Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 2 за 2016 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. An approach to data normalization in the internet of things for security analysis [№2 за 2016 год]
Authors: A.I. Pechenkin, M.A. Poltavtseva, D.S. Lavrova
Просмотров: 5091
В данной статье авторы анализируют технологию Интернета вещей для разработки системы выявления инцидентов безопасности. Разработка системы требует создания эффективных методов и алгоритмов для предобработки и хранения больших объемов данных, поступающих от разнородных устройств. Авторы определили понятие «вещи», сформулировали, какая информация в общем случае поступает от «вещи» в информационную систему. В этой работе «вещь» определяется как источник данных, обладающий рядом свойств. Технология ETL (Extract Transfer Loading) была применена авторами к препроцессингу данных Интернета вещей. Разнородные устройства производят большое количество данных различного типа. Для анализа информации в SIEM-системе необходимо отобразить информационные и управляющие сообщения Интернета вещей в пространство событий. Для этого требуется привести их к единой форме, так как исследователю часто требуется анализировать различные события совместно, а одно событие может быть построено из различных сообщений. Эта задача может быть решена за счет использования метаданных. Авторы предлагают подход, использующий иерархические справочники для нормализации больших объемов гетерогенных данных, поступающих из Интернета вещей. Иерархические справочники содержат сведения об источниках данных и их содержимом. Основные справочники метаданных определены в работе.

2. Soil & Environment как инструмент для оценки экологических функций почв [№2 за 2016 год]
Авторы: Анхелес Гайегос-Тавера, Франциско Батиста, Дубровина И.А.
Просмотров: 9499
Деградация почв – одна из составляющих общего экологического кризиса, так как почва является связующим звеном любой экосистемы. Подвергаясь всесторонним нагрузкам, почва утрачивает свои экологические функции. В последнее десятилетие одна из ключевых тем природоохранной тематики – оценка и учет экосистемных услуг в хозяйственной деятельности человека, а потому поиск и разработка инструментов пространственного планирования территорий с учетом их экологических функций являются весьма актуальными. В статье рассмотрено ПО для оценки экологической функции почвы с использованием алгоритмов TUSEC (Technique for Soil Evaluation and Categorization). Методика предполагает балльную оценку основных экологических функций естественных и антропогенных почв. Оценка экологической функции почвы позволяет соблюсти баланс выгоды и потерь при пространственном планировании в результате более низких экологических воздействий на функции почв. Центральным компонентом ПО является реляционная СУБД Derby, спроектированная на Java с использованием среды разработки Eclipse. Данные о местоположении почвенных разрезов, полевое описание и аналитическая информация о них сохраняются в БД с помощью инструментов ввода информации. Промежуточные расчеты и оценка экологической функции почвы производятся на основании внесенных данных по алгоритмам TUSEC. Инструмент прогнозного моделирования позволяет рассчитать изменение рангов экологической функции почвы при различных типах землепользования. Результаты оценки экологической функции почвы и прогнозные модели могут быть представлены в графическом виде. Возможны экспорт табличной и графической информации и пространственная привязка данных в геоинформационной системе. Удобный интерфейс ввода и вывода информации, а также управления БД рассчитан на пользователей, не владеющих языком запросов SQL.

3. Алгоритм классификации, основанный на принципах случайного леса, для решения задачи прогнозирования [№2 за 2016 год]
Авторы: Картиев С.Б., Курейчик В.М.
Просмотров: 13733
Работа посвящена методам построения ансамблей моделей для решения задачи прогнозирования. Одним из основных этапов прогнозирования является классификация. На данном этапе производится основная логика прогностических моделей. Описывается метод классификации с использованием методов случайного леса. Отмечены плюсы и минусы использованных методов. В ходе работы обосновывается выбор данного метода для применения в разработанной системе прогнозирования. Разработан алгоритм построения случайного леса на основе методов комбинирования элементов принятия решений и обучения сформированной структуры данных с использованием модифицированного алгоритма обучения случайного леса (MRF). Принципиальным отличием данного метода является нахождение оптимального класса, к которому относится объект, рассматриваемый для задачи прогнозирования. Описывается программная реализация на языке Java с использованием принципов обобщенного программирования и приводится описание основной структуры данных в виде UML-диаграммы. Также определено место разработанного модуля в системе диагностирования сложных технических систем по поддержанию работоспособности программной системы с использованием принципов моделирования, основанных на темпоральной логике. Проведены экспериментальные исследования, показавшие эффективность описываемого метода по сравнению с существующими. Качество классификации улучшилось примерно на 5 % по сравнению с предыдущими опытами.

