Программные продукты и системы

Статьи из свежего выпуска

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Повышение эффективности алгоритма полного перебора при распределении нагрузки в иерархиях [№4 за год]
Авторы: Ай Мин Тайк, Лупин С.А., Телегин П.Н., Шабанов Б.М.
Просмотров: 1105
Нахождение оптимального распределения задач между узлами иерархических систем относится к разряду сложных комбинаторных задач с множеством ограничений. От точности ее решения зависит эффективность работы иерархий в различных областях их применения. В этой статье рассмотрены два подхода к ограничению пространства поиска решения, направленные на повышение эффективности алгоритма полного перебора при распределении нагрузки в иерархиях. Представленные подходы базируются на реструктуризации процесса генерации варианта решения, направленной на исключение невалидных комбинаций. В первом случае при формировании очередного варианта распределения нагрузки исключается перебор для последнего узла с помощью замены его на вычисление единственного допустимого значения. Второй вариант использует досрочный выход из цикла генерации вектора решения до его завершения при нарушении любого граничного условия задачи. Каждый подход можно применять по отдельности или в комбинации для повышения эффективности алгоритма полного перебора. Проведенные вычислительные эксперименты показывают, что первый подход обеспечивает ускорение в 26 раз, второй подход дает почти трехкратное ускорение, а их комбинация позволяет получить 76-кратное ускорение. Эти результаты подтверждают, что предложенные подходы значительно снижают вычислительную сложность алгоритма полного перебора при сохранении точности получаемого решения. Данные подходы могут имплементироваться и в параллельные реализации алгоритма полного перебора, что обеспечивает расширение области его практического применения в сторону задач большой размерности.

2. Прогнозирование времени выполнения суперкомпьютерных заданий с применением методов машинного обучения [№4 за год]
Авторы: Баранцев В.В., Мокряков А.В., Прилипко А.А.
Просмотров: 1107
Предметом представленного в статье исследования является применение методов машинного обучения для прогнозирования времени выполнения заданий в суперкомпьютерных системах. Планировщик суперкомпьютерных заданий составляет расписание их запусков на основе пользовательских оценок времени выполнения. При этом пользователи в большинстве случаев значительно завышают время выполнения своих заданий, чтобы исключить риск их принудительного завершения по истечении заказанного времени. Это приводит к построению неоптимального расписания и существенному снижению качества планирования заданий. Прогнозирование времени выполнения заданий позволит планировщику формировать более точное расписание. В качестве метода исследования использован сравнительный анализ моделей машинного обучения, включая деревья решений, метод k-ближайших соседей, случайный лес, градиентный бустинг, нейронные сети и широкое обучение. Обучение моделей проводилось на статистических данных о выполнении заданий на суперкомпьютере МВС-10П ОП. Дополнительно рассмотрены подходы, направленные на повышение качества прогнозов, включая методы кластеризации и классификации заданий. Результаты исследования позволили выявить специфику применения машинного обучения для прогнозирования времени выполнения заданий в условиях ограниченного и не всегда информативного набора признаков. Показано, что существующие методы машинного обучения обладают определенными ограничениями, связанными с устойчивостью моделей и риском переобучения. Вместе с тем полученные данные дают возможность наметить пути повышения точности прогнозирования. Практическая значимость работы заключается в возможности применения ее результатов для оптимизации планирования заданий в суперкомпьютерных системах за счет повышения точности прогноза времени выполнения заданий.

