Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2022 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам |

11. Унификация модели представления данных и преобразование форматов на основе нереляционной СУБД Neo4j [№4 за 2022 год]
Авторы: Еремеев А.П., Панявин Н.А.
Просмотров: 2435
Реализация концепции цифровизации обусловила появление множества программных средств, в том числе использующих и методы искусственного интеллекта, обрабатывающие большие потоки данных различной степени сложности. Голосовые помощники, чат-боты, поисковые рекомендательные системы не только используют поступающие актуальные данные, но также хранят и анализируют изменения в этих данных, количество которых постоянно растет. В условиях опасности возникновения комбинаторного взрыва возникают задачи многомерного моделирования, эффективной обработки запросов и извлечения необходимой информации. В статье проводится анализ возможности повышения эффективности многомерного OLAP-моделирования и извлечения темпоральных данных на основе программных компонентов с применением нереляционной СУБД Neo4j. Выбор графовой СУБД основан на отсутствии необходимости строго фиксировать структуру данных на начальном этапе, а также на гибкости самой структуры представления данных, которая может меняться по мере поступления новой информации, в то время как внесение изменений в строгие, заранее фиксированные табличные представления в реляционных СУБД является достаточно дорогостоящей операцией. Классическим способом хранения темпоральных данных (временных моментов и интервалов) является хранение временных меток в качестве атрибутов узлов графа. В то же время данный вариант хранения и оперирования событиями может оказаться недостаточно эффективным в случае большой размерности представления данных. Экспериментальные результаты показали, что граф многомерного куба данных может быть спроецирован на оси координат в виде отдельных темпоральных срезов, где ось абсцисс будет отображать время начала события, а ось ординат время его окончания. Дополнительные оси при необходимости могут вводиться для определения причинно-следственной взаимосвязи процессов, параллельно происходящих во времени. При этом будут поддерживаться правила темпоральной логики Аллена. Рассматривается возможность унификации модели представления внутренней структуры данных различной сложности на основе графов.

12. Оценка возможностей классических компьютеров при реализации симуляторов квантовых алгоритмов [№4 за 2022 год]
Авторы: Зрелов П.В., Иванцова О.В., Кореньков В.В., Рябов Н.В., Ульянов С.В.
Просмотров: 2194
Современные квантовые устройства имеют серьезные ограничения на количество кубитов, ширину и глубину квантовой схемы. К тому же для них характерны сильные шумовые процессы, которые затрудняют получение корректного результата, заставляют проектировать квантовые схемы под конкретное квантовое устройство с учетом связи между кубитами, требуют квантовой коррекции ошибок. Применение классических компьютеров для симуляции квантовых вычислений позволяет из-бежать этих проблем. Они могут использоваться не только для быстрой проверки гипотез перед за-пуском на квантовых устройствах, но и для решения реальных задач. В работе описаны проектирование и эффективное моделирование квантовых алгоритмов, подходы к разработке алгоритмов квантового поиска, алгоритм Гровера. С помощью квантовых симуляторов Qiskit и QuEST проведено исследование эффективности использования суперкомпьютера для симуляции квантовых схем на CPU и GPU на примере тестовой квантовой схемы и алгоритма Гровера. В статье дано описание алгоритма квантовой оценки фазы, являющейся базовым блоком в некоторых квантовых алгоритмах квантовой вычислительной физики и химии. Симуляция алгоритма выполнена при помощи новейшего квантового симулятора cuQuantum от компании NVIDIA, который позволяет эффективно моделировать квантовые схемы на GPU с использованием множества графических процессоров, что существенно увеличивает скорость и позволяет выполнить алгоритм квантовой оценки фазы с достаточной точностью вычислений. В работе также отмечены сложности, с которыми можно столкнуться при симуляции различных алгоритмов с использованием большого количества кубитов или глубины схемы.

