Программные продукты и системы

Статьи журнала №4 2017

1. Синтезирование программ на основе описания графоаналитической модели [№4 за 2017 год]
Авторы: Зыков А.Г. (zykov_a_g@mail.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), кандидат технических наук; Кочетков И.В. (melmacson@gmail.com) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (аспирант); Поляков В.И. (v_i_polyakov@mail.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (доцент), кандидат технических наук; Чистиков Е.Г. (frazer@list.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (магистрант);
Аннотация: Количество и объемы создаваемого ПО растут ежегодно. Это побуждает разработчиков к созданию новых инструментов, позволяющих сократить время на разработку очередного продукта, в том числе средств автоматизации тестирования. Необходимость в новых инструментах автоматизации тестирования растет по причине того, что увеличивается количество систем, использующих различные языки программирования. Актуальность задачи поиска универсальных межязыковых средств тестирования остается высокой до сих пор. В работе рассматривается верификация вычислительных процессов на основе графоаналитической модели. Основная идея этого подхода заключается в том, что разработанная программа конвертируется в описание графоаналитической модели и сравнивается с эталонным описанием, по которому она и создавалась; далее по результатам сравнения программа либо признается корректной, либо отправляется на доработку. Узким местом такого подхода являются сама разработка программы на основе графоаналитической модели и потенциальная итеративность процесса. Эту проблему предлагается решить с помощью создания утилиты синтеза программ по эталонным описаниям графоаналитической модели. В данной работе рассматривается алгоритм преобразования объектной модели описания графоаналитической модели в текстовое представление операторов и выражений языка C#. Целью исследования является автоматизация синтеза программ на языке C# по группе описаний графоаналитической модели вычислительного процесса. В рамках данного исследования было создано средство, позволяющее преобразовывать описания графоаналитической модели в исходные коды программ. Разработанная утилита была проверена на описаниях графоаналитической модели программы для обработки массивов (сортировка, поворот). Синтезированный исполняемый модуль успешно протестирован в окружении операционной системы Windows 10. В дальнейшем планируется развивать утилиту вместе с новыми версиями языка описания для расширения возможностей синтезируемых программ.
Ключевые слова: верификация, тестирование, автоматизация, синтезирование программ, генерация программ, roslyn, графоаналитическая модель
Keywords: verification, testing, automation, program synthesis, generation of programs, roslyn, graph-analytic model
Просмотров: 7054

2. Интервально-дифференциальные уравнения в структуре нечеткого фильтра Калмана при управлении сложными технологическими объектами [№4 за 2017 год]
Авторы: Пучков А.Ю. (putchkov63@mail.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ (доцент), кандидат технических наук; Дли М.И. (midli@mail.ru) - Филиал Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске (профессор, зам. директора по научной работе), доктор технических наук;
Аннотация: В статье предложена методика вычисления оценок процессов, протекающих на сложных технологических объектах, основанная на применении интервальных методов к дифференциальному векторно-матричному уравнению, описывающему фильтр Калмана. В отличие от методов решения дифференциального уравнения, описывающего фильтр Калмана, в классе вещественных чисел применение интервального счисления позволяет учесть неопределенность и неточность исходных данных, обусловленные различными факторами. К числу таких факторов относятся ошибки измерительной аппаратуры, зависящие от класса точности прибора, ошибки округления при проведении численных расчетов, погрешности дискретизации как по времени, так и по уровню. Свой вклад в неточность могут вносить и применяемые математические методы, в частности, использование нечетко-логического подхода к нахождению матрицы формирующего фильтра при описании процессов, протекающих на сложных технологических объектах, что обусловлено субъективизмом при формировании параметров нечетких моделей: видов функций принадлежности, количества термов переменных, правил, заполняющих базу знаний. Новизна предложенного подхода заключается в разработанной методике получения интервальных оценок состояния процесса в условиях неточности исходной информации на основе применения методов решения интервально-дифференциальных уравнений, позволяющих свести решение дифференциальных уравнений к более простому решению систем алгебраических уравнений. Представлены этапы решения уравнения, описывающего фильтр Калмана, которые состоят в переходе от дифференциального векторно-матричного уравнения фильтра к скалярной форме, а затем от него к интервально-дифференциальной форме и системе алгебраических уравнений. Решение этой системы дает искомый диапазон, внутри которого находятся оценки состояния процесса. Приведены иллюстративный пример и результаты работы реализующей предложенную методику программы, написанной на языке MATLAB.
Ключевые слова: нечеткая логика, фильтр калмана, интервально-дифференциальные уравнения, неточность исходных данных
Keywords: fuzzy logic, Kalman filter, interval differential equations, inexact input data
Просмотров: 8212

