Программные продукты и системы

Статьи из свежего выпуска

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

1. Анализ времени выполнения теста неравенства Белла для поиска информации [№1 за год]
Авторы: Альдарф Алаа, Шакер Алаа, Бессмертный И.А.
Просмотров: 367
Тест неравенства Белла повышает эффективность поиска информации и работы поисковых систем. Он упорядочивает полученные результаты на основе связей между словами, приоритезируя соответствующие ответы. Однако временные характеристики этого метода остаются неизученными, поскольку он работает медленнее метода TF-IDF. Методология исследования включает проведение экспериментов для анализа времени выполнения теста Белла и изучение различных аспектов самого теста и его компонентов. Эксперименты показывают, что вычисление матрицы HAL занимает значительную часть общего времени теста Белла, превышая 80 %. В работе также рассматривается использование библиотеки CuPy на графических процессорах для ускорения вычислений матрицы HAL, в результате выявлены лишь ограниченные преимущества ускорения на GPU из-за накладных расходов на передачу данных. В статье также представлен метод «сохранить и восстановить», который предполагает предварительное вычисление и сохранение матрицы HAL в БД с целью сокращения времени выполнения будущих запросов. Эффективность этого метода продемонстрирована на текстах с множеством повторяющихся слов, что приводит к более быстрому выполнению запросов по сравнению с повторным вычислением матрицы HAL для каждого запроса. Исследование имеет практическое значение для разработки эффективных систем поиска информации в реальном времени. Определяя основные компоненты, требующие много времени для выполнения теста Белла, особенно вычисление матрицы HAL, исследование выявляет потенциальные области для оптимизации и улучшения скорости и производительности поиска. Кроме того, внедренный метод «сохранить и восстановить» предлагает полезную стратегию для оптимизации систем поиска информации с текстами, содержащими повторяющийся контент.

2. Структура сетевой многоуровневой компьютерной модели в формате метода компонентных цепей для реализации сетевых виртуальных лабораторий [№1 за год]
Авторы: Болденков А.С., Ганджа Т.В., Дмитриев В.М.
Просмотров: 410
В статье представлены проектирование архитектуры и принцип работы распределенной компьютер-ной лаборатории для дистанционного моделирования физических процессов, а также применение инструмента для дистанционного обучения с использованием веб-технологий. Компьютерная модель формируется в формате метода компонентных цепей, обеспечивая гибкость в процессе моделирования. Ее структура, основанная на методе многоуровневого компьютерного моделирования, включает в себя визуальный уровень, на котором расположены средства визуализации и используется интерактивное взаимодействие, логический уровень, где находится непосредственно сам алгоритм проведения эксперимента, и объектный уровень, содержащий модель исследуемого объекта в формате компонентной цепи с подключенными моделями исполнительных и измерительных устройств. Архитектура предполагает наличие клиент-серверного соединения для обмена данными по сети Интернет. Предлагается разработать кроссплатформенное приложение, представляющее собой веб-конфигуратор, включающий библиотеку визуальных компонентов (цифровой индикатор, стрелочник, бегунок и т.д.). Для реализации сетевого взаимодействия между сервером и клиентскими приложениями используются специальные сетевые компоненты Приемник и Передатчик. Для соединения клиентских и серверной частей сетевой компьютерной модели использованы компоненты, разработанные в рамках развития отечественной среды моделирования МАРС. Практическая значимость предлагаемого решения заключается в организации многопользовательских сетевых виртуальных лабораторий и в уникальном объединении дистанционного обучения и компьютерного моделирования, что значительно упрощает процесс обучения и повышает его эффективность. Представленная структура подходит и для реализации сетевых многопользовательских тренажеров при подготовке специалистов различных технических направлений, и для проведения дистанционных экспериментов с использованием одного физического тестового стенда.