13. Демонстратор программной платформы для настройки гиперпараметров нечеткой нейронной сети [№4 за 2022 год]
Авторы: Иванов В.К., Палюх Б.В.
Просмотров: 1869
В статье приводится описание исследовательского демонстратора для экспериментальной проверки и оценки вариантов применения нечетких алгоритмов и нейронных сетей в экспертной системе для диагностики сложных многостадийных технологических процессов. Цель разработки демонстратора – создание научно-технического задела для передачи готовых к внедрению решений на следующие этапы проекта. Демонстратор позволяет оценить уровень системной готовности разрабатываемых компонентов, провести исследовательские испытания, проверить работоспособность и эффективность функционирования программных реализаций при различных значениях параметров и их сочетаниях. Диагностика состояния сложного многостадийного технологического процесса предполагает совместную обработку первичных данных для получения вероятностных характеристик аномальных критиче-ских событий или инцидентов в условиях неопределенности. Авторами предложен вариант использования нечеткой нейронной сети, обучение которой происходит данными, сгенерированными с помощью функций доверия. Подход дает возможность значительно ускорить вычисления и минимизировать ресурсную базу. В статье основное внимание уделяется описанию функций управления моделями нейронной сети и обучающими наборами данных, обучения нейронной сети и проверки его качества, диагностики технологического процесса в раз-личных режимах. Подробно описаны настраиваемые гиперпараметры нейронной сети. Приведены примеры реализации диагностических процедур в различных режимах. Показано, что при функционировании программной диагностической системы в условиях, близких к реальным, могут быть проверены и экспериментально обоснованы исходные предположения, касающиеся сокращения времени обнаружения и прогнозирования инцидентов, и более точно определены множества технологических цепей, являющихся причинами инцидентов.

14. Реализация системы поиска нелегальных финансовых услуг в сети Интернет на основе микросервисной архитектур [№4 за 2022 год]
Автор: Кочнев А.А.
Просмотров: 1478
Развитие цифровизации обусловило переход в Интернет большей части финансовых операций, в том числе мошеннических. Предметной областью данного исследования являются методы выявления мошенничества на рынке финансовых услуг в Интернете. В статье поднимается проблема организации эффективного мониторинга и выявления случаев нелегальной финансовой деятельности в условиях цифровизации способов предоставления услуг. Акцентируется внимание на выявлении интернет-ресурсов, размещающих предложения финансовых услуг без лицензии Банка России. Предлагается метод решения задачи мониторинга оказания нелегальных финансовых услуг в части поиска и сбора тематических текстовых данных из Интернета. Он основан на микросервисной архитектуре с использованием программного обеспечения распределенного брокера сообщений Apache Kafka. Представлен алгоритм поиска и выгрузки данных с интернет-ресурсов на основе предложенного метода. Разработанный метод поиска и сбора данных с тематических интернет-ресурсов показал приемлемые результаты и будет реализован как микросервис в создаваемой системе автоматизированного мониторинга и выявления нелегальных финансовых услуг в сети Интернет.

15. Извлечение аспектов из текстов научных статей [№4 за 2022 год]
Авторы: Маршалова А.Э., Бручес Е.П., Батура Т.В.
Просмотров: 1822
Статья посвящена автоматическому извлечению аспектов из текстов русскоязычных научных статей. Актуальность проблемы обусловлена увеличением числа научных публикаций и возрастаю-щей в связи с этим потребностью в автоматизированном извлечении из них основной информации и ее структурировании. В рамках исследования был создан корпус, состоящий из 291 аннотации научных статей на русском языке, размеченных следующими аспектами: задача, цель, вклад, метод, инструмент, применение, преимущество, пример и вывод. Для каждого из выделяемых аспектов в статье приведены описания и примеры. В результате разметки корпуса были выделены 1 494 аспекта, 44 % из которых со-ставил аспект «‎вклад»‎. В работе также предложен и реализован алгоритм автоматического извлечения аспектов из тек-ста. Извлечение аспектов рассматривается как задача тегирования последовательности. Для реализации алгоритма используется нейронная сеть BERT. Проведен ряд экспериментов, связанных с использованием векторов, полученных из различных языковых моделей, а также с заморозкой весов модели. Лучший результат показала мультиязыковая модель, дообученная на данных авторов исследования, то есть обученная без заморозки весов. Для улучшения качества извлечения аспектов разработаны эвристики, перечисленные в статье, и произведено дообучение модели на новых данных, полученных в результате автоматической разметки с последующим ручным редактированием. Разработанная система может быть полезна другим исследователям, так как позволяет облегчить выбор публикаций по определенной теме, обзор методов решения той или иной задачи и анализ ранее полученных результатов.

