Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2023 год.

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

1. Интеллектуальная система контроля и анализа компетенций в процессе обучения [№1 за 2023 год]
Authors: Kulikov G., Antonov V.V. , L. Rodionova , Fakhrullina A. , Kromina L. , E.V. Palchevsky, Breikin T.
Просмотров: 2319
В статье предлагается интеллектуальная система (программно-аналитический комплекс) на основе искусственной нейронной сети для управления учебным процессом на данных, полученных от структурных подразделений организации. Для моделирования совершенствования бизнес-процессов используется цикл Деминга. Представлена структура (модель) программно-аналитического комплекса, позволяющего выявить и проследить связанные друг с другом вертикальные и горизонтальные процессы, что дает формализованное описание системы, удовлетворяющее требованиям алгоритма. Построена онтологическая модель структуры комплекса программной аналитики, которая увязывается с набором решений с использованием баз данных и знаний и разбивается на классы объектов и категории с иерархическими отношениями между ними. Чтобы поделиться этими знаниями, в SAC необходимо предоставить их конкретное описание. Оно должно быть достаточно формальным, понятным для другой системы и написано на том же языке. Новизна заключается в решении задачи интеграции информационных систем, связанных со слабоструктурированными предметно-ориентированными информационными потоками образовательного учреждения, с использованием методов теории множеств и теории категорий. Описание свойств отношений между объектами учета происходит на высоком уровне абстракции, появляется возможность существенно расширить сферу применения предлагаемого метода построения программно-аналитического комплекса на основе онтологической модели для различных предметных областей с учетом многоуровневого рассмотрения самой предметной области, а также конечных и бесконечных областей значений. При этом автоматически определяется необходимый уровень абстракции для обеспечения структурной и параметрической целостности формируемой системы и интерпретации возникающих задач анализа данных, представленных семантическими моделями.

2. Промышленная роботизированная интеллектуальная робастная система управления: применение технологий квантовых мягких вычислений и квантовой программной инженерии в неопределенных условиях управления [№1 за 2023 год]
Authors: Ulyanov, S.V., A.G. Reshetnikov, Zrelova D.P.
Просмотров: 2418
В работе описана стратегия проектирования интеллектуальных систем управления на основе технологий квантовых и мягких вычислений. Представлен синергетический эффект квантовой само-организации робастной базы знаний, извлеченной из несовершенных баз знаний интеллектуального нечеткого регулятора. Разработанная технология повышает надежность интеллектуальных когнитивных систем управления в непредвиденных ситуациях управления, например, с различными типа-ми взаимодействующих роботов. Наглядные примеры продемонстрировали эффективное внедрение схемы квантового нечеткого логического вывода в качестве готового программируемого алгоритмического решения для систем управления нижнего исполнительного уровня, встроенных в стандартную плату, а также квантовое превосходство квантового интеллектуального управления классическими объектами управления, расширяя тезис Фейнмана–Манина. Обсуждается корректная физическая интерпретация процесса управления самоорганизацией на квантовом уровне на основе квантовых информационно-термодинамических моделей обмена и извлечения квантовой (скрытой) ценной информации из/между классическими траекториями частиц в модели «рой взаимодействующих частиц». Продемонстрирован новый информационный синергетический эффект: из двух ненадежных баз знаний нечеткого регулятора в режиме реального времени создается робастная база знаний квантового нечеткого регулятора. Этот эффект имеет чисто квантовую природу и использует скрытую квантовую информацию, извлеченную из классических состояний. Обсуждаются основные физические и информационно-термодинамические аспекты модели квантового интеллектуального управления классическими объектами управления.

