На правах рекламы:
ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Авторитетность издания

ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

1
Ожидается:
17 Марта 2024

Статьи журнала №4 2023

1. Выделение из многоуровневого представления системы булевых функций  подсистем для совместной логической минимизации [№4 за 2023 год]
Авторы: Бибило П.Н. (bibilo@newman.bas-net.by) - Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси (профессор, зав. лабораторией), доктор технических наук; Кириенко Н.А. (kir@newman.bas-net.by) - Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси (старший научный сотрудник), кандидат технических наук; Романов В.И. (rom@newman.bas-net.by) - Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси (доцент, ведущий научный сотрудник), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье приводятся результаты экспериментальных исследований эффективности программ минимизации многоуровневых алгебраических представлений систем булевых функций, выполняемых при синтезе комбинационных схем. Результирующие минимизированные логические описания представлены в виде формул разложений Шеннона или формул, задающих булевы сети. Исследуются три подхода: совместная минимизация многоуровневых представлений систем булевых функций, раздельная минимизация и выделение из исходной системы связанных подсистем. При этом каждая из этих подсистем минимизируется отдельно, а функции, составляющие их, совместно. После получения минимизированных описаний схем, заданных в виде совокупности взаимосвязанных формул разложения Шеннона либо двухоперандных логических уравнений, соответствующих булевым сетям, осуществляется синтез логических схем в одной и той же библиотеке проектирования заказных цифровых сверхбольших интегральных схем, выполненных по КМОП СБИС (комплементарной метал-оксид-полупроводник технологии). Полученные логические схемы сравниваются по площади кристалла и по быстродействию (временной задержке). Были проведены эксперименты на 39 промышленных примерах схем. Pезультаты показали конкурентоспособность и целесообразность использования на практике всех трех рассмотренных подходов. Улучшение параметров схем (площадь, временная задержка) при выделении из исходной системы связанных подсистем достигается за счет того, что каждая выделенная подсистема минимизируется на основе разложений Шеннона по своей (для каждой подсистемы) перестановке переменных разложения. При этом для одной половины схем более эффективным является минимизация многоуровневых представлений на основе разложений Шеннона для исходных матричных описаний систем функций, а для другой – на основе разложений Шеннона систем функций, представленных в виде логических уравнений. Практическая значимость проведенного исследования заключается в том, что использование разработанной программы, реализующей предложенный алгоритм выделения подсистем булевых функций, позволяет во многих случаях сокращать площадь и увеличивать быстродействие функциональных блоков заказных КМОП СБИС.
Abstract: The paper presents experimental results obtained from studying the effectiveness of programs for minimizing multilevel algebraic representations of Boolean function systems performed in combinational circuit synthesis. The resulting minimized logical descriptions are presented as Shannon expansion formulas or formulas defining Boolean networks. Three approaches are investigated: joint minimization of multilevel representations of Boolean function systems; separate minimization; selection of connected subsystems from an original system, where each connected subsystem is minimized separately, however functions that make up each subsystem are minimized together. After obtaining minimized descriptions of circuits given as a set of interrelated Shannon expansion formulas or as two-operand logical equations corresponding to Boolean networks, the synthesis of logic circuits is performed within the same library for designing custom digital CMOS VLSI (very large integrated circuits made using complementary metal oxide-semiconductor technology). The resulting logic circuits are compared in terms of a crystal area and speed (time delay). Experiments involve 39 industrial examples of circuits. Experimental results show competitiveness and expediency of all three considered approaches in practice. The improvement of circuit parameters (area, time delay) in approach 3 is achieved due to minimizing each selected subsystem on the basis of Shannon expansions in its own (for each subsystem) permutation of expansion variables. At the same time, minimizing multilevel representations based on Shannon expansions for function system matrix descriptions is more effective for one half of circuits; minimizing based on Shannon expansions of function systems presented as logical equations is effective for the other half. The practical significance of the study is that the developed software, which implements the proposed algorithm for extracting Boolean function subsystems, allows reducing the area and increasing the performance of functional blocks of custom CMOS VLSI in many cases.