3. Реализация взаимодействия разнородных сетей квантового распределения ключей в рамках межуниверситетской квантовой сети [№4 за год]
Авторы: Бужин И.Г., Велихов В.Е., Миронов Ю.Б., Овсянников А.П.
Просмотров: 1029
Статья посвящена разработке и исследованию модели сети квантового распределения ключей (КРК), интегрированной в структуру национальной научно-образовательной сети. Предметом исследования является межуниверситетская квантовая сеть, реализованная в 2024 году на базе национальной исследовательской компьютерной сети. Она включает в себя участки (сети) КРК, использующие различные несовместимые друг с другом протоколы. Также межуниверситетская квантовая сеть взаимодействует с магистральной квантовой и университетскими сетя-ми. В работе исследуется взаимодействие разнородных сетей КРК (доменов). Рассмотрены возможные сценарии передачи квантово-защищенного ключа между пользователями в разных доменах, в том числе распределение целевого ключа между географически удаленными доменами через магистральную квантовую сеть. Предложена ориентированная на практическую реализацию расширенная многоуровневая модель квантовой сети. Она включает уровни коммуникации, синхронизации, выработки квантовых ключей, а также выработки квантово-защищенных ключей и управления ими, управления сетью КРК и ее мониторинга, междоменного взаимодействия, а также прикладной уровень. Основным преимущественным отличием модели является уровень междоменного взаимодействия. Он отвечает за общую адресацию, не зависящую от внутреннего устройства сетей КРК, защищенное распространение маршрутной и ключевой информации, за конвертацию интерфейсов между пользовательски-ми средствами криптографической защиты информации и квантовыми сетями разных производителей. Важным дополнением структурной модели является специальное выделение уровня синхронизации. Это позволяет использовать общую частотно-референсную рамку для масштабируемой сети КРК и закладывает основу для создания национальной сети синхронизации времени и частоты для научных исследований. Также такое дополнение может способствовать увеличению допустимых потерь в квантовом канале при сохранении стабильности выработки квантового ключа. В статье обоснован модульный подход к созданию систем управления и мониторинга масштабируемых сетей КРК.

4. Моделирование сложных технических систем на основе гиперграфов для определения взаимодействий агентов [№4 за год]
Автор: Зяблова Е.Р.
Просмотров: 1040
В работе отмечается целесообразность использования GH-графов и GH-гиперграфов для моделирования сложных технических систем. Приводится описание программного комплекса моделирования взаимодействия объектов сложных систем с использованием языка Python. Программный комплекс содержит модули динамической визуализации графовой модели на основе графа и вычисления характеристик графа, модули реализации алгоритмов пропорционального разделения графа и поиска кратчайших путей. Для представления графовых структур применяется формат JSON. Данная статья является развитием предыдущих работ автора, где GH-граф определен как нечеткий граф с разнотипными вершинами и множественными разнотипными связями. К преимуществам GH-графа относятся возможность представления разнотипных отношений в сложных системах и уменьшение времени вычисления ряда характеристик за счет использования множественных связей в виде вектора, позволяющих объединить разнотипные связи. Предложена модификация GH-гиперграфа, которая заключается в интеграции GH-графа в гиперграф; GH-гиперграф обладает преимуществами GH-графа и дополнительно допускает использование разнотипных гиперребер и множественных разнотипных связей между вершиной и гиперребром. Это позволяет представить объекты (группы объектов) разных типов, разнотипные отношения между объектом и группой объектов системы и уменьшить время анализа системы. На примере заданной системы охраны протяженного периметра показаны возможности моделирования взаимодействия объектов на основе GH-графов и GH-гиперграфов. В качестве практического примера рассматривается решение задачи формирования зон влияния объектов системы. Метод решения включает этапы моделирования системы и вычисления метрик GH-модели и/или ее частей. Результаты экспериментов показали уменьшение времени вычисления метрик таких моделей размерностью до 1 000 вершин не менее чем в 1,3 раза по сравнению с моделями, допускающими только разнотипные связи между вершинами. Развитие предложенного метода возможно за счет решения задач классификации и прогнозирования с использованием предсказательных моделей на основе объяснимых графовых или гиперграфовых нейронных сетей.

5. Генерация и исследование коммуникационных протоколов с помощью NK-автоматов и их модификаций [№4 за год]
Авторы: Кольчугина Е.А., Стежка В.А.
Просмотров: 947
Предметом анализа являются методы и алгоритмы, которые позволяют интеллектуальным устройствам исследовать и осваивать коммуникационные протоколы распределенных инфокоммуникационных систем и сред. В качестве научного подхода был выбран эволюционный метод построения NK-автоматов и их модификаций. Цель состояла в том, чтобы получить NK-автомат, способный воспроизводить последовательность пакетов протокола TCP через последовательность своих состояний. Эта последовательность должна быть корректной с точки зрения готового общедоступного эхо-сервера TCP и подходящей для передачи данных в ходе TCP-сессии. Создание такого автомата означает, что интеллектуальное устройство обучилось протоколу TCP. Для достижения этой цели были разработаны модификация классического NK-автомата, TCP-NK-автомат, а также ПО для имитации его работы. В отличие от других модификаций предложенная версия моделирует не активную программную структуру, а пассивную структуру данных – TCP-пакет. В ходе экспериментов с созданным ПО удалось получить экземпляры автоматов, которые генерировали правильные последовательности пакетов протокола TCP, имитируя TCP-сессию, что свидетельствует об успешном обучении. Полученные результаты способны обеспечить совместимость различных устройств через их обучение новым протоколам без использования нейросетей, позволяют обойтись без использования брокеров, представляют возможность исследования и обратного инжиниринга ранее неизвестных протоколов.