4. Алгоритмы автоматизированной системы управления испытанием оборудования на надежность [№2 за 2016 год]
Авторы: Русин А.Ю., Абдулхамед М., Барышев Я.В.
Просмотров: 9907
Повышения экономической эффективности системы испытания оборудования на надежность можно добиться, сократив время испытаний или уменьшив количество испытуемых образцов. При сокращении времени испытаний возрастает степень цензурирования выборки, а при уменьшении количества образцов уменьшается объем выборки наработок оборудования. Сокращать параметры испытаний можно только в случае, если методы обработки информации обеспечивают достоверность рассчитанных показателей надежности. В результате испытаний формируются малые цензурированные выборки наработок оборудования на отказ. Расчет показателей надежности по таким выборкам выполняется методом максимального правдоподобия. В статье представлены экспериментальные исследования точности оценки максимального правдоподобия параметра экспоненциального закона распределения по малым, однократно цензурированным справа выборкам. Исследования выполнялись моделированием на компьютере цензурированных выборок, подобных выборкам, формирующимся при испытаниях оборудования на надежность. Эти экспериментальные данные показывают, что большинство оценок максимального правдоподобия, полученных по малым, однократно цензурированным справа выборкам, имеют значительные отклонения от истинных значений. В работе построены регрессионные модели, устанавливающие зависимость между отклонением оценки максимального правдоподобия от истинного значения и параметрами, характеризующими структуру выборки. Они позволяют рассчитать и ввести поправки к оценкам максимального правдоподобия. Были проведены экспериментальные исследования результатов их использования. Точность оценок максимального правдоподобия после применения разработанных моделей и введения поправки к оценкам максимального правдоподобия значительно возрастает. Разработано ПО для применения регрессионных моделей на практике.

5. Анализ активности и тенденций развития вредоносных программ типа «блокиратор-шифровальщик файлов» [№2 за 2016 год]
Автор: Дроботун Е.Б.
Просмотров: 12017
Все компании, занимающиеся разработкой антивирусного ПО, отметили, что с середины 2013 года наблюдается всплеск заражений компьютеров вредоносными программами, шифрующими пользовательскую информацию, – наиболее опасной разновидностью вредоносных программ класса Ransomware (программ-вымогателей). Программы такого рода не просто блокируют доступ жертвам к компьютеру, но и с помощью различных алгоритмов шифрования блокируют доступ пользователя к файлам. Как правило, такие вредоносные программы шифруют популярные типы пользовательских файлов, которые могут представлять определенную ценность: документы, электронные таблицы, файлы БД, фотографии, видео- и аудиофайлы и т.д. Для расшифровки файлов пользователю предлагается заплатить выкуп с помощью каких-либо сервисов интернет-платежей или криптовалюты (обычно с помощью биткойнов). Первые версии таких вредоносных программ появились еще в 2006–2007 годах, однако тогда эти вредоносные программы использовали нестойкие алгоритмы шифрования, малый размер ключа шифрования, а также крайне неэффективные методы заражения компьютеров и поэтому не получили широкого распространения. Современные вредоносные программы такого рода лишены этих недостатков, используют весьма стойкие алгоритмы шифрования (AES или RSA), достаточно большой размер ключей шифрования и эффективные методы распространения (с помощью зараженных веб-страниц и вредоносных спам-рассылок по электронной почте). В статье на основе анализа нескольких наиболее распространенных представителей этого класса вредоносных программ показаны основные тенденции развития такого рода программ, предложены возможные пути устранения последствий их деятельности.