3. Программное средство моделирования модульных вычислительных систем для проверки допустимости их конфигураций [№4 за 2017 год]
Автор: Глонина А.Б. (alevtina@lvk.cs.msu.su) - Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (программист);
Аннотация: В работе представлено программное средство для проверки критерия допустимости конфигураций модульных вычислительных систем (МВС) реального времени. В качестве примера таких систем рассматриваются системы интегрированной модульной авионики. Конфигурация МВС реального времени считается допустимой, если для нее все работы всех вычислительных задач выполняются в рамках директивных сроков. На основе анализа задач, возникающих при проектировании систем, были сформулированы требования к средству проверки критерия допустимости конфигурации. Обзор существующих программных средств показал, что ни одно из них не удовлетворяет всем требованиям, поэтому было принято решение о разработке собственного средства. Разработанное программное средство позволяет моделировать МВС реального времени и получать временные диаграммы их функционирования, необходимые для проверки критерия допустимости. Благодаря выбранному для моделирования математическому аппарату (сетям временных автоматов с остановкой таймеров) корректность построенных моделей формально доказана. Процесс построения и прогона модели для конкретной конфигурации полностью автоматизирован, поэтому разработанное средство может быть использовано в цикле работы алгоритмов поиска оптимальных конфигураций. Программное средство было интегрировано с САПР планирования вычислений в МВС реального времени, используемой в промышленности, и апробировано на данных, приближенных к реальным. Эксперименты показали, что разработанное средство применимо на практике и для конфигураций с длительным интервалом планирования превосходит по быстродействию встроенную в САПР модель МВС. Кроме того, предложенное средство удовлетворяет всем сформулированным ранее требованиям в отличие от встроенной в САПР модели, удовлетворяющей им лишь частично.
Ключевые слова: корректность, верификация, планирование вычислений, имитационное моделирование, интегрированная модульная авионика, сети временных автоматов
Keywords: correctness, verification, scheduling, simulation, integrated modular avionics, time automata networks
Просмотров: 6796

4. Interpretation of the meaning of natural language phrases in problem-oriented systems [№4 за 2017 год]
Авторы: Биллиг В.А. (Vladimir-Billig@yandex.ru) - Тверской государственный технический университет, г. Тверь (доцент, старший научный сотрудник, профессор ), кандидат технических наук; Смирнов И.С. (dru0121@gmail.com) - Тверской государственный технический университет (магистрант);
Abstract: The organization of a natural language dialog with a computer is one of the most important problems in the field of artificial intelligence. The expressive power of a natural language makes it difficult to formalize and eliminate ambi-guities in understanding phrase meanings. This article considers the approach to interpreting natural language phrases based on the “Meaning–Text” theory. The key point is an intentional dialogue context limitation with a specified domain. This allows the system to conduct a more meaningful dialogue and to solve specific problems of the given domain. The “Eliza–Student” software built upon the developed algorithms is oriented to a fairly broad subject domain, which includes a fair amount of tasks from the Unified State Exam (the Russian abbreviation is “ЕГЭ”, an English analogue is SAT) in informatics. The developed system is able to explain actions performed during the analysis of the text, which contains user questions on solving certain tasks in informatics, solve them and explain decision making in solving process. It seems that the reciprocal form of interaction seems to be the most natural in the learning process. The analysis process is divided into a sequence of stages (preliminary, morphological, syntactic and semantic analysis). Each of them uses different models of language and subject domain. The proposed approach is based on the following ideas: abstraction from the subject area to the latest stages of analysis and focus on the result, i.e. the construction of the most probable, perhaps incomplete, representation of the meaning, despite the incompleteness of the initial information or possible errors in the analysis process. The developed algorithms can be applied to different subject domains.
Keywords: представление знаний, человеко-машинный интерфейс, естественный язык, задачи по информатике, морфологический анализ, синтаксический анализ, семантический анализ, фреймовая модель, модель «смысл–текст», диалог с эвм, текстоориентированный интерфейс, программные системы
Ключевые слова: knowledge representation, human-machine interface, natural language, tasks in informatics, morphological analysis, syntax analysis, semantic analysis, frame model, “meaning–text” model, dialogue with a computer, natural language interface, program systems
Просмотров: 4939

