Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2018 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Использование метода математического моделирования для оценки влияния смачиваемости пород на нефтеотдачу на примере внутрипластового горения [№3 за 2018 год]
Авторы: Афанаскин И.В., Королев А.В., Юдин В.А.
Просмотров: 4501
В статье рассмотрена значимость одной из проблем корректного численного моделирования тепловых методов добычи нефти – изменение смачиваемости пород при нагреве. При тепловых воздействиях температура пласта может на 100–500 ºС превосходить начальную, и за счет создания такого искусственного поля температур смачиваемость пласта изменяется как в пространстве, так и во времени. Это может кардинально изменить характер фильтрации флюидов и результативность теплового воздействия. Для изучения температурного изменения смачиваемости необходимы достаточно сложные эксперименты, осуществляемые с учетом температурного изменения большого числа влияющих на смачиваемость процессов. До постановки таких сложных работ необходимо оценить значимость этого фактора для прогноза добычи при использовании тепловых методов разработки. Влияние температурного изменения смачиваемости учитывали через изменение характерных точек на кривых относительных фазовых проницаемостей. Авторами была рассмотрена задача многофазной многокомпонентной неизотермической фильтрации с химическими реакциями, в которой учитывается зависимость относительных фазовых проницаемостей от температуры. Для решения возникающей системы уравнений предложена оригинальная, неявная по давлению и явная по температуре и концентрациям конечно-разностная схема. Показано, что при моделировании внутрипластового горения пренебрежение изменениями смачиваемости, которые обусловлены созданием в пласте поля температур, переменного по пространству и времени, может приводить к значительным погрешностям в прогнозе накопленной добычи нефти (до 20 % относ.) и времени прорыва кислорода к добывающей скважине (до 10 % относ.). Для учета этого эффекта необходимо экспериментальное изучение изменений смачиваемости (и относительных фазовых проницаемостей) при повышении температуры породы.

12. Исследование сжатия растровых изображений с использованием искусственных нейронных сетей [№3 за 2018 год]
Авторы: Генов А.А., Русаков К.Д., Моисеев А.А., Осипов В.В.
Просмотров: 10532
Современные темпы роста объемов информации, хранящихся на жестких дисках, передаваемых по сети Интернет и локальным сетям предприятий, обусловили актуальность задачи сжатия, передачи и хранения данных. Большая часть передаваемых по сети данных представлена в виде мультимедийного контента. Сегодня все более популярными становятся алгоритмы сжатия визуальной информации, основанные на нейросетевом аппарате. В отличие от классических алгоритмов, основанных на устранении избыточности, данные алгоритмы базируются на искусственных нейронных сетях. Направление актуально в связи с развитием математических алгоритмов обучения сети, что в дальнейшем позволит улучшить существующие методы сжатия. Проведенный анализ публикаций показал, что в настоящее время конкретная информация о влиянии архитектуры искусственной нейронной сети на процесс обучения и качество их работы на реальном мультимедийном контенте отсутствует. Актуальна задача выбора топологии сети, наиболее подходящей для сжатия визуальной информации. Целью авторов статьи является описание возможностей одного из типов искусственных нейронных сетей – многослойного персептрона – в области сжатия и восстановления изображений произвольного вида. Рассматриваются топологии искусственных нейронных сетей и алгоритмы их обучения, анализируется эффективность работы этих сетей. Описывается архитектура бутылочного горлышка, наиболее часто используемая при решении задачи сжатия и восстановления изображений. Приводится один из способов кодирования и декодирования данных, полученных при работе сетей. В статье описывается проведенный вычислительный эксперимент, приведены полученные результаты. Результаты показали, что использование многослойного персептрона с входным вектором свыше восьми значений менее эффективно. В итоге предложена наиболее подходящая архитектура сети, которую можно использовать на практике.