3. Моделирование биотехнологических процессов с использованием математического аппарата искусственных нейронных сетей [№1 за год]
Авторы: Дударов С.П., Макляев И.В., Леметюйнен Ю.А., Гусева Е.В., Кареткин Б.А., Евдокимова С.А.
Просмотров: 241
Данная работа посвящена изучению и применению нейросетевых технологий и инструментов математического моделирования и компьютерного анализа в области биотехнологических процессов. Рассмотрены задачи моделирования процессов, возникающих при функционировании кишечной микрофлоры, то есть микроорганизмов, которые обитают в кишечнике человека и выполняют ряд важных функций для его здоровья. Для получения необходимых данных и построения моделей использованы различные показатели, собранные в ходе экспериментов с использованием ферментера. Исследования проводились при различных начальных условиях, то есть при разных концентрациях микроорганизмов и питательного субстрата, а также при различных компонентах среды. На полученных данных были сформированы две выборки – обучающая и тестовая. В качестве метода исследования выбрано нейросетевое моделирование. На основе обучающей и тестовой выборок проведено обучение нейросетевых моделей, которые затем были проверены на точность. В качестве структуры нейронной сети использован двухслойный перцептрон. В ходе работы получено специальное ПО, которое позволяет проводить нейросетевое моделирование биотехнологических процессов и получать математическое описание метаболических процессов бифидобактерий. С его помощью изучена взаимосвязь между исходными условиями, условиями, возникающими в процессе ферментации, и собственно метаболизмом бифидобактерий. Результаты моделирования подтвердили высокую эффективность и возможность применения нейросетевого подхода для моделирования биотехнологических процессов, а также перспективность использования нейросетевых моделей в рассмотренной предметной области. Благодаря своей универсальности и способности к обучению нейронные сети могут успешно применяться для анализа и описания протекания сложных процессов, в частности, метаболизма кишечной микро-флоры. Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение позволяет получать модели, обладающие высокой точностью и надежностью. Это, в свою очередь, может быть использовано для разработки новых методов контроля и оптимизации биотехнологических процессов, а также для создания систем поддержки принятия решений. Таким образом, исследование, представленное в данной работе, имеет большую практическую значимость для развития методов моделирования и анализа биотехнологических процессов, что может играть важную роль для развития многих областей биотехнологии, включая производство бифидобактерий для пищевой промышленности и создание новых лекарственных препаратов.

4. Программная реализация алгоритмов диагностирования электрооборудования (на примере анализа характера гармонических колебаний) [№1 за год]
Авторы: Колоденкова А.Е., Верещагина С.С.
Просмотров: 286
В статье предлагаются алгоритмы выбора параметров электрооборудования и поиска отклонений значений гармонических колебаний, а также мероприятия по предотвращению неисправностей оборудования для комплексного диагностирования в условиях множества разнородной информации. Алгоритм выбора параметров электрооборудования основан на классификации параметров по характеру и степени их влияния на оборудование с использованием БЗ, содержащей продукционные правила о типах и влиянии параметра на оборудование (основ-ной, дополнительный, вспомогательный), а также БД (данные о выходе из строя оборудования, данные с приборов и датчиков). Предлагаемый алгоритм позволяет классифицировать и выбирать наиболее важные диагностические параметры, влияющие на состояние электрооборудования, тем самым отклоняя незначимые параметры без потери информации. Алгоритм поиска отклонений значений гармонических колебаний позволяет определить не только время возникновения отклонения параметра, но и суммарное время отклонения с целью выявления причин возникновения гармонических колебаний. Рассматриваются структура программной системы диагностики электрооборудования с описанием взаимосвязанных модулей, где связующими звеньями являются БД и БЗ, а также экранные формы интерфейса системы. Разработанная программная система позволяет по выбранному типу параметра электрооборудования подбирать методы его диагностирования, мероприятия по предотвращению неисправностей оборудования, обнаруживать неисправность, нестабильность работы оборудования, приводящие к увеличению, например, гармоник напряжения, а также низкое качество электроэнергии. Внедрение на производстве предложенного подхода к диагностированию электрооборудования позволит принять научно обоснованное решение относительно выбора параметров для дальнейшего диагностирования с учетом множества разнотипной информации, провести более глубокое диагностирование и тем самым выявить неисправности в оборудовании.

5. Риск-ориентированный подход к проектированию системы антитеррористической защищенности образовательных учреждений [№1 за год]
Авторы: Колодкин В.М., Варламова Д.М., Шакиров А.Д.
Просмотров: 215
В работе представлен авторский проблемно-ориентированный программный комплекс для компьютерного прогнозирования последствий террористических атак на образовательные учреждения. Одним из основных инструментов прогнозирования является математическое моделирование. В рамках комплекса моделируется динамика развития антагонистического конфликта между нарушителем (террористом) и реципиентами риска в здании образовательного учреждения. При построении программного комплекса использована новая концепция противодействия террористической атаке. Ее особенностью является противодействие террористической атаке со стороны реципиентов риска, которое выражается в движении людских потоков в зоны безопасности по безопасным траекториям в здании. В рамках программного комплекса поддерживается интеграция данных пространственно-информационной модели здания, характеристик модели нарушителя и управляемого движения людских потоков в условиях чрезвычайных ситуаций. Пространственно-информационная модель здания создается в отечественной BIM-системе Renga. Топологический граф, отвечающий топологической модели здания, строится специализированным плагином, созданным средствами Renga. Преимуществом авторского программного комплекса является автоматический режим проектирования реакции реципиентов риска на действия нарушителя. Режим обеспечивает минимизацию ущерба. При проектировании учитываются характеристики инженерно-технической системы защиты учреждения. Оригинальность программного комплекса заключается в обеспечении процесса проектирования безопасных путей движения людских масс в режиме реального времени развития чрезвычайной ситуации. Поддержка режима реального времени предоставляет принципиальную возможность построения на базе проблемно-ориентированного программного комплекса системы поддержки принятия решений. Практическая значимость комплекса обусловлена также возможностью его использования в качестве тренажера для подготовки лиц, отвечающих за комплексную безопасность образовательных учреждений в условиях чрезвычайных ситуаций. В работе показано применение программного комплекса для целей ранжирования образовательных учреждений по уровню антитеррористической защищенности.