5. Синергетика информационно-когнитивного взаимодействия в интеллектуальных робототехнических системах с дистанционным обменом знаниями [№4 за 2017 год]
Авторы: Ульянов С.В. (ulyanovsv46_46@mail.ru) - Государственный университет «Дубна» – Институт системного анализа и управления, Объединенный институт ядерных исследований – лаборатория информационных технологий (профессор), доктор физико-математических наук; Решетников А.Г. (reshetnikovag@pochta.ru) - Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (аспирант);
Аннотация: В статье представлена технология дистанционного проектирования БЗ нечетких регуляторов, разработанных с использованием программного инструментария «Оптимизатор Баз Знаний» на мягких и квантовых вычислениях. Рассматривается возможность настройки и передачи БЗ с использованием дистанционного подключения к объекту управления. Предложенные технологии позволяют повысить робастность системы управления за счет добавления функций обучения и адаптации к различным ситуациям управления. Представлено сравнение качества управления в нечетких регуляторах при работе в различных режимах. Настройка и передача БЗ нечеткого регулятора реализуются при помощи удаленного соединения с объектом управления в online с использованием технологий Bluetooth и Wi-Fi. В качестве примеров выступают различные модели интеллектуальных автономных роботов. Дистанционная передача БЗ позволяет проектировать множество различных встраиваемых интеллектуальных регуляторов для реализации множества стратегий управления в условиях неопределенности и риска. Реализованная технология обмена знаниями в группе интеллектуальных роботов позволяет гарантированно достигать цели управления и извлекать дополнительные знания за счет формирования нового информационного источника, основанного на синергетическом эффекте объединения знаний. В статье рассматриваются различные варианты взаимодействия робототехнических систем. Приведено краткое описание каждой из систем. Результаты экспериментов демонстрируют возможность гарантированного достижения цели управления коллективом роботов за счет использования технологий мягких вычислений при проектировании БЗ нечетких регуляторов. Разработанный программный инструментарий дает возможность проектировать и настраивать сложные и слабо формализованные технические системы. Данная возможность позволяет существенно сократить время при проектировании интеллектуальной системы управления и повысить надежность системы за счет снижения уровня влияния экспертных оценок на процесс проектирования.
Ключевые слова: синергетика знаний, дистанционная передача знаний, нечеткий регулятор, интеллектуальное управление, многоагентная система, : коллектив интеллектуальных роботов
Keywords: knowledge synergetic, remote transmission of knowledge, fuzzy controller, intelligent control, multiagents systems,
Просмотров: 7711

6. Метод повышения интерпретируемости регрессионных моделей на основе трехступенчатой модели развития мышления [№4 за 2017 год]
Авторы: Куликовских И.М. (kulikovskikh.i@gmail.com) - Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королева (национальный исследовательский университет) (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Повышение обобщающей способности регрессионных моделей приводит к более эффективному решению задач распознавания, прогнозирования, выявления различных стратегий поведения технических и социальных систем. Известные методы повышения обобщающей способности обладают вычислительной эффективностью, но понижают интерпретируемость модели и конечных результатов. Предлагаемая статья является попыткой обратиться к данной проблеме, дополняя задачи регрессии и классификации в контексте задач синтеза фильтров из области цифровой фильтрации и тестирования из области психометрии. Принимая во внимание достоинства решений в альтернативных предметных областях, целью данной работы является создание метода повышения интерпретируемости регрессионных моделей через стимулирование процессов внутренней неопределенности в машинном обучении. Для достижения поставленной цели была создана трехступенчатая модель развития машинного мышления, отражающая динамику анализируемых предметных областей. Эти области связаны едиными процессами внутренней неопределенности, что требует создания соответствующего математического аппарата. Данная работа рассматривает процессы внутренней неопределенности с когнитивной точки зрения через процессы забывания и угадывания. Результатом исследования является реализация ступеней синтеза фильтров, тестирования и интегральной ступени регрессии/классификации в рамках созданной трехступенчатой модели развития мышления. При этом ступень синтеза фильтров моделирует техническую среду, ступень тестирования – социальную среду, а интегральная ступень – социально-техническую среду. Тогда как социальная среда моделирует сознание человека, социально-техническая среда вводит понятие сознания машины. Представленные реализации позволили формализовать метод повышения интерпретируемости регрессионных моделей через формирование принципов перехода от сознания человека к сознанию машины.
Ключевые слова: философская система гегеля, внутренняя неопределенность, психометрия, цифровая фильтрация, машинное обучение
Keywords: hegel’s philosophical system, internal uncertainty, psychometrics, digital filtering, machine learning
Просмотров: 5937