Ключевые слова: кмоп-технология, сбис, vhdl, синтез логической схемы, булева сеть, BDD, дизъюнктивная нормальная форма, многоуровневое представление, система булевых функций
Keywords: cmos, vlsi, vhdl, digital logic synthesis, Boolean net, Binary Decision Diagram (BDD), disjunctive normal form, disjunctive normal form (DNF), the system of boolean functions
Просмотров: 897

2. Quantum algorithmic gate-based computing: Grover quantum search algorithm design in quantum software engineering [№4 за 2023 год]
Авторы: Ulyanov S.V. (ulyanovsv46_46@mail.ru) - Государственный университет «Дубна» – Институт системного анализа и управления, Объединенный институт ядерных исследований – лаборатория информационных технологий (профессор), доктор физико-математических наук; Ulyanov V.S. (ulyanovik@mail.ru) - Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) (доцент), кандидат технических наук;
Abstract: The difference between classical and quantum algorithms (QA) is following: problem solved by QA is coded in the structure of the quantum operators. Input to QA in this case is always the same. Output of QA says which problem coded. In some sense, give a function to QA to analyze and QA returns its property as an answer without quantitative computing. QA studies qualitative properties of the functions. The core of any QA is a set of unitary quantum operators or quantum gates. In practical representation, quantum gate is a unitary matrix with particular structure. The size of this matrix grows exponentially with an increase in the number of inputs, which significantly limits the QA simulation on a classical computer with von Neumann architecture. Quantum search algorithm (QSA) – models apply for the solution of computer science problems as searching in unstructured data base, quantum cryptography, engineering tasks, control system design, robotics, smart controllers, etc. Grover’s algorithm is explained in details along with implementations on a local computer simulator. The presented article describes a practical approach to modeling one of the most famous QA on classical computers, the Grover algorithm.
Аннотация: Отличие классического алгоритма от квантового (КА) заключается в следующем: задача, решаемая КА, закодирована в структуре квантовых операторов, применяемых к входному сигналу. Входной сигнал в структуру КA в этом случае всегда один и тот же. Выходной сигнал КA включает в себя информацию о решении закодированной проблемы. В результате КA задается функция для анализа, и КA определяет ее свойство в виде ответа без количественных вычислений. КA изучает качественные свойства функций. Ядром любого КA является набор унитарных квантовых операторов или квантовых вентилей. На практике квантовый вентиль представляет собой унитарную матрицу с определенной структурой. Размер этой матрицы растет экспоненциально с увеличением количества входных данных, что существенно ограничивает моделирование КA на классическом компьютере с фон-неймановской архитектурой. Модели квантовых поисковых алгоритмов применяются для решения задач информатики, таких как поиск в неструктурированной базе данных, квантовая криптография, инженерные задачи, проектирование систем управления, робототехника, интеллектуальные контроллеры и т.д. Алгоритм Гровера подробно объясняется вместе с реализациями на локальном компьютерном симуляторе. В представленной статье описывается практический подход к моделированию одного из самых известных КA на классических компьютерах – алгоритма Гровера.
Keywords: quantum operators design, quantum algorithmic gate, quantum circuits, quantum search algorithms
Ключевые слова: синтез квантовых операторов, квантовые алгоритмические вентили, квантовые схемы, алгоритмы квантового поиска
Просмотров: 832

3. Поиск решения задачи целочисленного программирования с помощью итеративного округления координат [№4 за 2023 год]
Авторы: Иванов А.В. (lexuzieel@gmail.com) - Тверской государственный технический университет (аспирант); Матвеев Ю.Н. (matveev4700@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В статье предлагается алгоритм поиска целочисленного решения, использующий идею округления координат точки оптимального нецелочисленного решения и построения луча, направленного вглубь области допустимого решения. Алгоритм основан на итеративном процессе округления координат точки в направлении построенного луча. В ходе исследования обнаружено, что движение в сторону направления луча без перебора всех возможных вариантов упрощает алгоритм и позволяет избежать ветвления. Это выделяет данный подход из других существующих на данный момент открытых методов, таких как методы отсечений и ветвей и границ. В процессе работы осуществлялись описание и экспериментальная проверка данного алгоритма и возможности его применения при разных конфигурациях области допустимых решений. Теоретическая значимость исследования заключается в разработке нового алгоритма, который не требует выполнения симплекс-метода на каждом этапе и на каждом шаге использует луч вместо плоскости, что предотвращает рост пространственной сложности задачи по сравнению с другими методами. В ходе исследования стало видно, что предложенный алгоритм имеет ограничения, однако основная идея доказала свою работоспособность, и в дальнейшем планируется развивать ее.