13. Методы разработки драйверов графической подсистемы [№3 за 2018 год]
Авторы: Ефремов И.А., Мамросенко К.А., Решетников В.Н.
Просмотров: 9103
В статье описаны проблемы разработки ПО для задач взаимодействия систем на кристалле и ОС Linux. Архитектурой ОС предусмотрено создание драйвера – компонента, обеспечивающего прием и передачу данных устройства с использованием программного интерфейса. Разработка драйверов для ОС с открытым исходным кодом затрудняется из-за непрерывных изменений функций и структуры ядра. Описаны структура и составные части графической подсистемы, представляющей собой набор компонентов, находящихся в разных адресных пространствах доступа виртуальной памяти ОС и взаимодействующих между собой, в том числе посредством интерфейса системных вызовов. Программирование графического ядра выполняется при помощи заполнения буфера команд: для каждого приложения создается контекст графического ядра, содержащий свой командный буфер и все необходимые данные, используемые графическим ядром для отрисовки/расчетов, – координаты, векторы нормали, цвета, текстуры. Существуют несколько подходов к установке графического режима, однако наиболее оправданным решением является применение модуля KMS (Kernel Mode Setting), который используется ключевыми производителями микропроцессоров и графических карт. Для полной реализации возможностей графического ядра необходимо обеспечить взаимодействие модулей ядра ОС и пространства пользователя посредством создания собственных системных вызовов, регламентирующих низкоуровневую работу с устройством. Применение платформ прототипирования на основе FPGA-матриц позволяет проверить работоспособность ПО, получить некоторые характеристики производительности и выявить ошибки в системе на кристалле на ранних стадиях проектирования. Отладка модулей ядра занимает значительное время в силу ограничений, накладываемых со стороны как платформы для прототипирования, так и ОС. Кроме того, ошибки, возникающие в коде ядра, трудновоспроизводимы, что также затрудняет отладку модулей ядра. В статье рассмотрены подходы к реализации KMS-модуля и компонентов графической подсистемы ОС Linux, которые позволяют обеспечить корректное взаимодействие ОС и контроллера вывода на экран системы на кристалле.

14. Модели сопровождения информационных систем предприятия по этапам жизненного цикла [№3 за 2018 год]
Автор: Лисецкий Ю.М.
Просмотров: 9501
В статье рассмотрено предприятие как сложная организационная система, для эффективного функционирования которой необходима современная информационная система управления, позволяющая осуществлять сбор, хранение и обработку информации для повышения степени обоснованности и своевременности принимаемых решений. Решение этой задачи возможно на основе комплексной автоматизации управления всеми производственными и технологическими процессами предприятия, а также необходимыми ресурсами. Показано, что формирование описания информационной системы предприятия осуществляется с помощью модели жизненного цикла, которая определяет порядок выполнения этапов разработки, а также критерии перехода от этапа к этапу. Под моделью жизненного цикла информационной системы понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязь процессов, действий и задач в течение жизненного цикла. Структура жизненного цикла информационной системы базируется на трех группах процессов: основных (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение), вспомогательных (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем) и организационных (создание инфраструктуры проекта, управление проектом, определение, оценка и улучшение самого жизненного цикла, обучение). Приведены наиболее распространенные модели жизненного цикла: каскадная (водопадная), модель итеративной и инкрементальной разработки (поэтапная модель с промежуточным контролем) и спиральная. Показано, что в процессе исследований и проектирования информационная система предприятия выступает пассивной категорией, процесс функционирования которой может быть описан моделями сопровождения по этапам жизненного цикла: моделью строения, моделью функционирования и моделью развития. Разработка этой тройки моделей является также дополнительным информационным фактором, позволяющим осуществлять структуризацию процесса создания и функционирования информационной системы предприятия.