16. Реализация некоторых приложений проекта Mantevo на платформе OpenTS DMPI [№4 за 2022 год]
Авторы: Осипов В.И., Матвеев Г.А., Роганов В.А.
Просмотров: 1502
В статье кратко описывается реализация приложений MiniAMR, MiniMD, MiniFE и MiniXyce из проекта Mantevo на библиотеке OpenTS DMPI и сравнивается эффективность такой реализации с оригинальной MPI-версией приложения. OpenTS – система для параллельного программирования, поддерживающая динамически загружаемые адаптеры для коммуникационного уровня. В системе реализован язык для параллельных вычислений Т++, который является расширением языка програм-мирования C++. Синтаксис языка Т++ отличается от синтаксиса языка С++ добавлением в него не-скольких ключевых слов. Система OpenTS ассимилирует многие другие технологии параллельного программирования: специальную модель общей памяти, модель распределенных потоков и объектов, распределенную сборку мусора и, наконец, высокоуровневую языковую надстройку, являющуюся уникальной по своим характеристикам технологией для поддержки максимальной совместимости с традиционными языками по синтаксису и семантике, но при этом эффективно распараллеливаемой моделью вычислений. Система OpenTS использует собственную реализацию MPI, оформленную в виде динамической библиотеки OpenTS DMPI (Dynamic MPI). Библиотека предоставляет базовое подмножество функций из стандарта MPI либо за счет переадресации вызовов к локальной библиотеке MPI, установленной на целевой системе, либо поверх протокола TCP/IP. При инициализации системы OpenTS активируется подсистема DMPI. Она динамически загружает ту локальную библиотеку MPI, которая указана в переменных окружения приложения. Некоторые из функций MPI реализованы разработчиками системы OpenTS напрямую. В проект Mantevo входят несколько параллельных приложений, в которых реализованы алгоритмы для решения некоторых дифференциальных уравнений с частными производными: симулятор молекулярной динамики, симулятор линейных радиоэлектронных схем и другие приложения.

17. Организационные проблемы реализации гибких подходов  в разработке прикладного программного обеспечения [№4 за 2022 год]
Авторы: Саяпин О.В., Тиханычев О.В., Безвесильная А.А.
Просмотров: 2092
В статье рассмотрены особенности каскадных и гибких подходов к организации разработки прикладного программного обеспечения автоматизированных систем управления, выявлены их положительные стороны и недостатки. Особенно критичными из недостатков представляются увеличение сроков разработки и слабое взаимодействие между заказчиком и разработчиком при использовании каскадного подхода. В то же время существующими нормативными документами именно такой под-ход определяется как основной. С использованием общенаучных методов анализа и синтеза обеспечено получение количественных и качественных оценок по времени и ожидаемому результату применения при разработке ПО каскадного и гибкого подходов. По результатам сравнения полученных оценок сформирован вывод о том, что рациональным решением может служить замена каскадного подхода на гибкий. В то же время, как показал анализ нормативно-технической документации, применению при разработке прикладных программ гибких подходов препятствуют имеющиеся организационные проблемы, связанные не только с требованиями нормативных документов, но и со сложностью координации работ, выполняемых распределенными коллективами исполнителей. По результатам анализа типового процесса разработки прикладного ПО автоматизированных систем управления авторами сформулированы предложения о возможных вариантах замены каскадных подходов на гибкие или комбинированные. Новизна предложенного подхода к организации разработки заключается в обеспечении гибкости реализации требований заказчика, а его внедрение позволит выстроить систему разработки, обеспечивающую повышение заинтересованности всех участников процесса в конечном результате и осуществляющую процесс непрерывного уточнения требований.

