Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 2 за 2017 год.

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

11. Формирование вариантов развиФормирование вариантов развития энергетики Вьетнама методами комбинаторного моделирования [№2 за 2017 год]
Авторы: Еделев А.В., Зоркальцев В.И., Доан Ван Бинь, Нгуен Хоай Нам
Просмотров: 8123
В статье рассмотрен подход комбинаторного моделирования к исследованию вариантов развития энергетики страны. Основу подхода составляет представление развития моделируемой системы в форме направленного графа, узлы которого соответствуют возможным состояниям системы в отдельные моменты времени, а связи характеризуют допустимость переходов из одного состояния в другое. Методы комбинаторного моделирования, являясь наглядной формой представления динамических дискретных ветвящихся альтернатив, позволяют имитировать долгосрочный процесс развития исследуемой системы при различных возможных внешних и внутренних условиях, учитывая дискретность будущих состояний системы, определять рациональную стратегию развития исследуемой системы. Процедуры формирования и анализа графа развития энергетики страны реализованы в виде пакета прикладных программ «Корректива». Анализ графов развития больших размеров проводится с помощью распределенных вычислений. Приводится описание исследования устойчивого развития энергетики Вьетнама и его энергетической безопасности с 2015 по 2030 гг., выполненного в 2015 г. Институтом энергетической науки Вьетнамской академии науки и технологий. На основе данных этого исследования показано применение методов комбинаторного моделирования для формирования и анализа вариантов устойчивого развития энергетики Вьетнама с учетом требований энергетической безопасности. Создан граф развития топливно-энергетического комплекса Вьетнама, состоящий из 531 442 узлов. Его обсчет проводился в распределенной вычислительной среде, состоящей из вычислительных узлов высокопроизводительного кластера Института динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук. На основе результатов расчета была определена оптимальная стратегия развития энергетики Вьетнама, обеспечивающая минимум затрат на развитие и функционирование топливно-энергетического комплекса в рассматриваемый период времени.

12. Оценка эффективности методов решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем [№2 за 2017 год]
Автор: Есиков Д.О.
Просмотров: 10178
Для принятия обоснованных решений в части организации процессов хранения и обработки данных для обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем предложено применять комплекс разработанных математических моделей оптимизации распределения элементов ПО функциональных задач по узлам сети, распределения информационных ресурсов по центрам хранения и обработки данных, состава технических средств системы хранения и обработки данных, распределения резерва информационных ресурсов по центрам хранения и обработки данных. Показано, что данные задачи относятся к классу задач дискретной оптимизации с булевыми переменными. Для решения формализованных задач предложено и экспериментально проверено применение метода ветвей и границ и генетических алгоритмов. Для повышения эффективности этого метода рекомендован алгоритм предварительного определения порядка ветвления переменных путем однократного решения приближенным методом задачи, двойственной по отношению к исходной. Проведена экспериментальная проверка эффективности метода ветвей и границ для решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем, в том числе с использованием алгоритма предварительного определения порядка ветвления переменных. Дана оценка влияния исходных данных на общую производительность метода ветвей и границ. Определены наиболее эффективные для решения разработанных задач стратегии ветвления переменных. Предложены варианты основных операторов, а также схемы начальной инициализации исходной популяции генетического алгоритма для решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем. Для повышения качества получаемого генетическим алгоритмом решения обосновано использование адаптивной схемы репродукции особей и островной схемы организации вычислений. Экспериментально проверена эффективность предложенных генетического и островного генетического алгоритмов и определены параметры генетических алгоритмов, обеспечивающие максимальное качество получаемого решения. Подтверждена возможность управления точностью получаемого решения за счет изменения параметров алгоритма при введении ограничений на время решения. Дана сравнительная оценка метода ветвей и границ и островного генетического алгоритма при решении формализованных задач, определены области их эффективного применения.