3. Разработка и моделирование гибридного протокола  динамической маршрутизации [№1 за 2023 год]
Авторы: Абросимов Л.И., Хаю Х., Орлова М.А.
Просмотров: 2124
Расширение сетевых услуг обусловливает существенное повышение требований к качеству и скорости решения задач сетевого управления постоянно растущими сетями в центрах обработки данных. Рост нагрузки приводит к необходимости структурного масштабирования, заключающегося в увеличении количества серверов и маршрутизаторов. Существует потребность в простых масштабируемых протоколах маршрутизации для облегчения автоматизации и управления постоянно растущими сетями, особенно в центрах обработки данных. Целью работы является представление разработанного гибридного протокола динамической маршрутизации, включающего модернизированный алгоритм дистанционно-векторной маршрутизации и алгоритм состояния канала. В статье показано решение проблем разработки гибридного протокола динамической маршрутизации, который гарантирует отсутствие циклов, обеспечивает требования масштабирования посредством разработки и реализации простых алгоритмов, позволяющих обеспечить надежную передачу рабочего и служебного трафиков, содержащих информацию о маршруте, и обнаружить подключенные к текущему маршрутизатору каналы, сети и непосредственно подключенные соседние маршрутизаторы. Требования масштабируемости нового гибридного протокола динамической маршрутизации выполняются за счет того, что алгоритм дистанционно-векторной маршрутизации вычисляет расстояния до узлов инфраструктуры, а не сами сетевые префиксы. Объявление сетевых префиксов производится алгоритмом состояния канала только один раз, что приводит к уменьшению БД о со-стоянии канала и к сокращению вычислений после изменения топологии. Исключение петель достигается за счет внедрения нового разработанного алгоритма распределенных порядковых номеров. Для моделирования гибридного протокола динамической маршрутизации разработана имитационная модель. Моделирование позволило оценить количество и объем служебного трафика, что подтвердило эффективность функционирования разработанного протокола в условиях масштабирования сети центров обработки данных.

4. Моделирование поведения интеллектуальных агентов на основе методов машинного обучения  в моделях конкуренции [№1 за 2023 год]
Авторы: Анохин А.О., Парыгин Д.С., Садовникова Н.П., Финогеев А.А., Гуртяков А.С.
Просмотров: 2401
В настоящей статье рассматриваются аспекты применения методов машинного обучения к существующим способам моделирования поведения интеллектуальных агентов для обеспечения возможности агентам повысить показатели своей эффективности в моделях конкуренции. Практическая значимость исследования представлена разработкой подхода к моделированию поведения интеллектуальных агентов, за счет которого можно повысить эффективность их функционирования в таких сферах деятельности, как компьютерные игры, разработка беспилотных летательных аппаратов и поисковых роботов, изучение городской и транспортной мобильности, а также в прочих сложных системах. Проведен обзор существующих методов машинного обучения (обучение с подкреплением, глубокое обучение, Q-обучение) и способов моделирования поведения агентов (модель на правилах, конечно-автоматная модель поведения, деревья поведения). Выбрана наиболее подходящая к задаче комбинация метода обучения и модели поведения: деревья поведения и обучение с подкреплением. Средствами Unity реализована тестовая платформа, разработаны модели поведения четырех основных архетипов агентов, которые должны соревноваться в задаче сбора ресурсов в условиях ограниченного времени. Реализован обученный агент с помощью средств Unity ML и TensorFlow. На базе тестовой платформы проведена серия экспериментов в различных условиях: ограниченность, изобилие, среднее количество ресурсов. В рамках эксперимента тестировалась способность разработанной модели поведения интеллектуального агента выигрывать в условиях конкуренции с агентами, снабженными различными вариантами традиционных моделей поведения на базе деревьев поведения. Оценены работоспособность и преимущества использования разработанной модели по-ведения. Проанализированы результаты эксперимента, сделаны выводы относительно потенциала выбранной комбинации методов.

5. Интеграция подпространства предметной области  в семантическое пространство «математика» [№1 за 2023 год]
Авторы: Атаева О.М., Серебряков В.А., Тучкова Н.П.
Просмотров: 2784
В работе рассматривается проблема развития семантической библиотеки путем добавления но-вой прикладной научной области. На примере журнала по прикладным вопросам композиционных материалов строится дополнение к основному контенту библиотеки, расширяется описание исходной предметной области и происходит детализация статей УДК и MSC, соответствующих локальной предметной области. При этом решаются задачи добавления терминов в тезаурус, построения эта-лонного корпуса прикладной предметной области математики, создания настраиваемого интерфейса. Формулы и уравнения локальной предметной области семантически связываются с основным контентом библиотеки. Главное преимущество использования семантических библиотек для подобного рода задач со-стоит в обогащении имеющейся базы знаний библиотеки и выявлении связей в данных. Реализация перечисленных задач ведется средствами семантической библиотеки LibMeta, что позволяет обсуждать такие понятия, как тематическая область/подобласть и их иерархические связи, в частности, автоматическое включение понятий охватывающей области в систему знаний подобласти, возможности персонализации построенных конструкций и использования LibMeta как инструмента построения, в частности, собственно онтологии. Исследование этих задач требует взаимодействия с экспертами предметной области и использования современных средств и методов обработки естественного языка, машинного обучения подходов к представлению знаний. Интеграция данных в рамках библиотеки позволяет расширять описание предметных областей, связанных с приложениями математики в междисциплинарных исследованиях и технологиях. Для одного из прикладных разделов задач математической физики показана процедура включения специфических словарей, тезаурусов, а также массива публикаций специализированного журнала в семантическую библиотеку. Предлагаемый подход позволит использовать контент семантической библиотеки «математика» для научных исследований, минимизируя процесс поиска информации в локальной предметной области без потери более общих результатов, содержащихся за пределами этой области.