6. Нейросетевая диагностика заболеваний сердечно-сосудистой системы на основе data-driven-метода [№1 за год]
Автор: Мосин С.Г.
Просмотров: 202
В работе рассмотрены способы диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы по электро-кардиограмме (ЭКГ) с применением методов искусственного интеллекта. Определены проблемы диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы модельно-ориентированными методами (model-driven methods). Предложен подход к диагностике методом машинного обучения без выделения характерных параметров ЭКГ-сигналов (data-driven method). Представлены архитектура нейроморфного анализатора ЭКГ-сигналов на основе одномерной сверточной нейронной сети и маршрут его проектирования. Проведены экспериментальные исследования на наборе ЭКГ-сигналов PTB-XL, подтвердившие работоспособность и эффективность предложенного подхода. Выполнены структурный и параметрический синтезы нейроморфного анализатора для разного количества внутренних слоев и исходных параметров обучения. В ходе сравнительного анализа полученных результатов установлено, что нейронная сеть с двумя сверточными слоями обладает низкой точностью обучения и высокими ошибками диагностирования, трехслойная нейронная сеть способствует росту ошибок I рода, а четырехслойная – росту ошибок II рода. Использование трехслойной сверточной нейронной сети с окном объединения меньшего размера обеспечило диагностирование до 85,66 % случаев инфаркта миокарда. В заключении означены направления дальнейших исследований по повышению точности диагностирования за счет снижения размерности входных ЭКГ-сигналов, а также введения вероятностной оценки принадлежности рассматриваемого сигнала одному из возможных состояний двойственной группы.

7. Система распознавания, отслеживания и описания поведения муравьев на видеозаписи, сделанной в полевых условиях [№1 за год]
Авторы: Московская Е.Д., Бургов Е.В., Московский А.Д., Гревцова Н.А.
Просмотров: 349
Статья посвящена разработке системы распознавания, отслеживания и оценки количественных характеристик поведения муравьев на видеопоследовательностях. Подобное ПО необходимо для биологических исследований, а конкретно – для изучения муравьев (мирмекология). Текущая версия системы ориентирована на расчет динамической плотности особей на территории – количества рабочих муравьев в заданной области за минуту. Рассматриваются видеозаписи, сделанные в полевых условиях на искусственной размеченной поверхности, для определения динамической плотности особей на территории. Для распознавания отдельных особей использован нейросетевой детектор, определяющий положение и ключевые точки муравья, соответствующие его голове и брюшку. По ключевым точкам рассчитывается ориентация объекта в пространстве. Точность определения границ изображений муравьев составила 92 %, а ошибка определения ориентации – 0.4 радиана. За счет определения ориентации объекта для решения задачи отслеживания используется расширенный фильтр Калмана, который учитывает ее в прогнозировании движения. Для решения задачи соотношения данных был применен критерий минимального времени перемещения муравья. Траектории движения муравьев, полученные в процессе работы системы, используются для расчета динамической плотности в произвольной области. Для отсеивания ложноположительных срабатываний детектора в системе отслеживания применяются разработанные эвристики. Благодаря используемым алгоритмам удалось добиться автоматического подсчета динамической плотности с точностью, не уступающей обработке видеозаписи человеком. Полученные результаты позволят значительно облегчить работу мирмекологов с видеозаписями, заменив человеко-часы более дешевыми машино-часами. В дальнейшем система может быть дополнена блоками определения других количественных характеристик движения животных.