13. Текстурирование трехмерной модели, построенной по объединенному набору видов с зашивкой дыр [№2 за 2017 год]
Авторы: Кудряшов А.П., Соловьев И.В.
Просмотров: 7814
В работе предложен автоматический метод генерации и нанесения текстуры на компьютерную трехмерную модель, построенную с помощью воксельного метода объединения триангуляционных сеток, полученных по дальностным данным с разных видов. Этот метод объединения основан на воксельном или объемном подходе, который также использует диффузное размытие значений неявной весовой функции в воксельном пространстве для зашивки дыр на финальной модели. Обычная проекция текстур образует заметные швы на границах сканов, а все рассмотренные аналоги текущего метода обладают высокой вычислительной сложностью. Представленный метод текстурирования предлагает решение этих проблем. Он основан на слиянии всех доступных текстур с учетом веса каждого отдельного пикселя в каждом треугольнике, перекрытия и наблюдаемости этих треугольников. Вес каждого пикселя учитывает следующие параметры: угол, под которым он наблюдается, тень/пересвет, дистанция от края скана, поскольку именно на краю скана часто образуется видимый шов текстур. Для уменьшения времени работы предложены алгоритм индексации треугольников в виде текстурной карты, который позволяет избежать полного перебора треугольников, алгоритм для быстрого расчета весов треугольника относительно дистанции этого треугольника от края скана, а также многоядерные вычисления. Вычислительные эксперименты были проведены на реальных сценах, реконструированных с помощью трехмерного сканера. Они показали, что текущий алгоритм способен генерировать реалистичные текстуры за короткое время для высокодетализированных моделей.

14. Однородная распределительная задача на основе моделей адаптивного поведения муравьиной колонии [№2 за 2017 год]
Авторы: Лебедев Б.К., Лебедев О.Б., Лебедева Е.М.
Просмотров: 9052
В данной работе предлагается решение однородной распределительной задачи. Приводится постановка этой задачи, рассматриваются основные группы алгоритмов ее решения – приближенные и точные, а также их достоинства и недостатки. Описана предлагаемая новая парадигма кoмбинатopной oптимизации, базирующаяся на моделировании адаптивного поведения муравьиной колонии. Решением однородной распределительной задачи является ее графическое представление в виде двудольного графа. Для решения данных задач были предложены новые механизмы. Основу метаэвристики алгоритма на основе муравьиной колонии составляет комбинация двух техник. Базовая техника состоит в поиске наилучшего решения с использованием механизмов адаптивного поведения муравьиной колонии. Муравей строит какое-то конкретное решение, при этом используется встроенная процедура, в основе которой лежит конструктивный алгоритм. Построенный на графе поиска решений двудольный граф – основное отличие предлагаемого муравьиного алгоритма от существующей канонической парадигмы. При нахождении оптимальных решений оптимизационных задач, которые допускают представление решений в виде двудольных графов, данный подход будет достаточно эффективным. Проведенные исследования показали, что муравьиный алгоритм позволяет получать более качественные решения, чем известные алгоритмы. Сравнив результаты, можно сказать, что они улучшились на 3–4 %.

15. Постановка задачи формирования направлений развития автоматизированных систем организационного типа и алгоритм ее решения [№2 за 2017 год]
Авторы: Лясковский В.Л., Бреслер И.Б., Алашеев М.А.
Просмотров: 8557
В статье рассматриваются постановка задачи формирования направлений развития автоматизированных систем обработки информации и управления организационного типа и алгоритм ее решения. Необходимость решения данной задачи обусловлена тем, что многие автоматизированные системы создаются и эксплуатируются в течение десятилетий, при этом в процессе эксплуатации меняются требования, предъявляемые к этим системам, поэтому возникает потребность в периодическом формировании решений по приведению состояния автоматизированной системы в соответствие новым требованиям. В качестве основного показателя эффективности формируемых решений принят комплексный показатель, характеризующий степень автоматизации функциональных процессов, реализуемых в системе. В качестве ограничений выступают требования к обязательной автоматизации наиболее важных функциональных процессов и своевременности их выполнения, а также предельно допустимые финансовые и временные ресурсы процесса развития автоматизированной системы. Проведенный анализ алгоритмической сложности решения задачи показывает невозможность ее решения путем рассмотрения всех возможных вариантов из-за экспоненциальной зависимости количества решений от размерности исходных данных. В связи с этим разработан эвристический алгоритм, позволяющий существенно сократить количество рассматриваемых вариантов и получить рациональное решение задачи при относительно небольшой вычислительной сложности. Предложенный алгоритм позволяет обосновать решения по разработке и изготовлению комплексов средств автоматизации для оснащения органов управления из состава автоматизированных систем обработки информации и управления организационного типа, а также продления ресурса действующих в системе средств автоматизации. Предполагается реализовать алгоритм в автоматизированной системе поддержки принятия решений, представляющей собой программный комплекс, функционирующий на ПЭВМ потребительского класса.