6. Моделирование режимов управления бортовыми космическими летающими роботами в системах виртуального окружения [№4 за год]
Авторы: Страшнов Е.В., Кононов Д.А.
Просмотров: 830
В работе рассматривается задача управления моделями бортовых космических летающих роботов в виртуальной среде. Для ее решения предлагаются методы, основанные на командном, полуавтоматическом и супервизорном режимах управления роботом. Эти режимы характеризуют степень участия человека-оператора в процессе управления. При командном режиме оператор воздействует на органы управления для выполнения команд, каждая из которых отвечает за движение соответствующей части робота. Полуавтоматический способ предполагает участие оператора в управлении только рабочим органом манипулятора. В супервизорном режиме оператор задает команды, по каждой из которых робот совершает некую последовательность действий, и контролирует ход их выполнения. Предлагаемые подходы управления реализованы в рамках решения задач навигации внутри виртуального пространства, захвата поручня манипулятором робота внутри космической станции и стыковки с док-станцией. Были задействованы решения, включающие построение пути движения робота, расчет инверсной кинематики, обеспечение обратной связи по показаниям виртуальных датчиков и вычисление магнитной силы для его удержания во время стыковки с док-станцией. Апробация разработанных подходов проводилась в программном комплексе виртуального окружения VirSim на примере управления виртуальной моделью летающего космического робота с применением реального джойстика. Результаты моделирования показали, что наиболее подходящим решением для космической отрасли является супервизорный режим, в то время как командный и полуавтоматический применимы для решения нетиповых задач под полным контролем человека. Проведен анализ движения летающих роботов при их моделировании в виртуальном окружении. Практическая значимость полученных в статье результатов заключается в возможности сформировать экспертное мнение о применении роботов и методов управления ими для решения различных задач внутри космических модулей.

7. Оценка эффективности и качества проектных решений при размещении фрагментов сверхбольших интегральных схем [№4 за год]
Авторы: Данильченко В.И., Курейчик В.В.
Просмотров: 943
В исследовании рассматривается задача размещения фрагментов сверхбольших интегральных схем на плоскости с учетом технологических и физических ограничений. Постановка задачи включает формирование комплекса проектных метрик, таких как длина соединений, плотность, площадь размещения, индекс пересечений и другие. Также рассматривается метрика, основанная на количестве линейных сегментов. Она позволяет не только сократить длину соединений, но и структурировать их конфигурацию, повышая энергоэффективность и снижая потери при передаче сигналов. Для решения поставленной задачи реализованы и модифицированы биоэвристические алгоритмы, включая генетический с гибридной эволюционной моделью, основанной на элементах локальной адаптации по Ж.Б. Ламарку и стохастических мутациях Х. де Фриза. Кроме того, реализован алгоритм, основанный на модели поведения стволовых клеток, в который внесены модификации, направленные на улучшение качества размещения, включая минимизацию пересечений и улучшение плотности размещения. Разработан программный комплекс для выполнения моделирования и вычислительного эксперимента с использованием тестовых наборов. Эффективность реализованных и модифицированных алгоритмов и метрик оценивалась с использованием статистических методов, включая корреляционный анализ. Продемонстрированы примеры применения различных метрик в проектных сценариях на разных наборах данных. В результате проведенного исследования сформулированы рекомендации по интеграции проектных метрик в процесс проектирования сверхбольших интегральных схем, что способствует улучшению его технологичности и качества проектных решений. Статья будет полезна специалистам и исследователям в области проектирования интегральных схем, а также всем, кто заинтересован в многокритериальном подходе к оптимизации проектных процедур.