Abstract: The article proposes an algorithm for finding an integer solution using the idea of rounding coordinates of an optimal non-integer solution point and constructing a half-line directed deep into an acceptable solution area. The proposed algorithm is based on an iterative process of rounding coordinates of a point in the direction of a constructed half-line. The study educed that moving towards a half-line without going through all possible options simplifies the algorithm and avoids branching, which distinguishes this approach compared to other currently existing open methods, such as the method of clipping and the method of branches and boundaries. The aim of the work is to develop and study an algorithm for finding an optimal integer solution using the idea of rounding coordinates of a point of an optimal non-integer solution. During the study, the authors carried out description and experimental verification of this algorithm and the possibility of its application in different forms of an acceptable solution domain. The theoretical significance of the work is a development of a new algorithm that does not require performing a simplex-method at each stage, and uses a half-line instead of a plane at each algorithm step, which prevents an increase in problem spatial complexity compared to other methods. The study showed that the proposed algorithm has limitations; however, the main idea proved its operability, which is planned to be developed further.
Ключевые слова: покоординатный спуск, алгоритм, оптимизация, целочисленное программи-рование, линейное программирование, математическое программирование
Keywords: coordinate descent, algorithm, optimisation, , linear programming, mathematical programming
Просмотров: 823

4. Автоматическая локализация ошибок времени выполнения в программном обеспечении с помощью нейронных сетей [№4 за 2023 год]
Авторы: Достовалова А.М. (dost.bmstu99@gmail.com) - Концерн «Моринсис-Агат», Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» РАН (техник-программист, инженер-исследователь); Шерминская А.А. (SherminskayaAA@yandex.ru) - Концерн «Моринсис-Агат» (начальник сектора);
Аннотация: Разработан метод автоматической локализации ошибок времени выполнения с помощью нейронной сети по данным трассировки осуществления функций программы. Метод сопоставляет каждой функции вероятность содержания ошибки, которая считается пропорциональной степени влияния значений параметров функции на результат выполнения программы. Влияние параметров определяется численной характеристикой (весом), вычисляемой по алгоритму Хашема. Метод применялся для отладки нескольких программ, различных по типам и причинам возникновения ошибок времени выполнения. Ошибки были расположены во вложенных функциях и проявлялись при определенных значениях входных данных. В каждой программе проведено сопоставление наиболее вероятных мест возникновения ошибок, которые определил метод, с их реальными местоположениями. Особенностями разработанного метода являются возможность работы с вложенными функциями, локализация множественных ошибок, а также ошибок, у которых место возникновения и место проявления в программе не совпадают. Во всех случаях параметры, содержащие ошибку, имели больший вес в сравнении с остальными, даже если ошибок в программе было несколько. При этом метод выделяет в программе полный путь ошибки, включающий в себя все параметры, связанные с ее возникновением. Благодаря этому с помощью предложенного метода можно определять положение логических ошибок в программах. Метод может применяться для отладки как программного, так и аппаратного обеспечения технических систем, поскольку логика его работы не зависит от источника исходных данных.
Abstract: A new automatic runtime error localization method using a neural network was developed. The method determines bug position by program functions tracing data. The method matches an error containing probability for each function. This probability is proportional to the effect of each function parameter on a program execution result. A numerical characteristic calculated by Hashem algorithm determines a parameter effect. The method was applied for debugging several programs with nested functions. The most probable bug locations defined by the method were compared with their real positions. The developed method has some features. It is able to localize multiple bugs, nested function bugs, and bugs with unequal manifestation and location places. In all cases, bugged parameters had more weight in comparison with rest parameters. At the same time, method determines a full error trace for each bug. The trace consists of all program parameters related to a bug. Therefore, the method is able to localize logical errors in program. The method can be used for debugging both technical system software and hardware since method logic does not depend on source data.