8. Синхронный режим распределенных вычислений при непрерывном выполнении блоков ограниченного числа копий программного ресурса [№1 за год]
Авторы: Павлов П.А., Коваленко Н.С.
Просмотров: 312
При создании многопроцессорных распределенных вычислительных систем особую актуальность приобретают задачи построения и исследования математических моделей организации взаимодействия процессов, конкурирующих за программный ресурс. В связи с этим интерес представляют задачи распределенных вычислений, связанные с получением математических соотношений, которые могут иметь как прямой, так и обратный характер. При постановке прямых задач условиями являются значения параметров многопроцессорной системы, а решением – минимальное общее время реализации заданных объемов вычислений. Постановка обратных задач сводится к расчету характеристик многопроцессорных систем, поиску критериев эффективности и оптимальности организации выполнения множества распределенных конкурирующих взаимодействующих процессов. При построении и исследовании математических моделей и задач оптимальной организации распределенных процессов широко применяется аппарат теории графов, линейных диаграмм Ганта, теории расписаний, комбинаторной оптимизации, алгебры матриц и др. В работе построена математическая модель распределенных вычислений, решены задачи нахождения минимального времени выполнения неоднородных процессов, конкурирующих за использование ограниченного числа копий программного ресурса в синхронном режиме в случаях неограниченного и ограниченного параллелизма по числу процессоров многопроцессорной системы. При этом использованы идеи структурирования программного ресурса на линейно-упорядоченные блоки с их последующей конвейеризацией по процессам и процессорам многопроцессорной системы.

9. Моделирование информационных процессов систем управления большими данными для решения задач кибербезопасности [№1 за год]
Авторы: Полтавцева М.А., Зегжда Д.П.
Просмотров: 380
Несовершенство классических моделей безопасности при их приложении к реальным системам обусловило развитие обратного подхода: моделирование систем различного класса для последующего дополнения их атрибутами безопасности. Решение задач обеспечения защищенности распределенных систем на основе таких моделей является сегодня динамически развивающейся областью научного знания. Данная статья посвящена моделированию гетерогенных систем управления большими данными для решения задач кибербезопасности. Авторы выделяют и учитывают такие ключевые особенности рассматриваемого класса систем, как использование гетеро-генных структур данных и ограничение инструментов манипулирования данными прежде всего в отношении грануляции функций безопасности при их реализации. Предложена новая графовая модель системы управления большими данными с использованием обобщенных операций над ними: объединение, разделение и преобразование. Вершины графа представляют собой структурированные фрагменты данных, а дуги – операции по их обработке вне зависимости от конкретного инструмента и типа преобразования. В отличие от аналогичных решений модель за счет обобщенных операций позволяет учесть преобразования данных внутри инструментов обработки, а также при передаче информации между ними, обеспечивая комплексное представление процесса обработки информации на уровне инженерии данных. Особенностью модели является и высокая степень возможности автоматизации ее построения на базе конкретной системы больших данных, что способствует поддержанию адекватности при эволюционных изменениях объекта моделирования. Представленная модель способствует решению широкого круга задач в области безопасности крупномасштабных гетерогенных систем управления большими данными, таких как контроль доступа, аудит, оценка защищенности. В качестве примера в работе показано использование предложенной модели для автоматизации анализа политик безопасности в данном классе систем.

10. Информационная поддержка принятия решений при мониторинге состояния криогенного оборудования [№1 за год]
Автор: Солдатов Е.С.
Просмотров: 312
В статье рассмотрены вопросы информационной поддержки принятия решений при мониторинге состояния криогенного оборудования в интересах повышения безопасности и снижения потерь криогенного продукта в процессе его эксплуатации. Современные системы поддержки принятия технических и организационных решений в процессе мониторинга состояния криогенного емкостного оборудования не лишены недостатков. Так, не решена проблема получения в режиме реального времени информации о прогнозируемом времени хранения криогенного продукта с учетом технического состояния сосудов, изменяющихся условий окружающей среды и режимов эксплуатации. Данное исследование выполнено с применением методов структурного системного анализа, программной инженерии, вычислительной гидродинамики и теории надежности. Основным результатом является архитектура системы поддержки принятия решений в процессе мониторинга состояния криогенного оборудования, подключенного к единой беспроводной сети передачи данных. Функционал системы заключается в обеспечении удаленного мониторинга состояния криогенного емкостного оборудования, в том числе с возможностью на основе результатов компьютерного моделирования и статистических данных прогнозировать время бездренажного хранения криогенного продукта. Диспетчерский центр мониторинга организован в соответствии с концепцией цифрового двойника. Такой двойник использует компьютерные модели криогенного оборудования при организации его двустороннего информационного взаимодействия с объектом мониторинга. С применением разработанной системы поддержки принятия решений обеспечиваются своевременное оповещение ответственных лиц о потенциально опасных и аварийных ситуациях, накопление статистической информации о процессе бездренажного хранения криогенного продукта. В работе представлена принципиальная схема автономного устройства телеметрии транспортного криогенного оборудования на базе модуля телеметрии дальнего радиуса действия и маломощных автономных модулей телеметрии стационарного и транспортного криогенного оборудования, используемых в современных сенсорных сетях. Практическая значимость полученных результатов заключается в обеспечении возможности своевременного принятия превентивных мер по предотвращению потерь криогенного продукта в процессе хранения с недопустимостью возникновения взрывопожароопасных ситуаций.

| 1 | 2 | Следующая → ►