15. Моделирование восприятия мозгом анаграммно искаженного текста [№3 за 2018 год]
Автор: Усманов З.Д.
Просмотров: 6339
Объектом исследования являются тексты естественных языков, слова которых обессмыслены случайными перестановками букв. Рассматривается способность человеческого мозга безошибочно распознавать смысл непривычной продукции. В статье предлагается математическая модель объяснения того, каким образом мозг справляется с решением этой задачи в случаях, когда a) первая, б) последняя, в) первая и последняя буквы слова остаются на своих местах, а все прочие переставляются произвольным образом, и, наконец, в самом общем случае г), когда ни одна буква слова не фиксируется и все они в пределах слова могут располагаться в любом порядке. Объяснение основывается на понятии в широком смысле анаграммы слова как совокупности его букв, расставленных в какой-либо последовательности, а также на понятии прообраза анаграммы, в роли которой выступает само слово. В упрощенной математической модели предполагается, что мозг воспринимает каждую анаграмму изолированно; распознает ее правильно, если ей соответствует единственный прообраз, а если таких прообразов несколько, то автоматически останавливает свой выбор на том из них, который имеет наибольшую частоту встречаемости в текстах. Приемлемость такой модели проверялась на английском, литовском, русском и таджикском языках, а также на искусственном языке эсперанто. Для всех языков эффективность безошибочного распознавания искаженного текста оказывалась приблизительно одинаковой, на уровне 97–98 %. При необходимости достижения более высоких показателей можно обратиться к расширенной модели, в которой мозг учитывает пары, а возможно, и тройки соседствующих буквенных совокупностей.

16. Моделирование нанопористых структур кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей [№3 за 2018 год]
Авторы: Лебедев И.В., Тыртышников А.Ю., Иванов С.И., Меньшутина Н.В.
Просмотров: 6326
Данная работа посвящена исследованию и моделированию структуры кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей. Были проведены экспериментальные исследования получения гибридных кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей, в основе которых варьирование условий их получения (соотношение реагентов, количество растворителя и т.д.). В качестве структурных характеристик были выбраны следующие параметры: удельная площадь поверхности и распределение пор по размерам. Генерация структур, соответствующих реальным, открывает возможности для моделирования различных свойств аэрогелей in silico, что, в свою очередь, позволяет экономить ресурсы на проведении дорогостоящих экспериментов. В ходе выполнения работы изучены существующие методы генерации пористых структур кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей. Для моделирования структур таких аэрогелей выбран метод Diffusion-Limited Cluster Aggregation (DLCA). Были проведены вычислительные эксперименты по генерации модельных структур и их сравнение с экспериментальными по выбранным критериям (распределение пор по размерам и удельная площадь поверхности). Результаты, полученные в процессе вычислительных экспериментов, показали хорошую сходимость между экспериментальными и моделируемыми структурами гибридных кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей. Для реализации данного метода был разработан алгоритм, написанный на языке программирования C# в среде разработки Microsoft Visual Studio. Для функционирования созданного ПО необходимы операционная система Microsoft Windows 7 и выше и не менее 2 Гб ОЗУ. В статье приведены результаты вычислительных экспериментов и алгоритм генерации структур кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей. Разработанное ПО позволяет получать реальные структуры кремний-резорцинол-формальдегидных аэрогелей с заданными структурными характеристиками.

17. Моделирование транспортных потоков в среде AnyLogic [№3 за 2018 год]
Авторы: Шамлицкий Я.И., Охота А.С., Мироненко С.Н.
Просмотров: 10591
В статье предложена методика моделирования транспортных потоков в среде моделирования. Была поставлена цель смоделировать участок дорожной сети г. Красноярска, для достижения которой необходимо решить две задачи: собрать данные по интенсивности транспортного потока на участке и разработать имитационную модель перекрестка. Для их решения выбрана среда моделирования AnyLogic. При проведения эксперимента по моделированию необходимы входные параметры, в данной ситуации – интенсивность прибытия транспортных средств и распределение автомобилей по направлению. Разработанная имитационная модель состоит из элементов дорожной сети, системы генерации агентов модели, блоков логики движения транспортных средств, элементов управления параметрами модели, модуля сбора статистики параметров агентов. В режиме исполнения модели отображается анимация, представляющая собой двухмерный план моделируемой системы с движущимися по ней транспортными средствами. Также есть функционал для переключения между двухмерным и трехмерным планами системы. В статистических данных учитываются время прохождения автомобилем участка дорожной сети, а также общая пропускная способность перекрестка. Методика проведения эксперимента представляет собой предварительную настройку имитационной модели на среднюю пропускную способность перекрестка (обычно этот момент наступает после того, как количество автомобилей, вышедших из модели с помощью компонента Sink, достигнет значения 20 тыс. и более), далее, изменяя время работы светофоров, запускается поочередно имитационная модель. По окончании серии прогонов выполняется расчет разности средних задержек жесткого и адаптивного регулирования, строятся графики, делаются выводы. В результате получается имитационная модель с методикой проведения эксперимента, которая может быть полезна при определении максимальной пропускной способности транспортных пересечений, планировании дорожной инфраструктуры и т.д.