8. Динамическое прогнозирование оптимального распределения ресурсов на основе принципа продолжения траекторий [№4 за год]
Авторы: Коковкин Д.А., Семенов Н.А.
Просмотров: 758
Проблема распределения ресурсов в общем полностью изучена и решена как задача математического программирования. При этом динамический подход находится на стадии разработки. В статье предпринята попытка построения алгоритма динамического прогнозирования распределения ресурсов. Классическая вариационная задача сведена к задаче оптимального управления ресурсами и решена с помощью принципа продолжения траекторий. Задача о прогнозировании является линейной по управляющему воздействию, ее важная характеристика – легкость определения вершин. Ее применение актуально, так как нужно постоянно решать задачи линейного программирования. В ходе исследования был использован подход, который опирается на правило LIFO и существенно облегчает и ускоряет процедуру обхода граней многогранника. Научная новизна метода заключается в комбинации динамического подхода с правилом LIFO, что позволяет сократить вычислительные затраты и повысить точность прогнозирования. Метод демонстрирует свою эффективность в динамических условиях, позволяя адаптировать стратегию управления в ответ на изменения состояния системы. Представлена модульная схема программы оптимизации, иллюстрирующая алгоритмически-модульную реализацию метода, что помогает лучше понять процесс и последовательность шагов. Предложена концепция оптимального решения задачи. Статья подчеркивает важность комплексного подхода к управлению ресурсами и предлагает новые перспективы для дальнейших исследований. Это позволяет говорить о возможности создания более гибкой и адаптивной системы управления ресурсами, способной оперативно реагировать на изменения внешних условий и требований. В свою очередь, это может привести к повышению эффективности использования ресурсов и к улучшению результатов деятельности в различных областях.

9. Определение состава атрибутов учетных записей пользователей для централизованного администрирования гетерогенных систем [№4 за год]
Автор: Ефимов А.Ю.
Просмотров: 1007
Для повышения эффективности защиты информации и сокращения необходимых для этого ресурсов в сложных информационных системах применяется централизованное управление комплексом средств защиты информации. Данная статья посвящена решению задачи организации учетных записей пользователей касательно состава их атрибутов в условиях гетерогенных информационных систем. Ее актуальность подтверждается наличием проблем, возникающих из-за различий реализации механизмов защиты (в частности, учетных записей пользователей) в компонентах таких систем. В работе рассмотрены существующие методы решения проблемы, выявлена важная роль наборов атрибутов учетных записей в вопросе применимости в условиях гетерогенных информационных систем. Предложен новый эффективный подход к организации учетных записей, основанный на оценке схожести и различий атрибутов в разных операционных системах и последующем разделении атрибутов на группы общих и специфичных. Описаны модель состава атрибутов учетных записей в гетерогенной информационной системе, разработанная на ее основе методика определения состава атрибутов, ее достоинства и недостатки, а также условия и способ применения результатов. Показано направление дальнейшего развития. Применение представленного подхода позволит упростить централизацию управления комплексом средств защиты информации и сократить объем ресурсов, необходимых для управления, без потери при этом эффективности защиты информации.

10. Автоматический синтез интеллектуальных регуляторов на основе алгоритма самоорганизации робастных баз знаний [№4 за год]
Автор: Игнатьев В.В.
Просмотров: 1029
В данной статье приводится описание разработанной программы, автоматизирующей синтез интеллектуальных регуляторов на основе алгоритма самоорганизации робастных баз знаний. Описан принцип реализации рассматриваемых интеллектуальных регуляторов, которые предназначены для достижения эффективного управления техническими объектами. Целевыми объектами управления являются такие, которые могут быть описаны линейными или нелинейными математическими моделями первого, второго, третьего порядка, в том числе с запаздыванием, и функционирующие в условиях неопределенности. В качестве неопределенностей рассматриваются несколько ее типов – изменение параметров объектов управления, внешние возмущения и лингвистическая неопределенность. Все перечисленные типы учитываются в программе. Она разработана на основе нового математического аппарата, выраженного в соответствующих методах и алгоритмах, реализованных в интеллектуальном регуляторе, обеспечивающем желаемое качество управляющих воздействий на объект, который функционирует в условиях неопределенности. Основу программы составляют научные решения по гибридному проектированию базы правил интеллектуального регулятора, в котором классический регулятор является источником знаний для нечеткого регулятора. На основе полученных знаний происходит синтез нечеткого регулятора с его обучением с помощью нейросети и генетического алгоритма. Сгенерированная новая система нечеткого вывода позволяет получать желаемое управление рассматриваемыми классами объектов. Продемонстрированы результаты работы созданной программы для неустойчивого нелинейного технического объекта третьего порядка. Полученные результаты моделирования позволяют говорить о возможности применения программы для проектирования базы правил интеллектуального регулятора, которая синтезируется автоматически с учетом его структуры. Исходный код про-граммы написан на языке программирования MATLAB и полностью совместим со всеми инструментами данной среды для проектирования систем нечеткой логики, используемых автором в интеллектуальных регуляторах.

| 1 | 2 | Следующая → ►