Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2019 год.

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

11. Конструктивный метод обучения искусственных нейронных сетей со взвешенными коэффициентами [№1 за 2019 год]
Автор: Казаков М.А.
Просмотров: 5836
В работе предлагается конструктивный метод обучения искусственных нейронных сетей с различными параметрами коррекции для нейронов, добавленных на разных этапах обучения. Данный метод позволяет бороться с попаданием в локальный минимум и при этом контролировать масштаб нейронной сети. Предполагается, что различие в коэффициенте скорости обучения, при котором нейроны, добавленные на более поздних этапах обучения, корректируются интенсивнее нейронов, добавленных на ранних этапах, позволит эффективнее бороться с попаданием в локальный минимум. В работе приводятся статистические данные, полученные на примерах MNIST при помощи предлагаемого метода, стандартного метода градиентного спуска и конструктивного метода обучения. Для проведения численных экспериментов, позволяющих сравнивать рассматриваемые методы, была разработана программа на Python с использованием библиотек numpy и matplotlib. Нейронная сеть является сетью прямого распространения, где входы нейронов связаны со всеми выходами предыдущего слоя. Функция активации для всех нейронов представляет собой экспоненциальную сигмоиду. Обучение производилось методом обратного распространения ошибок. В качестве функции оценки использовалась сумма квадратов расстояний между выходными сигналами и эталонными значениями. В работе подробно описываются условия обучения и приводится график, иллюстрирующий динамику спада значения функции оценки для всех трех методов. Предполагается также, что предлагаемый метод позволит снизить влияние процесса обучения на новом классе данных на эффективность работы нейронной сети на классах, которым сеть обучалась на ранних этапах.

12. Формирование барьера безопасности на космическом аппарате при угрозе воздействия космического мусора методами нечеткой логики [№1 за 2019 год]
Авторы: Кемайкин В.К., Кожухин И.В.
Просмотров: 4762
В статье предложен алгоритм формирования барьера безопасности от воздействия космического мусора для автономного функционирования космического аппарата. Эффективность барьера безопасности зависит от показателей оперативности, экономичности и действенности (надежности) мер по защите, составляющих содержание барьера безопасности. В настоящее время барьер безопасности формируется из реализованных на борту космического аппарата мер с участием оператора в автоматизированном режиме. Для этого космический мусор должен быть своевременно обнаружен и время до прогнозируемого столкновения должно быть достаточным для выработки решения (порядка 28 часов). Тогда оператор может оценить и учесть важность параметров и сформировать адекватный барьер с учетом складывающейся обстановки. В иных случаях опасности столкновения с космическим мусором выполняется автоматический маневр уклонения, связанный с изменением параметров орбиты космического аппарата. В условиях автономного орбитального функционирования космического аппарата возникает задача оценки эффективности барьера безопасности, при которой учитывались бы условия обстановки, но его формирование проводилось на борту космического аппарата в автоматическом режиме реального времени. Разработанная база знаний важности параметров позволяет проводить оценку эффективности барьера безопасности с учетом складывающейся обстановки по каждому потенциально опасному (по критерию опасного сближения) объекту в цикле автоматического функционирования бортовой вычислительной машины управления. Требование автономности функционирования космического аппарата и парирования возможной угрозы от столкновения с космическим мусором основано на использовании теории нечетких множеств, в том числе принципа нечеткого слияния целей и ограничений. Исходные оценки эффективности барьера безопасности реализуют принцип гарантированного результата при равновесности критериев, по которым проводится оценка. В реальном времени уточняются оценки эффективности с учетом важности параметров барьера безопасности, которые представляются наборами правил из базы знаний по требуемым и существующим ограничениями по действенности (надежности), времени и расходу топлива на реализацию потенциальных барьеров безопасности. Полученные результаты показывают, что в реальных условиях обстановки эффективность потенциальных барьеров безопасности может изменяться с учетом важности параметров.