6. Разработка алгоритма применения распределенных вычислительных ресурсов на основе принципов Edge-вычислений [№1 за 2023 год]
Авторы: Воробьев А.М., Воробьева М.С., Боганюк Ю.В.
Просмотров: 1913
В статье рассматриваются вопросы реализации алгоритма распределения вычислительных задач по множеству распределенных вычислительных ресурсов с последующей агрегацией результатов. Данный алгоритм является ключевым в рамках проекта реализации центра обработки данных на принципах экономики совместного потребления. Прототип механизма реализован на языке Python 3.8 с применением СУБД PostgreSQL 14, система передачи сообщений – на базе RabbitMQ 3.9. В качестве платформы вычислительных узлов выступает ОС CentOS 8 Stream. Цель работы заключается в реализации масштабируемого механизма выполнения распределенных вычислений для применения в качестве основного средства распределения задач и агрегации результатов в рамках исследуемого облика центра обработки данных на принципах экономики общественного потребления. Предметом исследования являются методы резервирования и применения вычислительных мощностей, а также агрегации результатов работы программных алгоритмов. Предложенный механизм решает задачу распределения вычислений с последующей агрегацией результатов среди вычислительных узлов с различными техническими характеристиками. Реализуется интерфейс, пригодный для интеграции в клиентские информационные системы как средство выгрузки вычислений с доступом в формате REST API-шлюза. Теоретическая значимость работы заключается в комбинировании существующих принципов и идей Edge-вычислений для решения иного класса задач, где проблемой является недостаток вычислительного ресурса для задач информационной системы, а не характеристик имеющейся модели. Практическая значимость состоит в разработке прикладного инструмента применения внешних вычислительных мощностей для решения широкого класса клиентских задач. Это открывает возможность организации коммерческого взаимодействия владельцев неиспользуемых вычислительных ресурсов и владельцев информационных систем, испытывающих недостаток вычислительных мощностей.

7. Процедура автоматического безрадарного  определения скорости мобильных объектов  с использованием стационарной камеры [№1 за 2023 год]
Авторы: Епифанов В.А., Темкин И.О., Кальгов И.В.
Просмотров: 1423
В работе рассматривается задача автоматической разметки дорожной сцены для определения скорости объектов безрадарным методом на данных только с одной стационарной камеры. Помимо ограничения в количестве используемых камер – не более одной камеры для сцены, от решения требуется наличие возможности автоматического расчета разметки на микрокомпьютере. Для получения корректной разметки применяются расчет точек схода на основе анализа информации о подвижных участниках дорожной сцены и расчет матрицы преобразования для получения вида сверху на сцену. Под разметкой сцены понимается набор виртуальных линий на дорожном полотне, которые позволяют определять скорость транспортного средства при последовательном пере-сечении им этих линий. Совместное использование расчета точек схода и построения вида сверху дает возможность с минимальными вычислительными затратами получить требуемый результат с достаточной точностью, несмотря на проблемы из-за перспективы изображения. В работе показана применимость подхода для автоматической разметки дорожных сцен с целью определения скорости на устройствах различного типа, таких как платформы c архитектурой x86 и микрокомпьютеры Nvidia Jetson. Отличительной особенностью метода является полная автоматизация разметки, при которой все этапы реализуются автоматически без помощи оператора. К тому же метод не требует никаких предварительных расчетов, связанных с учетом характеристик камеры, на которую ведется съемка. Возможность развертывания предложенного решения на микрокомпьютерах позволяет масштабировать различные системы мониторинга и анализа дорожной инфраструктуры, а для добавления в систему новой локации достаточно установить единое устройство, объединяющее как устройство ввода (камеру), так и вычислитель (микрокомпьютер).