18. Построение декарбонизирующей замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» [№4 за 2022 год]
Авторы: Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Лэй Ван
Просмотров: 1739
В статье рассмотрены выбросы двуокиси углерода энергетическими и промышленными предприятиями в совокупности с целью построения декарбонизирующей замкнутой системы управления «Природа–Техногеника». Наряду с известными подходами для достижения декарбонизации атмосферы предложены альтернативный подход к решению проблемы на основе замкнутой системы управления «Природа–Техногеника», математические модели и основные подходы к анализу и синтезу замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» для совокупности энергетических и промышленных предприятий, которые служат основой для разработки соответствующей АСУ ТП. Проведены анализ и пара-метрический синтез управлений по этим моделям на основе математического моделирования. Основным критерием в этом случае является минимизация выбросов CO2. Рассмотрено построение такой системы в составе энергетических и промышленных предприятий, которая может быть применена для разных видов производства. Приведены этапы проектирования основных подсистем и звеньев замкнутой системы управления «Природа–Техногеника», вырабатывающей управления и реализуемой в виде АСУ ТП. В зависимости от объекта применяются конечные регуляторы управления – фильтры, химические адсорберы, катализаторы и другие. В данной работе рассмотрены природные источники топлива энергетических предприятий, которые вызывают наибольшие выбросы CO2 (уголь, природный газ и т.д.). Поскольку источники топлива имеют различные единицы измерения и содержание углерода, каждый из них приводится к стандарт-ному углю с коэффициентами пересчета. Приведены результаты анализа состояния и перспектив экологической обстановки по выбросам CO2 в г. Пекине (КНР), оценок ограничений на потребление энергии от энергетических и промышленных предприятий. На основе моделирования предложенной многомерной системы управления предложено решение проблемы минимизации выбросов CO2 совокупности промышленных предприятий и предприятий-источников энергии (ТЭЦ). Показана возможность принципиального решения проблемы минимизации выбросов CO2 путем реализации рассматриваемой декарбонизирующей системы управления на основе современных аппаратно-программных модулей АСУ ТП и соответствующей базы знаний.

19. Программа редактирования семиотических сетей для систем управления роботами [№4 за 2022 год]
Авторы: Сорокоумов П.С., Ровбо М.А.
Просмотров: 1527
Задачи обработки данных с графовой структурой имеют важное значение во многих практически значимых приложениях, в том числе при обработке текстов на естественном языке. Для голосового управления роботом понимание команд основано на сопоставлении семантических сетей, описывающих модель мира робота, и полученной команды. Наиболее простой и доступный для понимания эксперта способ описания такого сопоставления – система правил логического вывода, определяющих понятные роботу конструкции в результатах семантического анализа входного текста. Так как существующие средства и методы обработки либо избыточно сложны, либо недостаточно хорошо поддерживают отладку готовых систем правил, возникла необходимость в разработке специального решения. Предлагаемое программное средство для работы с данными, представленными в сетевой модели, облегчает создание таких правил логического вывода для модификации модели мира. Совместное представление данных и методов их обработки реализовано в рамках семиотического подхода, в котором основными сущностями модели являются знаки, объединяющие сведения о состоянии объектов реального мира и возможных изменениях в этих состояниях. Применение в редакторе семиотического подхода к организации системы на основе правил позволяет связать данные и правила в рамках единой целостной картины мира интеллектуального агента. Предоставление пользователю обоснования принятых решений в виде легко интерпретируемых списков примененных правил с перечнем параметров облегчает расширение, отладку и сопровождение разработки. Полученная система может оказаться полезной и в других предметных областях, в которых модификацию состояния системы удобно описывать правилами логического вывода.

20. Разработка адаптивной обучающей системы технической дисциплины [№4 за 2022 год]
Автор: Тагирова Л.Ф.
Просмотров: 1748
Настоящая статья посвящена разработке электронной обучающей системы технической дисциплины, образовательный материал которой адаптирован с учетом отличительных особенностей каждого студента. Новизна предложенного в работе подхода заключается в организации процесса адаптации на основе использования понятия «статус обучаемого», отражающего знаниевый уровень владения дисциплиной и сформированность личностных характеристик студента. Процесс адаптации состоит в подборе оптимальной редакции материала, максимально соответствующей индивидуальным характеристикам студента. В качестве инструмента для определения статуса обучаемого используется экспертная система на основе нечеткой модели представления знаний. В ходе работы экспертной системы происходит сравнение характеристики с правилами продукций нечеткой базы знаний. В качестве алгоритма не-четкого вывода использован алгоритм Мамдани. На основе предложенного алгоритма разработана адаптивная обучающая система для преподавания технической дисциплины студентам, будущим IT-специалистам. Внедрение предложенной адаптированной системы позволяет реализовать индивидуальные образовательные траектории для каждого студента и сформировать персональное пространство обучающего контента, подстраивающегося под его уровень усвоения материала и личностные качества.

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