13. Унифицированное представление формул логик LTL и CTL системами рекурсивных уравнений [№1 за 2019 год]
Авторы: Кораблин Ю.П., Шипов А.А.
Просмотров: 6146
Для решения задачи верификации методом проверки на моделях Model Checking сегодня зачастую используются такие временные логики, как логика линейного времени LTL, логика ветвящегося времени CTL и логика CTL*, объединяющая возможности двух первых логик. Однако каждая из этих логик имеет свои недостатки, ограничения и проблемы выразительности, которые возникают ввиду их синтаксических и семантических особенностей. Именно поэтому на текущий момент не существует единой темпоральной логики. Авторы данной статьи убеждены, что использование специальных представлений, основанных на системах рекурсивных уравнений в отношении темпоральных логик, способно не только расширить их выразительную мощность, но и унифицировать синтаксические конструкции, позволив тем самым сформулировать некоторую общую и единую для всех логик нотацию. В статье предложена и рассмотрена специальная RTL-нотация, в основе которой лежат системы рекурсивных уравнений и привычные семантические определения логик LTL и CTL. Задача, которую призвана решить данная нотация, состоит в объединении выразительных возможностей обеих логик, что расширит выразительность каждой из них, а также в унификации их синтаксических конструкций, что даст возможность выработать единообразный подход к решению задачи верификации. Авторами дано подробное определение RTL-нотации, представлены соответствующие аксиомы и теоремы, приведен ряд примеров и утверждений, наглядно демонстрирующих выразительные возможности RTL. Целью статьи является демонстрация ключевых особенностей и возможностей RTL-нотации, которые в дальнейших работах авторов лягут в основу решения проблемы верификации моделей систем.

14. Разработка концепции миграции данных между реляционными и нереляционными системами БД [№1 за 2019 год]
Авторы: Королева Ю.А., Маслова В.О., Козлов В.К.
Просмотров: 4942
В данной работе исследуются реляционные и нереляционные подходы к построению, хранению и извлечению данных. В настоящее время все информационные и информационно-аналитические системы не обходятся без использования БД. Данные системы должны обрабатывать, читать, записывать определенные наборы данных, которые нужно упорядочивать, структурировать и хранить. Для многих компаний актуальной проблемой является выбор подходящих БД и системы управления, от которых в дальнейшем будут зависеть производительность, надежность, безопасность, особенности поддержки, разработки и другие характеристики работы. В одной информационной системе компании обычно применяются несколько моделей данных, это обосновано разноплановостью характера манипуляции используемых в непосредственной работе данных. Например, для задач, где необходимы полная консистентность данных и транзакционный контроль, используют реляционную БД, в то время как аналитические, агрегированные или метаданные могут храниться в БД NoSQL. Данное раз-деление зачастую необходимо для наиболее эффективного функционирования конечного продукта. В процессе работы были выявлены самые востребованные системы управления БД для обоих подходов к построению БД, проанализированы их особенности, достоинства и недостатки. На основании внутреннего устройства реляционных и нереляционных БД предложена схема преобразования данных из одной модели в другую как первый этап подготовки данных к прозрачной миграции между системами. Теоретической основой исследований являются отечественные и зарубежные публикации на тему моделей данных, а также компьютерных технологий.

15. Алгоритмическое и программное обеспечение когнитивного агента на основе методологии Д. Пойа [№1 за 2019 год]
Авторы: Курбатов С.С., Фоминых И.Б., Воробьев А.Б.
Просмотров: 9031
В статье описывается оригинальный подход к созданию интегральной системы решения задач. Система (когнитив-ный агент) предполагает тесную интеграцию этапов лингвистической обработки, онтологического представления зада-чи, эвристически-ориентированного решения и концептуальной визуализации. Концепция системы базируется на мето-дологии Пойа, но в трактовке алгоритмического и программного воплощения. Система реализована в макетном вариан-те и протестирована в предметной области «школьная геометрия». Лингвистическая составляющая системы использует метод получения канонического описания задачи путем пере-фразирования и отображения в семантическую структуру. Автоматический поиск решения основан на выполнении правил, отражающих аксиоматику соответствующих пред-метных областей. Выбор правил при поиске решения определяется эвристиками, представленными в онтологии. Эври-стики оформлены как структуры семантической сети, что позволяет организовать многоаспектный поиск подходящего правила, а также обоснование выбора в виде естественно-языкового комментария. Концептуальная (когнитивная) визуализация обеспечивает наглядное отображение решения путем интерпретации текстового файла, содержащего информацию для вывода графических объектов, а также комментарии о процессе реше-ния. Комментарии включают естественно-языковое описание правил (аксиом, теорем), эвристические и эмпирические обоснования их выбора, а также ссылки на визуализируемые объекты. Проведены эксперименты, демонстрирующие возможности визуализации как чертежей задач, так и фрагментов он-тологии, фраз естественного языка, формул математики, в том числе формальной логики. Онтология реализована в про-граммной среде СУБД Progress. Программы визуализации реализованы на JavaScript с использованием JSXGraph и MathJax. Реализация обеспечивает возможность пошагового просмотра решения в различных направлениях с динамиче-ским изменением чертежа и соответствующих комментариев. Разнообразная модификация пользователем чертежа с со-хранением условий задачи позволяет эмпирически продемонстрировать корректность условий.

