций модульных вычислительных систем (МВС) реального времени. В качестве примера таких систем рассматриваются системы интегрированной модульной авионики. Конфигурация МВС реального времени считается допустимой, если для нее все работы всех вычислительных задач выполняются в рамках директивных сроков. На основе анализа задач, возникающих при проектировании систем, были сформулированы требования к средству проверки критерия допустимости конфигурации. Обзор существующих программных средств показал, что ни одно из них не удовлетворяет всем требованиям, поэтому было принято решение о разработке собственного средства. Разработанное программное средство позволяет моделировать МВС реального времени и получать временные диаграммы их функционирования, необходимые для проверки критерия допустимости. Благодаря выбранному для моделирования математическому аппарату (сетям временных автоматов с остановкой таймеров) корректность построенных моделей формально доказана. Процесс построения и прогона модели для конкретной конфигурации полностью автоматизирован, поэтому разработанное средство может быть использовано в цикле работы алгоритмов поиска оптимальных конфигураций. Программное средство было интегрировано с САПР планирования вычислений в МВС реального времени, используемой в промышленности, и апробировано на данных, приближенных к реальным. Эксперименты показали, что разработанное средство применимо на практике и для конфигураций с длительным интервалом планирования превосходит по быстродействию встроенную в САПР модель МВС. Кроме того, предложенное средство удовлетворяет всем сформулированным ранее требованиям в отличие от встроенной в САПР модели, удовлетворяющей им лишь частично.

17. Методы и средства построения алгоритмов логического управления по графическим моделям [№4 за 2017 год]
Автор: Парамонов А.В.
Просмотров: 7114
В статье рассматриваются проблемы, возникающие при составлении алгоритмов управления в автоматизированных системах управления технологическими процессами на базе программируемых логических контроллеров, а именно алгоритмов логического управления. Такие алгоритмы реализуются, например, в системах управления электроприводом верхнего уровня. Процесс составления алгоритмов будем называть алгоритмизацией. Одной из основных проблем алгоритмизации задач логического управления является отсутствие визуальных, интуитивно понятных форм представления алгоритмов, не требующих от пользователя знаний сверх его компетенции. Под пользователем алгоритма здесь подразумеваются и программист, и эксперт в предметной области. В случае программиста знаниями сверх компетенции являются знания о предметной области, а в случае эксперта – знания о формальных теориях, лежащих в основе форм представления алгоритмов, навыки корректной постановки задачи управления. Целью данного исследования является повышение уровня абстракции процессов алгоритмизации задач логического управления. Для достижения поставленной цели в статье предлагаются графические модели автоматизированных технологических установок как средство алгоритмизации указанных задач, формализуется понятие алгоритма логического управления применительно к графическим моделям, дается детальное описание методов получения по графическим моделям алгоритмов логического управления в форме таблиц решений с ограниченными входами и в форме таблиц, реализующих автоматы Мура. Приводится описание специализированной среды разработки графических моделей и алгоритмов логического управления Logic Algorithm Designer. Описываются интерфейс программы, основные функциональные возможности, принципы работы программы. Приводятся примеры алгоритма логического управления и программного кода функционального блока МЭК 61131-3, генерируемого автоматически из алгоритма. Предложенные в статье методы и средства алгоритмизации позволяют улучшить связь разработчика программ с экспертами предметной области, сохраняя при этом высокое качество этих программ, обеспечивая их полноту и непротиворечивость. Использование предложенных методов и средств позволяет снизить затраты времени на разработку за счет автоматического получения кода и значительно более детальной проработки алгоритма управления.