16. Исследование защищенности систем электронных платежей [№2 за 2017 год]
Авторы: Маркина Т.А., Хрупов В.А.
Просмотров: 5001
В данной работе исследуется защищенность систем электронных платежей. Актуальность исследования обу-словлена постоянным ростом количества преступлений в сфере электронных платежей, что подтверждается официальной статистикой. Пользователям систем электронных платежей необходимо иметь представление о защищенности этих систем, следовательно, и о защищенности своих денежных средств, хранящихся в них. В процессе работы рассматривались разнообразные системы электронных платежей, проанализированы способы и методы, обеспечивающие безопасность систем, выявлены недостатки и достоинства способов и методов их защиты, определены критерии и подкритерии оценки защищенности, а для каждого из подкритериев определено значение показателя безопасности в процентах. На основании значений показателей была произведена оценка защищенности систем электронных платежей, что позволяет сделать выводы о степени защищенности каждой из них. Исследование позволяет дать оценку защищенности наиболее популярных систем электронных платежей на территории Российской Федерации и стран СНГ.

17. Программно-алгоритмический комплекс защиты и управления предприятием [№2 за 2017 год]
Авторы: Матвейкин В.Г., Дмитриевский Б.С., Медников В.И., Семержинский С.Г.
Просмотров: 6382
В статье описана математическая модель предприятия во взаимодействиях с внешней средой, осуществляемых за счет обмена ресурсами. Через воздействия на ресурсы происходят как текущее управление предприятием менеджментом, так и реальное несанкционированное влияние на его деятельность со стороны субъекта или внешней среды. Несанкционированные воздействия выявляются при сравнении фактических и расчетных значений показателя деятельности на выбранном уровне исполнения функций. Если такое воздействие определено, система противодействия выполняет свою профильную функцию с целью достижения значения защищенности. Показатель успешности защиты принят в форме минимальных требований к эффективности на основе статистик или экспертным путем. Найден технический параметр безопасности предприятия, который количественно характеризует неэффективность защиты. Построена структура системы защиты и управления предприятием, которая выявляет и локализует несанкционированные влияния на его внутренние процессы и процессы взаимодействия с внешней средой без участия человека. Одновременно органично совмещает управление и защиту предприятия, существенно отличается от известных систем. Реализованная как программно-алгоритмический комплекс, система защиты и управления позволяет описывать все производственные процессы. Предложены средства повышения достоверности и получения измерительной информации о состоянии ресурсов, контролирующие и идентифицирующие внешние влияния на каждый ресурс без участия человека. Разработаны средства получения количественной информации о состоянии ресурсов и найдены условия технической реализации предложенной системы защиты и управления предприятием. Предложенные алгоритмы безопасного управления используют систему защиты ресурсов, которая надежно обеспечивает достоверность информации на всех уровнях управления. За счет использования представленной системы защиты и управления повышается эффективность предприятия во взаимодействиях с внешней средой.

18. Автоматизированная система обработки данных в unix-подобных системах [№2 за 2017 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 9505
Данная статья посвящена распределенно-модульной обработке информации в автоматизированном режиме. Эта разработка позволяет принимать входящие и исходящие данные на физический сервер в объеме до 2,2 GB/s, при этом распределяя потоковую информацию (весь входящий сетевой трафик на сервер) по физическим и логическим ядрам. Показана нагрузочная зависимость физических ресурсов от входящей информации. Обоснована целесообразность применения разработанного аппаратно-программного комплекса SDP (Speed data processing), а также представлены структура и принципиальная схема работы. На первом этапе создания комплекса осуществляется разработка алгоритма, на втором – его техническая реализация. Приведен фрагмент исходного кода, отвечающего за уведомления на e-mail как о нагрузке на центральный процессор, так и об основных запускаемых процессах. Описан основной функционал со следующими данными: название функции, цель функции, теоретическая нагрузка, лимит передачи данных (в MB/s) и результат выполнения. На третьем этапе проводится тестирование комплекса SDP, представлены среднесуточные результаты за десять дней. Созданный аппаратно-программный комплекс позволяет эффективно обрабатывать входящую и исходящую информацию в автоматическом режиме для увеличения пропускной способности при приеме и отправке данных в СУБД MySQL, в том числе при DoS- и DDoS-атаках. Одной из частей комплекса является web-модуль для управления как с персонального компьютера, так и с мобильного телефона. В мониторинговой части web-модуля реализована возможность уведомления SMS-сообщениями о состоянии загруженности физического сервера. Разработанный аппаратно-программный комплекс показал высокую стабильность при обработке больших объемов данных с минимальной нагрузкой на ЭВМ.