7. Хранение и эффективная обработка нечетких данных в СУБД PostgreSQL [№4 за 2017 год]
Авторы: Сорокин В.Е. (sorokinve@yandex.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» (ведущий научный сотрудник), кандидат технических наук;
Аннотация: Всего за полвека теория нечетких множеств прошла путь от разработки теоретических основ до широкого практического применения в системах искусственного интеллекта таких областей деятельности, как управление промышленным оборудованием и транспортными средствами, медицинская диагностика и экспертные системы, в том числе для оценки различных рисков, от экономических до экологических. Во многих из них требуются надежное хранение и эффективная обработка больших объемов информации. С этой целью, как правило, применяются СУБД, наиболее совершенными из которых в настоящее время являются объектно-реляционные. Однако нечеткие данные плохо согласуются как с объектной, так и с реляционной моделью данных, и большинство промышленных СУБД не содержат встроенных типов нечетких данных и механизмов работы с ними. К таковым относится и кроссплатформенная свободно распространяемая в исходных кодах объектно-реляционная СУБД PostgreSQL, с применением которой во многом связывается импортозамещение в инфраструктурном ПО. Возможности реляционного моделирования нечетких данных и развитый механизм расширения типов за счет создания требуемых пользовательских типов наряду с мощными процедурными языками в СУБД PostgreSQL позволяют реализовывать различные альтернативные подходы к хранению и обработке нечетких данных. В статье выполнен сравнительный анализ таких подходов с точки зрения поддержания целостности данных и эффективности их обработки, приведены результаты экспериментов на созданных по различным подходам моделям нечетких данных. Предложены проектные решения, повышающие эффективность поиска подобных нечетких данных, сформулированы рекомендации по выбору подхода к моделированию нечетких данных.
Ключевые слова: эффективность sql-запросов, целостность данных, операции нечеткой логики, триангулярные нормы, postgresql, система управления базами данных, нечеткое множество, лингвистическая переменная
Keywords: sql query efficiency, data integrity, fuzzy logic operations, database management system, PostgreSQL, database management system, fuzzy set, linguistic variable
Просмотров: 8527

8. Архитектура интеллектуальной системы оптимального управления эволюцией многостадийных процессов в нечеткой динамической среде [№4 за 2017 год]
Авторы: Палюх Б.В. (pboris@tstu.tver.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), доктор технических наук; Ветров А.Н. (vetrov_48@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), кандидат технических наук; Егерева И.А. (irina.egereva@gmail.com) - Тверской государственный технический университет (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье излагаются ключевые элементы подхода к созданию системы интеллектуальной информационной поддержки инноваций на предприятии, основанного на интеграции механизмов поиска инновационных решений, методов управления эволюцией производственно-технологической системы с использованием созданного хранилища инновационных решений, алгоритмов согласованной оптимизации и идентификации технологических параметров. Рассмотрена возможность использования предложенного подхода применительно к базовому варианту модели функционирования производственно-технологической системы. Проект посвящен фундаментальной научной проблеме создания методов и средств моделей оптимального управления эволюцией многостадийных процессов в условиях динамической неопределенности для повышения их эффективности и долгосрочной устойчивости в течение всего жизненного цикла. Многостадийный процесс рассматривается как многоагентная система, эффективность управления которой зависит от согласованного поведения центра и агентов, их заинтересованности в поиске и внедрении инновационных решений, умения анализировать возможности эволюционного развития. Подход, лежащий в основе предлагаемого в проекте формального аппарата для оптимального управления эволюцией многостадийных процессов, включает разработку и исследование математической модели управления эволюцией многостадийных процессов в нечеткой динамической среде. Он также предполагает разработку метода решения задачи управления эволюцией многостадийных процессов в виде оптимального (субоптимального) закона управления с обратной связью и исследование асимптотических свойств решений полученного функционального уравнения для автономных систем. Разработка методов согласованной оптимизации при взаимодействии центра и группы агентов в условиях расширения их производственно-технологических возможностей также составляет содержание проекта. Реализация разрабатываемых методов и моделей предполагает создание прототипа интеллектуальной системы оптимального управления эволюцией многостадийных процессов в нечеткой динамической среде.
Ключевые слова: многостадийные процессы, оптимальное управление, управление эволюцией, информационная система
Keywords: multistage processes, optimal control, evolution managing, information system
Просмотров: 8188