16. Разработка программно-аппаратного комплекса для удаленной диагностики наземных транспортных средств по каналу GSM [№1 за 2019 год]
Авторы: Лавыгин Д.С., Левщанов В.В., Фомин А.Н.
Просмотров: 5423
В статье описана структура программно-аппаратного комплекса для удаленной диагностики наземных транспортных средств с использованием канала связи GSM. Актуальность разработки данного устройства обусловлена потребностью в оперативном контроле и статистической обработке большого объема диагностической информации. Появление единого стандарта в начале 2000-х годов позволило охватить универсальными средствами диагностики основное количество транспортных средств, не углубляясь в конструктивные особенности каждого из них. В работе показаны базовая схема взаимодействия элементов программно-аппаратного комплекса и структурная схема аппаратной части диагностического адаптера. Конструктивно диагностический адаптер состоит из нескольких модулей, управляемых с помощью двух микроконтроллеров семейства STM32 фирмы STMicroelectronics. Один из них выполняет функции контроллера автомобильных интерфейсов и обеспечивает физический обмен данными с электронными автомобилями. Функции второго контроллера заключаются в обработке и передаче данных на удаленный сервер. При этом осуществляется привязка получаемых диагностических данных к географическому положению транспортного средства, вычисляемого с помощью встроенного в адаптер модуля GPS, что позволяет выявить взаимосвязь между условиями эксплуатации и количеством возникающих неисправностей. Представлена подробная схема программного взаимодействия аппаратных и программных компонентов комплекса, а также описаны принципы взаимодействия между диагностическим адаптером, установленным на транспортном средстве, и удаленным сервером, предназначенным для сбора, хранения и обработки диагностической информации. Программная реализация серверной составляющей комплекса включает в себя два модуля, объединенных общей БД. Задача одного из модулей – обеспечение пользовательского веб-интерфейса. Второй модуль реализует диагностические алгоритмы.

17. Разработка удаленного клиента для автоматизированной передачи данных в UNIX-подобных системах [№1 за 2019 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 4793
Cтатья посвящена разработке аппаратно-программного модуля для UNIX-подобных систем, который получил название RCM (англ. Remote client management, рус. удаленный клиент для управления). Он предназначен для передачи данных между модулями аппаратно-программного комплекса Protection. Его основными возможностями являются скоростная обработка данных и защита от DDoS-атак на основе нейронных сетей. В работе рассмотрена проблема обработки данных ПО и обоснована необходимость проведения математического анализа для выявления новых способов самообучения нейронных сетей. Представлены разработанные самообучаемые нейронные сети, необходимые для передачи данных и защиты от DDoS-атак. Разработан новый метод самообучения нейронной сети, основанный на объединении сигнального и дифференциального способов обучения. Это дает возможность нейронной сети быстро обучаться в короткие сроки. Функционал разработанного удаленного клиента позволяет управлять данным модулем как через веб-интерфейс, так и через консольный режим. Проведено тестирование разработанного ПО в условиях «боевого» режима, в результате которого были получены нагрузочные значения на ресурсы ЭВМ. Длительное тестирование RCM показывает достаточно низкую нагрузку на цен-тральный процессор и твердотельный накопитель при DDoS-атаках. Соответственно, оптимальная нагрузка позволяет не только обрабатывать большие потоки информации, но и параллельно запускать ресурсоемкие вычислительные процессы без какого-либо нарушения функционирования операционной системы. Тестирование проводилось на серверах вычислительного кластера в одном из московских центров обработки данных, где RCM показал стабильную работоспособность.