8. Модуль генерации панели управления для веб-проектов [№1 за 2023 год]
Авторы: Жуков С.В., Суслин А.А., Ковалева О.А.
Просмотров: 1168
В статье рассмотрены проблемы создания панели управления для веб-проектов. Приведена реализация программного модуля, написанного на языке программирования PHP, позволяющего создавать панель администратора для веб-ресурсов без необходимости верстки элементов управления, за счет предустановленного в модуле шаблона Gentelella Admin (разработан и поддерживается Colorlib и AigarsSilkalns). Описанный модуль может использоваться как в проектах, построенных на базе популярной MVC-модели, так и в ресурсах, написанных на базе PHP-фреймворка. Панель управления включает множество типовых элементов управления (поля ввода, переключатели, таблицы, списки и т.п.) и может поддерживать пользовательские компоненты, добавляющие новые элементы управления. Цель исследования – оптимизация процесса разработки веб-проектов посредством применения созданного модуля. Предметом рассмотрения являются способы реализации административной панели веб-приложения. Представленный модуль позволяет генерировать коды HTML, CSS и JS для визуализации панели управления. Интерфейс пользователя задается в виде PHP-кода. В нем создаются объекты – элементы интерфейса, которые группируются в нужные разработчику формы и панели. Использование модуля позволяет уменьшить время на формирование панели управления, а также создавать приложения без навыков в верстке и организации работы клиентской стороны пользовательского интерфейса. Теоретическая значимость работы заключается в анализе типовых элементов панели администратора и описании принципов работы созданного модуля по генерации административной панели. Практическая значимость состоит в уменьшении времени разработки веб-проектов за счет применения модуля генерации панели управления.

9. Сложность распознавания при разработке  программного обеспечения для видеомониторинга [№1 за 2023 год]
Автор: Кручинин А.Ю.
Просмотров: 1168
В работе рассмотрена проблема выбора оптимального режима видеомониторинга при использовании моделей нейронных сетей в качестве распознавателя, когда на видеопотоке в разные моменты времени эффективнее оказываются разные модели. Задачи видеомониторинга различные, при этом условия получения данных отличаются, что можно выразить в понятии сложности распознавания. Оценка сложности распознавания в мониторинге позволяет сэкономить вычислительные ресурсы и тем самым удешевить их внедрение и использование. Оценив среднюю сложность распознавания, можно выбрать оптимальный по скорости и достоверности режим распознавания при постобработке, когда время на нее ограничено. Решение проблемы показано на задаче детектирования объектов двух типов с использованием моделей YOLOv5, когда видеопоток должен обрабатываться в реальном времени с минимальной задержкой при выдаче результата после каждого кадра. Проанализированы метрики, используемые при детектировании объектов, на предмет возможности оценки достоверности результатов, когда нет конечных сведений о том, что это за объект. Выбран критерий эффективности на основе суммы компонент F1-score и затрат на вычислительные ресурсы, позволяющий оценить эффективность модели для конкретных объектов. Показана зависимость критерия эффективности от F1-score для двух моделей. При-ведены результаты тестирования двух моделей и динамического режима, основанного на выборе подходящей модели в зависимости от объекта на входе. Описаны ограничения подхода, который может быть использован только на потоковом распознавании, когда поступающие на распознавание изображения лишь немного отличаются от предыдущих. Сделан вывод о применимости подхода для ряда задач при соблюдении ограничений.

10. Информационно-вычислительная система для оценки влияния объектов энергетики на окружающую среду [№1 за 2023 год]
Авторы: Кузьмин В.Р., Массель Л.В.
Просмотров: 1935
Предметом исследования является авторская информационно-вычислительная система WICS для оценки влияния объектов энергетики на окружающую среду. В статье обоснована необходимость как выполнения этих оценок, так и разработки соответствующей системы. При построении информационно-вычислительной системы использованы методы построения клиент-серверных веб-приложений для оптимизации требований к компьютерам пользователей и организации коллективной работы, а также методы построения мультиагентных систем для оптимизации расчетов. Для реализации БД применен онтологический инжиниринг предметных областей – энергетики и экологии. В статье показана архитектура созданной системы, описаны разработанные информационные подсистемы, основанные на утвержденных нормативных методиках, для выполнения расчетов (оценок). Для интерполяции результатов анализа проб снега на содержание загрязняющих веществ применен эмпирический байесовский кригинг. Приведены результаты апробации разработанной информационно-вычислительной системы на примере данных по Центральной экологической зоне Байкальской природной территории. Предлагаемая система может быть использована как для проведения оценок текущей ситуации с загрязненностью окружающей среды объектами энергетики, так и при планировании мероприятий по снижению их вредного воздействия или вводе новых генерирующих мощностей.

| 1 | 2 | Следующая → ►