Ключевые слова: трассировка, нейронные сети, отладка ПО, ошибки времени выполнения, автоматическая локализация ошибок
Keywords: tracing, neural network, program debugging, runtime error, automatic bug localization
Просмотров: 843

5. Создание инструментария для векторизации тела плоского цикла с помощью векторных инструкций AVX-512 [№4 за 2023 год]
Авторы: Рыбаков А.А. (rybakov@jscc.ru ) - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН – филиал ФНЦ НИИСИ РАН (ведущий научный сотрудник), кандидат физико-математических наук; Швиндт А.Н. (shvindt@ispras.ru) - Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН (ИСП РАН) (докторант), кандидат технических наук;
Аннотация: Работа направлена на изучение подходов по сокращению времени исполнения программ с помощью инструкций из набора AVX-512 для повышения эффективности векторизации программного кода. Векторизация является основной низкоуровневой оптимизацией, с помощью которой возможно кратно ускорить выполнение программы, а набор инструкций AVX-512 обладает рядом уникальных особенностей, позволяющих применять векторизацию в сложных программных контекстах. В работе исследуется программный контекст специального вида – плоский цикл, который при удовлетворении ряда требований может быть векторизован с помощью инструкций AVX-512 при практически произвольной сложности тела. Однако довольно часто оптимизирующий компилятор не в состоянии выполнить автоматическую векторизацию плоских циклов по причине наличия в них сложного управления, вызовов функций, гнезд циклов и других конструкций. Это приводит к тому, что векторизацию приходится выполнять вручную с использованием специальных функций-интринсиков. Эффективность векторизации напрямую зависит от плотности масок векторных операций, которые оказываются разреженными при сильно разветвленном управлении внутри тела плоского цикла. В работе предлагается инструментарий, позволяющий параллельно создавать скалярную и векторную версии плоского цикла и анализировать эффективность выполненной векторизации. При этом поддерживаются два режима сборки тестируемого кода: скалярная версия с эмуляцией и мониторингом векторных инструкций и векторная версия для исполнения на целевой машине. С одной стороны, это позволяет контролировать корректность выполненных преобразований кода, а с другой – отслеживать пути исполнения программы с низкой вероятностью для их локализации или выноса из тела цикла. С помощью созданного инструментария удалось выделить горячие плоские циклы ряда реальных приложений и повысить эффективность их векторизации.
Abstract: The paper studies approaches to reducing program execution time using instructions from AVX-512 set to increase program code vectorization efficiency. Vectorization is a basic low-level optimization that can speed up program execution by several times; AVX-512 instruction set has a number of unique features that allow applying vectorization in complex program contexts. The paper investigates a special type program context – a flat loop, which can be vectorized using AVX-512 instructions with almost arbitrary body complexity if meeting a number of requirements. However, quite often an optimizing compiler fails to automatically vectorize flat loops due to complex control, function calls, nested loops, and other constructs. This leads to manual vectorization using special intrinsic functions. Vectorization efficiency directly depends on the density of vector operation masks, which turn out to be sparse with a highly branched control inside a flat loop body. The paper proposes a toolkit that allows simultaneous creating a scalar and vector version of a flat loop and analyzing performed vectorization effectiveness. At the same time, there are two modes of assembling the code under test: a scalar version with emulation and monitoring of vector instructions and a vector version for execution on a target machine. On the one hand, this allows controlling code transformations to be correct; on the other hand, this allows tracking program execution paths with a low probability for their localization or removal from a loop body. The created tools enabled identifying hot flat loops of some real applications and increasing their vectorization efficiency.
Ключевые слова: компьютерные приложения, низкоуровневая оптимизация, avx-512, плоский цикл, векторизация
Keywords: computer applications, low-level optimization, avx-512, flat loop, vectorization
Просмотров: 638

6. Разработка модели жизненного цикла мобильных приложений для людей с ограниченными интеллектуальными возможностями [№4 за 2023 год]
Авторы: Гурьев В.В. (vladgurjev@mail.ru) - Волгоградский государственный технический университет (аспирант); Шабалина О.А. (o.a.shabalina@gmail.com) - Волгоградский государственный технический университет (доцент), кандидат технических наук; Садовникова Н.П. (npsn1@ya.ru) - Волгоградский государственный технический университет (профессор), доктор технических наук; Воронина А.А. (angelina.vaa@gmail.com) - Волгоградский государственный технический университет (аспирант);
Аннотация: В статье рассмотрены модели жизненного цикла мобильных приложений и программные средства поддержки их разработки. Описаны особенности создания мобильных приложений, доступных для людей с ограниченными интеллектуальными возможностями. Одним из способов повышения доступности приложений является их адаптируемость. Такая настройка может потребовать поддержки динамического контента приложения, поэтому данные возможности необходимо предусматривать уже на этапах проектирования и реализации. Предложена модель жизненного цикла мобильных приложений для людей с ограниченными интеллектуальными возможностями, обеспечивающая сквозную поддержку этапов проектирования, реализации и эксплуатации. Разработана технология проектирования мобильных приложений на основе многомодульной архитектуры, включающая применение готовых архитектурных шаблонов для генерации базового кода приложения и повторное использование успешных проектных решений. Представлена технология проектирования адаптируемого интерфейса мобильных приложений, включающая