9. Применение методов классификации и кластеризации для повышения эффективности работы прецедентных систем [№4 за 2017 год]
Авторы: Варшавский П.Р. (VarshavskyPR@mpei.ru) - Национальный исследовательский университет «МЭИ» (доцент), кандидат технических наук; Ар Кар Мьо (arkar2011@gmail.com) - Национальный исследовательский университет «МЭИ» (аспирант); Шункевич Д.В. (shunkevichdv@gmail.com) - Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (БГУИР) (зав. кафедрой), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье рассматриваются актуальные вопросы повышения эффективности работы систем, использующих рассуждения на основе прецедентов (CBR – Case-Based Reasoning). Прецедентные методы и системы (CBR-системы) активно применяются для решения целого ряда задач в области искусственного интеллекта (например, для моделирования правдоподобных рассуждений (рассуждений здравого смысла), машинного обучения, интеллектуальной поддержки принятия решений, интеллектуального поиска информации, интеллектуального анализа данных и др.). Следует отметить, что современные инструменты для интеллектуального анализа данных, широко используемые сегодня в интеллектуальных системах, системах управления базами данных и знаний, бизнес-приложениях, системах машинного обучения, системах электронного документооборота и др., не обладают развитыми CBR-средствами. Для повышения эффективности работы CBR-систем предлагается использовать модифицированный CBR-цикл, позволяющий сформировать базу удачных и неудачных прецедентов на основе имеющейся экспертной информации (тестовых выборок), а также модификацию алгоритма k ближайших соседей (k-NN) для извлечения прецедентов. Предложенные модификации позволяют повысить качество решения задач интеллектуального анализа данных (в частности, задачи классификации данных). Кроме того, в работе для повышения быстродействия CBR-систем рассматривается возможность сокращения количества прецедентов в базе удачных прецедентов за счет применения методов классификации и кластеризации. С использованием разработанного в среде MS Visual Studio на языке C# прототипа CBR-системы проведены вычислительные эксперименты по оценке эффективности предлагаемых в работе решений на наборе данных из UCI Machine Learning Repository.
Ключевые слова: кластеризация, классификация, интеллектуальный анализ данных, прецедентный подход, интеллектуальная система
Keywords: clusterization, classification, data intelligent analysis, case-based approach, intellectual system
Просмотров: 11311

10. Когнитивные гибридные системы поддержки принятия решений и прогнозирования [№4 за 2017 год]
Авторы: Аверкин А.Н. (averkin2003@inbox.ru) - Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (доцент), кандидат физико-математических наук; Ярушев С.А. (sergey.yarushev@icloud.com) - Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (аспирант); Павлов В.Ю. (averkin2003@inbox.ru ) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (зав. кафедрой), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В работе рассматривается ряд моделей для поддержки принятия решений в динамических ситуациях, характеризующихся слабой структурированностью, основанной на гибридной системе, интегрирующей нечеткую иерархическую модель оценивания и нечеткую когнитивную модель ситуации. Представлены гибридная модель на основе когнитивных карт и иерархий Саати для поддержки принятия решений в динамических ситуациях и нечеткая продукционная модель для моделирования нерационального поведения людей в задачах поведенческой экономики. При создании поведенческой модели принятия решений учитывались модули, отвечающие за эмоции ЛПР, и репрезентативность внутренней модели. В модели используются нечеткая логика и продукционные правила. Этот подход делает модель принятия решений интуитивно понятной благодаря лингвистическим переменным, формирующим продукционные правила. Еще одно преимущество – универсальность и шкалируемость, получаемая при переходе к моделям с большим числом параметров. Представлена модель модулярной системы прогнозирования временных рядов, состоящей из модулей на основе модулярных нейронных сетей, модуля, включающего в себя гибрид нечеткой когнитивной карты и нейро-нечеткой сети ANFIS, и модулей верификации и агрегирования полученных результатов. Подробно в данной статье рассматривается модуль, сочетающий нечеткую когнитивную карту и нейро-нечеткую сеть. Построена нейронная сеть, и продемонстрирована ее структура в сочетании с нечеткой когнитивной картой на примере прогноза показателя «качество жизни населения». Подобные подходы используются в системах бизнес-аналитики для экономики знаний на основе интеллектуальных систем поддержки принятия решений, использующих когнитивные методы анализа сознания людей, вовлеченных в эти процессы, а также тестирование качества ЛПР по их мозговой активности, для параметрической настройки интеллектуальных систем поддержки принятия решений.
Ключевые слова: прогнозирование, нейронные сети, когнитивные карты, нечеткие системы, нейро-нечеткие сети, поддержка принятия решений, гибридные модели
Keywords: forecasting, neural network, cognitive maps, fuzzy systems, fuzzy-neural networks, decision support, hybrid models
Просмотров: 14766

| 1 | 2 | 3 | 4 | Следующая → ►