19. Реализация и тестирование ньютоновских методов безусловной оптимизации [№2 за 2017 год]
Автор: Свириденко А.Б.
Просмотров: 4212
Предложен подход к увеличению эффективности ньютоновских методов безусловной оптимизации, основанных на факторизации Холесского, с регулировкой шага и с конечно-разностной аппроксимацией первых и вторых производных. В основе увеличения эффективности ньютоновских методов лежит модифицированное разложение Холесского матрицы вторых производных, определяющее решение проблемы масштабирования шагов при спуске, аппроксимацию неквадратичными функциями, интеграцию с методом доверительной окрестности и уменьшение нормы априорной поправки. Исследована возможность уменьшения числа вычислений функции путем формирования матрицы вторых производных в соответствии с ее структурой. Рассмотрена взаимосвязь подхода к увеличению эффективности гауссова исключения для разреженных матриц и предлагаемого подхода к увеличению эффективности численных методов ньютоновского типа – использование структуры матрицы, то есть информации о том, в каких позициях матрицы хранятся ненулевые элементы. Для ньютоновских методов безусловной оптимизации, основанных на факторизации Холесского, с регулировкой шага и с конечно-разностной аппроксимацией первых и вторых производных это возможность уменьшения числа вычислений функции путем формирования матрицы вторых производных в соответствии с ее структурой. Приведены описания программных реализаций, все версии алгоритмов реализованы на языке Visual Basic .NET, среда разработки – Microsoft Visual Studio 2010. Приведены результаты численного исследования эффективности реализованных алгоритмов с учетом ряда правил, описанных в работе. Изучен подход к увеличению эффективности ньютоновских методов с конечно-разностной аппроксимацией первых и вторых производных. Подход является основой для дальнейших исследований, результаты которых могут быть использованы для построения численных методов ньютоновского типа.

20. Параллельные вычисления при реализации web-инструментария распознавания образов на основе методов прецедентов [№2 за 2017 год]
Авторы: Фомин В.В., Александров И.В.
Просмотров: 10585
Предлагается программное решение, направленное на улучшение качества распознавания образов и повышение эффективности инструментария машинного обучения посредством реализации grid-технологий. Формулируются стратегические направления разработки инструментария распознавания образов в виде программной системы, основанной на принципах распределенных систем, распараллеливания и адаптивной настройки вычислительных ресурсов. Рассматривается структура организации web-инструментария распознавания образов с использованием концепции библиотеки алгоритмов. Даются алгоритмические решения распараллеливания алгоритмов обучения и распознавания на базе классических методов интеллектуального анализа данных, которые хорошо зарекомендовали себя на практике. К таким алгоритмам относятся методы прецедентов или методы, основанные на метриках близости. Они обладают большим потенциалом к распараллеливанию вычислительных процессов и разработке параллельных алгоритмов их реализации. Поиски путей повышения производительности вычислительной техники, особенно при реализации web-инструментария на основе ресурсоемких вычислительных алгоритмов машинного распознавания и прогнозирования, привели к решению создать grid-систему. Рассматриваемые в статье архитектура и реализация grid-системы предполагают распараллеливание и организацию распределенных вычислений на многомашинной основе с применением интернет-технологий, что позволяет получить практически те же вычислительные мощности, что и на многопроцессорных компьютерных системах, но с гораздо меньшей стоимостью. В статье решается задача повышения эффективности вычислительных ресурсов при возможности реконфигурирования структуры интернет-соединений, в том числе процедуры настройки структуры вычислительной сети, подключаемых каналов связи и выделенных серверов в зависимости от исходных алгоритмов и данных. Представлены зависимости параметров времени выполнения операций от дисциплины обслуживания, адаптирующей систему к запросам пользователей. При этом задачи ранжируются по ресурсоемкости и под них выделяются соответствующие их рангу вычислительные мощности.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►