разработку шаблонов экранов приложения, разделение элементов шаблонов на обязательные и опциональные элементы, сопоставление каждому элементу предопределенного набора возможных визуальных представлений на экране и прикрепление всех элементов по месту. Разработана система управления мобильными приложениями на основе CALS-технологии сквозной поддержки этапов проектирования, реализации и эксплуатации адаптируемых мобильных приложений. Предложен способ адаптации интерфейса мобильного приложения с помощью конфигурационной панели, встраиваемой в систему управления. Описан пример применения предложенных моделей, технологий и средств к разработке мобильной игры для тренировки навыков совершения покупок для людей с ограниченными интеллектуальными возможностями. Показано, что применение разработанной системы управления мобильными приложениями позволяет существенно сократить временные затраты на разработку приложений. Возможность применения шаблонов архитектур и готовых решений расширяет круг пользователей системы и делает ее доступной разработчикам, профессиональная деятельность которых связана с поддержкой людей с ограниченными интеллектуальными возможностями.
Abstract: The article discusses life cycle models and software tools for supporting mobile application development. It also analyzes peculiarities of developing mobile applications for people with intellectual disabilities. One way to increase the accessibility of applications is to make them adaptable. Such adaptation requires supporting an application dynamic content, therefore, these features must be already provided at life cycle design and implementation stages. The paper proposes a mobile application development lifecycle (MADLC) model that provides end-to-end support for the stages of design, implementation and maintenance of mobile applications for users with intellectual disabilities. There is a developed mobile application design technology based on a multi-module architecture, which includes developing ready-made architectural templates for generating a basic application code and reuse of successful design solutions. The paper describes the devel-oped adaptable interface design technology based on Pattern-Based user Interface Design Approach. The technology includes developing screen templates, separating template elements into mandatory and optional ones, matching each GUI element with a predefined set of its possible visual representation, and attaching elements in place. A mobile application management system implements CALS technology of end-to-end support for the stages of mobile application design, im-plementation and operation. The paper proposes a method for adapting a mobile application interface using a configuration panel built into the system. There is an example of developing a mobile game for training shopping skills for people with intellectual disabilities. It is shown that the mobile application management system can significantly reduce time spent on developing mobile applications. Using architecture templates and ready-made solutions expands the range of system users and makes it available to developers whose professional activities are related to supporting people with intellectual disabilities.
Ключевые слова: адаптируемое мобильное приложение, пользователи с ограниченными интеллектуальными возможностями, MADLC-модель, модель жизненного цикла, жизненный цикл мобильных приложений
Keywords: adaptable mobile application, user with intellectual disabilities, MADLC model, mobile application life cycle model, mobile application life cycle
Просмотров: 657

7. Моделирование динамики гидроприводов в системах виртуального окружения [№4 за 2023 год]
Автор: Страшнов Е.В. (strashnov_evg@mail.ru) - Федеральное государственное учреждение «Феде-ральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук» (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) (научный сотрудник); Мироненко И.Н. (vstudio@niisi.ras.ru) - Федеральное государственное учреждение «Феде-ральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук» (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) (научный сотрудник);
Аннотация: Системы виртуального окружения активно применяются во многих областях деятельности человека. В частности, широкое распространение получили виртуальные (компьютерные) тренажеры для моделирования и управления сложными механическими системами. Некоторые из таких систем оснащены гидроприводами в качестве исполнительных устройств. В данной работе рассматривается задача моделирования динамики гидроприводов в системах виртуального окружения в масштабе реального времени. Предлагаемое решение этой задачи базируется на подходе, когда осуществляется совместное моделирование динамики гидропривода и системы шарнирно связанных тел. Для этого задействован метод последовательных импульсов, в рамках которого получены ограничения относительно координат и скоростей поршня и двух связанных тел. Идея такого подхода состоит в том, что сначала путем интегрирования уравнений гидравлики с помощью полунеявной схемы Эйлера вычисляется скорость движения поршня без учета нагрузки, а затем эта скорость корректируется с помощью импульса, который обеспечивает ограничения скоростей поршня и двух связанных тел. Предлагаемый подход является итерационным и позволяет реализовать динамику систем шарнирно связанных тел с гидроприводом в масштабе реального времени. Основной результат заключается в том, что разработанный подход является универсальным и позволяет обрабатывать все ограничения в системе тел единым образом. В отличие от других аналогичных методов он не требует громоздких матричных вычислений и решения систем линейных уравнений большой размерности. Апробация в созданном программном комплексе VirSim показала адекватность и эффективность предложенных решений. Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные методы и подходы для моделирования динамики гидроприводов могут быть использованы при реализации тренажеров, предназначенных для обучения операторов навыкам управления роботами, машинами различного типа, механизмами, техникой и т.д.