6. Возможности параллельного программирования в математических пакетах [№2 за 2016 год]
Автор: Чернецов А.М.
Просмотров: 11914
За последние годы при решении множества трудновычислимых задач стали применяться средства и возможности параллельного программирования. Широко известны модели программирования в общей и распределенной памяти, позднее к ним прибавились гибридные модели. Однако все упомянутые средства относятся к достаточно низкоуровневому программированию, когда производится значительная переделка исходного кода. Немалое число математических расчетов выполняется не на алгоритмических языках (C/C++, Fortran), а в специализированных математических пакетах MATLAB, Maple, Mathematica, MathCad. В работе рассмотрены средства параллельного программирования в современных математических пакетах. Приведен краткий обзор развития средств параллельного программирования в широко распространенных пакетах MATLAB, Maple, Mathematica и MathCad. Для MATLAB кратко описываются основные примитивы параллельного программирования и их соответствия в среде MPI, а также приводятся другие операторы параллельного программирования. Рассматриваются различные средства обеспечения параллелизма в пакете Maple (работа с нитями, высокоуровневыми абстракциями Task Programming Model, параллельное программирование). Для Mathematica приводятся некоторые базовые конструкции параллельного программирования, имеющиеся в языке Mathematica Wolfram Language. Рассматриваются различные примеры. В зависимости от того, в каком пакете происходит работа, доступны несколько отличающиеся возможности, однако любая задача может быть решена в каждом из рассматриваемых пакетов (за исключением MathCad).

7. Гибридная настольно-облачная платформа для исследования пространства параметров [№2 за 2016 год]
Авторы: Прохоров А.А., Назаренко А.М., Пересторонин Н.О., Давыдов А.В.
Просмотров: 8484
В современной инженерной практике подход к выработке решений с использованием расчетных моделей и метамоделей считается наиболее перспективным и выгодным с точки зрения сокращения сроков и стоимости разработки. Однако его применение сопряжено с рядом методологических и эксплуатационных проблем, вследствие чего данная практика не получает широкого распространения, оставаясь недоступной для небольших коллективов, которые часто не располагают необходимыми ресурсами. Для данного метода характерен высокий порог вхождения, обусловленный высокой сложностью и стоимостью реализации расчетных моделей, которая связана с многодисциплинарным характером современных инженерных задач. Разработка таких моделей требует как широкого спектра знаний в различных областях, так и использования различного специализированного ПО, как правило, доступного только на коммерческой основе. Помимо этого, для проведения крупномасштабных автоматизированных вычислений необходимо наличие специального высокопроизводительного программно-аппаратного комплекса, что влечет дополнительные издержки на его создание и обслуживание. В статье рассматриваются основные вопросы применения крупномасштабных автоматизированных вычислений, необходимость в которых возникает при использовании вычислительных методов на этапе выработки инженерных решений в отличие от распространенной в настоящее время практики, когда вычислительное моделирование проводится уже на этапе валидации предполагаемых решений и не требует многократных вычислительных экспериментов. В качестве способов снижения порога вхождения обсуждаемого метода рассматриваются существующая практика создания интегрированных приложений, доступных широкому кругу пользователей, и применение облачных вычислений, что позволяет сократить накладные расходы на моделирование. Отдельное внимание уделено использованию программных средств с поддержкой облачных вычислений совместно с традиционными настольными приложениями. Сформулированы соответствующие требования к системе управления автоматизированными расчетами, поддерживающей интеграцию как с облачным, так и с настольным ПО, что делает возможным создание гибридных интегрированных приложений для решения классов сходных задач. Предложена архитектура такой системы, разработанная с учетом приведенных требований и позволяющая использовать основные компоненты системы как в облачной, так и в настольной версии с целью минимизации усилий по ее разработке.