18. Способы представления текстовой информации при автоматизированном рубрицировании коротких текстовых документов [№4 за 2017 год]
Автор: Козлов П.Ю.
Просмотров: 8983
Электронные сообщения граждан (жалобы, обращения, предложения и т.д.) с точки зрения возможности их автоматизированной обработки обладают рядом специфических особенностей: в значительной части случаев небольшой объем документа, что затрудняет его статистический анализ; отсутствие структуризации, что усложняет процедуры извлечения информации; наличие большого количества грамматических и синтаксических ошибок, что обусловливает необходимость реализации нескольких дополнительных этапов обработки; нестационарность тезауруса (состава и важности слов), зависящего от выхода новых нормативных документов, выступлений должностных лиц и политических деятелей и т.д., что вызывает необходимость использования процедур динамической классификации рубрик. В статье описываются этапы автоматизированного анализа и методы формализации текстовых документов. Предлагается метод рубрицирования, который использует результаты морфологического и синтаксического этапов с модифицированной лингвистической разметкой текстовых документов. В качестве синтаксического парcера рассматриваются современные программные продукты MaltParser и LinkGrammar, которые строят деревья зависимостей для всех предложений в документе. Приводятся стандартные лингвистические разметки MaltParser и LinkGrammar применительно к коротким текстовым документам, а также модификация разметки LinkGrammar для использования их рубрицирования. В процессе использования известных программных продуктов для проведения дополнительных этапов анализа придется столкнуться с проблемой разнообразия лингвистических разметок. Например, большинство синтаксических парсеров на выходе представляет каждое предложение текста в виде деревьев зависимостей, которые описывают лингвистической разметкой. Лингвистическую разметку для дальнейшей классификации и назначения весовых коэффициентов необходимо модифицировать, тем самым увеличивая размерность метрики. Описывается разработанный метод рубрицирования, который учитывает экспертную оценку важности слов для каждой рубрики, а также синтаксическую роль слов в предложениях. Приведена диаграмма процесса автоматизированного рубрицирования жалоб и предложений в разработанной системе анализа. Описан эксперимент, который подтверждает целесообразность использования синтаксических парсеров в подобных системах, что приводит к увеличению точности рубрицирования. Даны рекомендации по улучшению точности разработанного метода и использованию аппарата теории нечетких множеств и методов когнитивного моделирования для разрешения проблемы нестационарности тезауруса систем, которые зависят от выхода нормативных документов и выступлений должностных лиц.

19. О задаче ретроконверсии неформатных документов в системах формирования и предоставления цифрового контента [№4 за 2017 год]
Авторы: Сотников А.Н., Чередниченко И.Н.
Просмотров: 6458
Рассматривается математическое обоснование решения задачи ретроконверсии (восстановления) сканированных неформатных документов применительно к задаче наполнения и публикации цифровых фондов электронных библиотек. Рассмотрены алгоритмы автоматической кластеризации и формирования автоадаптивных шрифтов, используемые для ретроконверсии документов. В качестве механизма работы с кластеризуемыми объектами используется классический подход для формирования вектора признаков на основе модели алгоритма вычисления оценок, описывающего каждый рассматриваемый объект. Алгоритм автоматической кластеризации построен на основе статистического подхода к формированию характеристических векторов каждого кластера и к динамическому построению разделяющих гиперплоскостей. В связи со спецификой решаемых задач используется контурный подход к обработке графических объектов, который позволяет применить методы частотного анализа на основе преобразования Фурье. Представлены оценки необходимой и достаточной размерности вектора признаков, используемого как для описания графических объектов, так и для их восстановления с минимальными искажениями в результате формирования выходных документов, полученных при выполнении ретроконверсии. Приведены возможные перспективы развития описанного метода ретроконверсии неформатных документов в области организации контекстного поиска внутри графических документов.

20. Методический подход к формированию функциональных требований к системе защиты от компьютерных атак для автоматизированных систем управления и его программная реализация [№4 за 2017 год]
Автор: Дроботун Е.Б.
Просмотров: 6661
Одной из основных стадий разработки и построения автоматизированных систем управления различного назначения в защищенном исполнении является формирование функциональных требований к разрабатываемой автоматизированной системе, в том числе и функциональных требований к защите автоматизированной системы от компьютерных атак и других видов информационно-технического воздействия. Оптимально сформированные и обоснованные функциональные требования к системе защиты от компьютерных атак позволят, с одной стороны, обеспечить необходимый уровень защиты автоматизированной системы, а с другой – минимизировать потребление вычислительных и человеческих ресурсов защищаемой автоматизированной системы, объем которых в любой автоматизированной системе ограничен и конечен. Одним из возможных путей формирования и обоснования оптимальных функциональных требований к системе защиты от компьютерных атак является применение риск-ориентированного подхода к формированию и обоснованию этих требований, который заключается в выявлении степени опасности и вероятности проявления возможных угроз безопасности в отношении защищаемой автоматизированной системы. В статье предлагается методический подход к формированию функциональных требований к системам защиты от компьютерных атак для автоматизированных систем управления, основанный на оценке риска угроз безопасности информации в автоматизированной системе и угроз ее безопасного функционирования. Применение предложенного методического подхода позволит сформировать оптимальные функциональные требования к системе защиты от компьютерных атак для автоматизированных систем управления различного назначения, реализация которых дает возможность достичь оптимального распределения ресурсов автоматизированной системы для обеспечения функционирования системы защиты от компьютерных атак.

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