Abstract: The development of computer graphics and computing machinery has led to active using of virtual environment systems in many areas of human activity. In particular, virtual (computer) training complexes for simulation and control of complex mechanical systems are widely used. Some of these systems are equipped with hydraulic actuators. This paper considers real-time simulation of hydraulic actuators dynamics in virtual environment systems. The authors propose solving this problem based on an approach with co-simulation dynamics of hydraulic actuators and articulated rigid bodies. To this end, the authors used a sequential impulses method that resulted in obtaining coordinates and velocities of piston and two linked bodies. The approach assumes that, first, piston velocity is computed by integrating hydraulic equations using a semi-implicit Euler scheme without taking load into account. Then, the obtained velocity is adjusted by an impulse that limits velocities of a piston and two linked bodies. The proposed approach is iterative and makes it possible to implement dynamics of articulated body systems with a hydraulic actuator in real time. The main result of the study is in flexibility of the developed approach for simulating hydraulic actuator dynamics based on a sequential impulses method; it allows ensuring all constraints in a multibody system in a unified way. Unlike other similar solutions, this approach does not require cumbersome matrix calculations and solving large dimension linear equation systems. Approbation in the created VirSim software package showed adequacy and effectiveness of the solutions proposed in the paper. The practical significance of the work is that the proposed methods and approaches for simulating hydraulic actuators dynamics can be used in simulators for training operators of skills for controlling robots, machines of various types, mechanisms, equipment, etc.
Ключевые слова: система виртуального окружения, полунеявная схема Эйлера, метод последовательных импульсов, гидрораспределитель, гидропривод, моделирование динамики
Keywords: virtual environment systems, semi-implicit Euler scheme, sequential impulses method, directional control valve, hydraulic actuator, dynamics modeling
Просмотров: 661

8. Идентификация фейк-новостей с помощью веб-ресурса на основе нейронных сетей [№4 за 2023 год]
Авторы: Тумбинская М.В. (tumbinskaya@inbox.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет (доцент), кандидат технических наук; Галиев Р.А. (renat5390@yandex.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева (студент);
Аннотация: Активное распространение информации средствами телекоммуникаций обусловило актуальность проблемы идентификация фейк-новостей на основе их заголовков. Целью данного исследования является повышение уровня достоверности информации пользователей в браузерной среде. Достижение ее возможно путем автоматизированного распознавания фейк-новостей на основе их заголовков в браузерной среде. В работе предложено использовать нейронные сети, которые позволяют проводить семантический анализ заголовков фейк-новостей и обрабатывать большие объемы данных. В статье рассмотрены популярные зарубежные и отечественные веб-ресурсы по идентификации фейк-новостей, их отличительные особенности. Проведены анализ и выбор нейросетевых моделей BERT-MLP, BERT-CNN, BERT-LSTM, которые были заложены в основу разработки веб-ресурса. Для обучения нейросетевых моделей использованы выборки русскоязычных заголовков новостей. Про-ведено экспериментальное исследование оценки качества и адекватности нейросетевых моделей на тестовых и валидационных выборках данных, в том числе на новостных заголовках различных тематик. Исходя из результатов оценки, разработанный веб-ресурс, в основу которого заложены модели BERT-CNN, BERT-GRU, BERT-LSTM, показал высокую результативность. Достоверность идентификации фейк-новостей составила 86,29 %. Практическая ценность работы заключается в том, что созданный веб-ресурс может быть использован в качестве инструмента для распознавания фейк-новостей специалистами по противодействию деструктивным политическим технологиям, а также специалистами по информационной безопасности. Для повышения точности классификации целесообразно расширить обучающую выборку данных, что позволит выявлять в данных более сложные зависимости.