8. Использование нечеткой логики в бездатчиковом вентильном электроприводе [№2 за 2016 год]
Авторы: Льготчиков В.В., Горчаков Д.В.
Просмотров: 11440
В статье рассмотрен шестишаговый алгоритм бездатчикового управления вентильным двигателем. Анализ переходных процессов в силовой цепи электродвигателя показал, что при использовании бездатчикового алгоритма определения момента коммутации по интегралу сигнала противо-ЭДС эффективность работы электропривода в динамических режимах снижается, а в некоторых случаях работа системы в целом становится неустойчивой. Для поддержания устойчивой работы системы электропривода необходимо компенсировать возрастание тока и насыщение магнитной цепи путем гибкого изменения параметров системы управления. Для решения этой задачи в работе предлагается использовать регулятор на основе нечеткой логики. Такой регулятор на основе базы нечетких правил производит коррекцию момента коммутации фаз двигателя. В качестве входных параметров системы нечеткого регулирования используются нормированные значения частоты вращения и тока двигателя. Введение нечеткого регулятора в систему управления электроприводом позволяет повысить качество регулирования в динамических режимах, таких как приложение нагрузки или изменение сигнала задания скорости. Результаты моделирования в среде Simulink показывают, что предлагаемая система управления с нечетким регулятором обеспечивает качественную работу привода в широком диапазоне частот вращения и одновременно увеличивает нагрузочную способность системы.

9. Метод распределенного анализа свойств верифицируемых моделей [№2 за 2016 год]
Автор: Шипов А.А.
Просмотров: 9689
Программные системы с каждым днем становятся все более сложными и комплексными, поэтому необходимо наличие таких инструментов, которые позволяли бы относительно легко выполнять проверку их работы на соответствие заданным спецификациям, особенно, когда речь идет о больших и распределенных программных системах. Однако зачастую на пути верификации данного рода систем встает проблема комбинаторного взрыва, из-за которой возникает резкий рост временной сложности во время верификации при относительно невысоком увеличении объема верифицируемых систем. И, как показывает практика, использование только существующих на сегодняшний день методов борьбы с данной проблемой, таких как абстракция, интерпретация и верификация «на лету», зачастую может оказаться недостаточным для ее преодоления. Логика подсказывает, что и процесс выполнения больших распределенных программных систем, и процесс верификации должны осуществляться распределенным образом. В статье подробно рассмотрен и проанализирован предлагаемый автором метод для преодоления проблемы комбинаторного взрыва в дополнение к уже имеющимся методам. Идея его состоит в использовании алгоритма распределенной верификации автоматов Бюхи для логики линейного времени (LTL). Применение данного алгоритма позволяет повысить эффективность и быстродействие всего процесса верификации за счет разделения вычислительной нагрузки на заданное количество вычислительных узлов. Несмотря на то, что идея разделения вычислительной нагрузки не является инновационной и подобные средства уже присутствуют в таком инструменте формальной верификации методом проверки на моделях, как Spin, предложенный алгоритм демонстрирует на практике более высокую эффективность работы, чем в Spin, что подкрепляется рядом наглядных примеров.

10. Методы автоматического построения онтологий [№2 за 2016 год]
Авторы: Платонов А.В., Полещук Е.А.
Просмотров: 11057
В статье рассматривается процесс автоматического построения онтологии предметной области по входному набору текстовых документов. В частности, рассматриваются процессы, аналогичные системам Biperpedia, BOEMIE Project и т.п. В работе освещены основные этапы автоматической генерации онтологии, а именно процесс извлечения объектов предметной области, концептов, то есть терминов, объединяющих множество объектов, а также процесс извлечения семантических отношений и правил для онтологии. Для каждого процесса представлены алгоритмы, решающие задачу соответствующего шага генерации онтологии. В рамках процесса извлечения объектов предметной области рассмотрены алгоритмы извлечения именованных сущностей, генерации регулярных выражений на основе генетических алгоритмов. Предложен процесс построения шаблонов извлечения объектов на базе методов поиска частотных цепочек символов по аналогии с поиском частотных шаблонов последовательностей. В статье описаны основные шаги извлечения концептов предметной области и рассмотрены алгоритмы для определения его основных атрибутов. Содержится описание методов извлечения семантических отношений на базе лексико-синтаксических шаблонов. Предложен подход к данной задаче с точки зрения поиска ассоциативных правил по аналогии с алгоритмами поиска частотных шаблонов. Наконец, в работе предложены три метода оценки качества работы всего процесса автоматического построения онтологии: метод на основе золотого стандарта, метод ручной оценки и косвенный метод через оценку качества использующего онтологию ПО. Рассмотрены положительные и отрицательные стороны того или иного метода оценки. Предложен компромиссный подход для оценки качества модели, учитывающий достоинства и недостатки каждого из описанных.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►