18. Компьютерное моделирование физических взаимодействий технических поверхностей на микроуровне [№1 за 2019 год]
Авторы: Рачишкин А.А., Болотов А.Н., Сутягин О.В.
Просмотров: 4542
В статье представлена архитектура программного средства для моделирования физических взаимодействий технических поверхностей на микроуровне, описываются общие принципы построения системы и проводится анализ не-скольких смоделированных физических процессов. Рассматривается контактное взаимодействие шероховатых поверхностей, в том числе и имеющих функциональное покрытие. Рассчитываются фрикционные параметры при различных условиях эксплуатации и термическое сопротивление микрошероховатых стыков различных деталей машин. Гибкий алгоритм программы и независимый сегментированный математический аппарат разработаны для оптимальной реализации расчетов моделируемых процессов численными методами. Входные данные основываются на микрогеометрических и физико-механических свойствах реальных поверхностей, что позволяет точно настраивать модель, учитывая большинство свойств, характеризующих технические поверхности. Создание программного средства для моделирования контактного взаимодействия технических поверхностей позволяет облегчить решение прикладных инженерных задач и уменьшает количество необходимых ресурсов для проведения научных исследований. Структурно программа разделена на отдельные модули. Формулирование общих принципов разработки каждого модуля эффективно при горизонтальном расширении системы моделирования физических взаимодействий. Такой под-ход позволяет оптимизировать количество входных и выходных параметров, настраивать только необходимые процессы моделирования и привносит возможность добавлять и изменять существующие алгоритмы. Модульная структура оптимизирует процесс разработки и модернизации программного приложения. Возможность удалять и модифицировать отдельные элементы программы, не затрагивая общую структуру, позволяет эффективно решать широкий спектр инженерных задач. В статье приведены примеры работы модулей контактного и фрикционного взаимодействий, а также моделирования термического сопротивления стыков. Общая алгоритмическая логика выполнения и наследуемые данные топографии поверхности позволяют максимально приближенно моделировать данные физические процессы.

19. Гибкость использования в MatLab входных и выходных параметров стандартных и нестандартных функций [№1 за 2019 год]
Автор: Ревинская О.Г.
Просмотров: 8103
На основе анализа публикаций в статье вскрыто противоречие между осознанием широты и гибкости использования входных и выходных параметров стандартных функций и ощущением жесткой предопределенности при описании и использовании аналогичных параметров нестандартных функций MatLab. Это противоречие было разрешено путем детального анализа возможностей, предоставляемых MatLab (в том числе его последними версиями), для того, чтобы параметры функции при ее вызове интерпретировались как обязательные или необязательные, позиционированные или непозиционированные, типизированные или нетипизированные и т.д. Это разнообразие свойств входных и выходных параметров как раз и обеспечивает гибкость применения стандартных функций MatLab. Показано, что по умолчанию MatLab контролирует только формальное превышение количества параметров, использованных при вызове функции (стандартной, нестандартной), над количеством соответствующих параметров, ука-занных при ее описании. Чтобы параметры нестандартной функции обладали определенными свойствами, необходимо специальным образом организовать программный код тела функции: проверить, сколько параметров указано при фактическом вызове функции, информация какого типа поступает в функцию и из нее через параметры; проанализировать, какие из необязательных параметров заданы, а какие нет, и т.д. Такая организация тела функции долгое время оставалась весьма трудоемкой. Поэтому в последних версиях MatLab появились и совершенствуются стандартные функции, автоматизирующие отдельные из выполняемых при этом операций. Таким образом, в статье систематизирован комплекс мер, позволяющих обеспечить параметрам нестандартной функции такую же широту и гибкость использования, как у параметров стандартных функций MatLab. На основе личного опыта прикладного программирования и преподавания MatLab автором подобраны простые примеры, детально иллюстрирующие способы написания нестандартных функций с параметрами, обладающими соответствующими свойствами.

20. Моделирование передачи сообщений между движущимися объектами в транспортной среде [№1 за 2019 год]
Авторы: Рудометов С.В., Соколова О.Д.
Просмотров: 4505
В последние годы проводится множество исследований в области развития беспроводных сетей, связывающих транспортные средства. Для связи автомобилей друг с другом, а также для их соединения с придорожным оборудованием используются беспроводные сети, разработанные по принципу мобильных самоорганизующихся сетей, – Vehicular Ad Hoc Network (VANET). В статье рассматривается моделирование движения на участке транспортной сети и передачи сообщений от одного узла, расположенного на движущемся объекте, другим узлам. Для проведения имитационного моделирования движения транспортных средств и распространения сообщений использовалась система имитационного моделирования Manufacturing and Transportation Simulation System (MTSS), ранее разработанная одним из авторов статьи. Система MTSS позволяет визуально строить имитационные модели технологических систем и проводить различные имитацион-ные эксперименты с этими моделями. В статье описывается моделирование с помощью MTSS сети передачи данных, которая состоит из приемопередающих устройств, установленных на движущихся объектах (автомобилях) или на стационарных объектах, расположенных вдоль трассы. Исследуется передача данных в этой сети – распространение сообщений между автомобилями (например, сообщение о чрезвычайной ситуации). Рассмотрены два варианта участка транспортной сети – прямолинейный (шоссе) и участок в виде квадрата с перекрестками дорог. Приведены данные экспериментов, показывающие, что на прямолинейном участке роль интерференции при передаче сообщения не столь значительна, как на участке с перекрестками дорог.

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