Abstract: Currently, telecommunication facilities actively disseminate news. Identification of fake news based on their headlines has become a relevant problem. The purpose of this study is to increase a user information reliability level in browser environment. Automated recognition of fake news based on their headlines in the browser environment can achieve this goal. The paper proposes using neural networks that allow analyzing fake news headlines semantically and processing large amounts of data. The article examines popular foreign and domestic web resources for identifying fake news, their distinctive features. The authors carried out an analysis and selected neural network models BERT-MLP, BERT-CNN, BERT-LSTM to be a basis for developing a web resource. They used samples of Russian-language news headlines to train neural network models. An experimental study was carried out to assess the quality and adequacy of neural network models on test and validation data samples including news headlines on various topics. The developed web resource based on the BERT-CNN, BERT-GRU, BERT-LSTM models showed good results. The reliability of identifying fake news was 86,29%. The practical value of the work is in the fact that the developed web resource can be used as a tool for recognizing fake news by specialists in counteracting destructive political technologies, as well as information security specialists. To im-prove classification accuracy, it is advisable to expand a training data set, which allows identifying more complex dependencies in data.
Ключевые слова: нелегитимные новости, веб-ресурс, заголовок новости, lstm, GRU, CNN, BERT, нейросетевая модель, фейк-новость
Keywords: illegitimate news, web resource, news headline, lstm, GRU, CNN, BERT, a neural network, fake news
Просмотров: 710

9. Интеграция методов обучения с подкреплением и нечеткой логики для интеллектуальных систем реального времени [№4 за 2023 год]
Авторы: Еремеев А.П. (eremeev@appmat.ru) - Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (профессор), доктор технических наук; Сергеев М.Д. (SergeevMD@mpei.ru) - Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (аспирант); Петров В.С. (PetrovVS@mpei.ru) - Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (студент);
Аннотация: В данной работе рассмотрены возможности интеграции методов обучения с подкреплением и нечеткой логики в плане повышения эффективности алгоритмов обучения с подкреплением. Главное внимание уделяется применению таких интегрированных методов в интеллектуальных системах реального времени, особенно в системах поддержки принятия решений для мониторинга и управления сложными техническими объектами. Как основа используется метод обучения с подкреплением на базе темпоральных различий, состояние среды и сигнал вознаграждения формируются с применением нечеткой логики. Представлена программная реализация и приводятся данные компьютерного моделирования методов глубокого обучения с подкреплением на основе темпоральных различий, полученные при сравнительном анализе алгоритма на основе нечеткой логики и алгоритмов на основе нейронных сетей. Показано, что основными достоинствами алгоритмов обучения с подкреплением с применением нечеткой логики являются: эффективность обучения, выражающаяся в минимизации количества эпизодов, что особенно важно, когда доступность данных для обучения ограничена или обучение в реальном времени требует быстрой адаптации; устойчивость к шуму и выбросам в данных, что важно в реальных средах, где присутствуют шумы или изменяются данные; интерпретируемость – алгоритмы с нечеткой логикой предоставляют интерпретируемые правила и выводы на основе нечеткой логики; расширение области применения обучения с подкреплением на предметные/проблемные области и задачи с непрерывным пространством состояний. Данные исследования и разработки выполняются в рамках конструирования интеллектуальных систем поддержки принятия решений реального времени. Эти системы предназначены для помощи оперативно-диспетчерскому персоналу (лицам, принимающим решения) при мониторинге и управлении сложными техническими и организационными системами в условиях достаточно жестких временных ограничений и при наличии различного типа неопределенностей (неточности, нечеткости, противоречивости) в поступающей в систему информации, то есть так называемых зашумленных данных.
Abstract: The paper considers the possibilities of integrating reinforcement learning methods and fuzzy logic in terms of improving the efficiency of reinforcement learning algorithms. The main focus is on applying such integrated methods in real-time intelligent systems, especially in decision support systems for monitoring and controlling complex technical objects. The basis is a reinforcement learning method based on temporal differences; an environmental state and the reward signal are formed using fuzzy logic. The paper presents software implementation and the data of computer simulation of deep learning methods with reinforcement based on temporal differences obtained from a comparative analysis of a fuzzy logic algorithm and neural network algorithms. The authors of the paper show that the main advantages of reinforcement learning algorithms using fuzzy logic are: training effectiveness in terms of minimizing the number of episodes, which is especially important regarding the availability of limited data for training or rapid adaptation of real-time training; resistance to noise and outliers in data, which is important in real environments with noise or data changes; interpretability - fuzzy logic algorithms provide interpretable rules and conclusions based on fuzzy logic; extension of a reinforcement learning scope to subject/problem areas and tasks with a continuous state space. These researches and developments are carried out in terms of designing intelligent real-time decision support systems. Such systems are designed to help operational dispatch personnel (decision makers) in monitoring and managing complex technical and organizational systems under fairly severe time constraints and various types of uncertainties (inaccuracies, fuzziness, inconsistencies) in the information entering a system, i.e. in the presence of so-called noisy data.
Ключевые слова: поддержка принятия решений, реальное время, интеллектуальная система, нечеткая логика, обучение с подкреплением, искусственный интеллект
Keywords: decision support, real time, intellectual system, fuzzy logic, time, reinforcem ent learnin, artificial intelligence
Просмотров: 840

10. Использование библиотеки MPI для параллельной реализации алгоритма полного перебора вариантов [№4 за 2023 год]
Авторы: Ай Мин Тайк (ayeminthike52@gmail.com) - Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (докторант), кандидат технических наук; Лупин С.А. (lupin@miee.ru) - Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (профессор), кандидат технических наук; Федяшин Д.А. (fedyashinda@gmail.com) - Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (начальник ВЦ);
Аннотация: В работе представлены результаты исследования эффективности параллельного приложения для решения задачи квадратичного назначения. Приложение использует алгоритм полного перебора и интерфейс пере-дачи сообщений (MPI) для организации взаимодействия процессов в распределенной вычислительной среде. Для генерации вариантов решений использован метод лексикографической перестановки, который хорошо распараллеливается и обеспечивает балансировку нагрузки узлов. Для расширения диапазона использования алгоритма перебора на оптимизационные задачи большой размерности пространство поиска решений разбивается на части, что позволяет существенно сократить число рассматриваемых вариантов. Эксперименты проводились в распределен-ной среде, содержащей 50 узлов с процессорами Intel ® Core™ i5 7-го поколения. Параллельное приложение при решении задачи большой размерности (n = 24) продемонстрировало достижимость ускорения вычислений в диапазоне от 99 до 95 % от максимально возможного, причем во всех случаях было найдено точное решение. Это подтверждает корректность методов, использованных для распределения нагрузки и снижения вычислительной сложности задач. Дальнейшая работа будет направлена на исследование возможности применения предлагаемых подходов при реализации алгоритма перебора и в виде гибридных приложений, что актуально для гетерогенных вычислительных сред. Поскольку задача квадратичного назначения относится к задачам дискретной оптимизации, полученные результаты дают основание считать, что предлагаемые решения будут эффективными и для других задач этого класса.
Abstract: The paper presents results of studying the effectiveness of a parallel application for solving a quadratic assignment problem. The application uses a brute-force algorithm and a Message Passing Interface (MPI) to ensure interprocess communication in a distributed computing environment. Solution options are generated by a lexicographic permutation method, which is well parallelized and ensures load balancing of nodes. The range of brute-force algorithm use to large scale optimization problems is expanded by dividing a search space into parts, which significantly reduces the number of options under consideration. The experiments were conducted in a distributed environment containing 50 nodes with the 7th generation Intel ® Core ™ i5 processors. A parallel application for solving a large-scale problem (n = 24) demonstrated the possibility accelerating calculations in the range from 99 to 95 % from the maximum possible one; an exact solution was found in all cases. This confirms the correctness of methods used for load distribution and for computational complex-ity reduction of tasks. Further work will be aimed at exploring the possibility of using the proposed approaches to implementing a brute-force algorithm and as hybrid applications, which is relevant for heterogeneous computing environments. Since a quadratic assignment problem is a discrete optimization problem, the obtained results suggest that the proposed approaches are effective for other problems of this class.
Ключевые слова: hpc, mpi, распределенные вычисления, алгоритм полного перебора, задача квадратичного назначения, дискретная оптимизация
Keywords: hpc, MPI, distributed computing, brute-force algorithm, quadratic assignment problem, combinatorial optimization
Просмотров: 809

| 1 | 2 | Следующая →