18. Модель группировки радиоэлектронных систем для оценки временных показателей надежности [№3 за 2018 год]
Авторы: Игнатьев С.В., Плакса Ю.А., Красников А.В., Дрожжин А.В.
Просмотров: 4361
Эффективное применение комплексов специального назначения, основу которых составляют радиоэлектронные системы, предполагает выбор оптимальных методов эксплуатации, организации и проведения технического обслуживания, войскового ремонта и снабжения комплексов запасными инструментами и принадлежностями с целью обеспечения высокой степени готовности этих комплексов к применению по предназначению. Для этого создана система технической эксплуатации, эффективность функционирования которой зависит от взаимного расположения радиоэлектронных систем на местности. Основные положения работы связаны с построением модели группировки радиоэлектронных систем, которая является основой для разработки инструментальной среды, с учетом пространственного расположения элементов группировки и временных соотношений между ними. Построение модели группировки выполняется в два этапа. Первый этапа заключается в построении модели транспортной сети местности, которая представляет собой совокупность графа и матрицы достижимости. Такое представление позволяет получить все возможные маршруты между элементами транспортной сети. На втором этапе осуществляется описание группировки радиоэлектронных систем путем выделения на графе транспортной сети вершин особого типа, в которых размещаются элементы группировки радиоэлектронных систем. Далее производится построение пространственно-временной модели группировки радиоэлектронных систем, представляющей собой совокупность графа и подматриц достижимостей, где каждому маршруту между элементами группировки ставится в соответствие временной показатель (время движения по маршруту). Пространственно-временная модель группировки, программно реализованная на языке С#, позволяет рассчитать временные показатели надежности с учетом влияния различных факторов и оценить степень их влияния на коэффициент готовности.

19. Мультиагентное моделирование процессов распространения массовых эпидемий с использованием суперкомпьютеров [№3 за 2018 год]
Автор: Лапшина С.Ю.
Просмотров: 5903
В статье рассматривается возможность использования современных суперкомпьютеров при решении ресурсоемких задач мультиагентного моделирования процессов распространения массовых эпидемий на основе теории роста перколяционных кластеров. Мультиагентная перколяционная модель в задачах определения карантинных зон при распространении эпидемий предполагает формирование решетки взаимодействия представителей популяции, моделирование среды распространения заболевания, сбор информации о численности населения, реализацию параллельного алгоритма многократной маркировки перколяционных кластеров с механизмом линковки меток, визуализацию полученных результатов. Описываются усовершенствованный для применения на многопроцессорной системе вариант алгоритма многократной маркировки перколяционных кластеров Хошена–Копельмана, а также действующий прототип его реализации, разработанный в МСЦ РАН. Данный алгоритм может быть использован в любой области в качестве инструмента дифференцирования кластеров решетки большого размера, так как ему на вход подаются данные в не зависимом от приложения формате. Демонстрируется возможность выявления зависимостей латентных периодов распространения эпидемий от вероятности инфицирования агрегатов популяционных представителей и формирования пороговых значений перехода локальных эпидемий в крупномасштабные пандемии. Задав латентный период, вероятность инфицирования и очаг заражения, можно определить круг городов, где можно ожидать инфицирование. Эта информация используется для определения радиуса карантинной зоны. Если в некотором городе обнаружен очаг заболевания и латентный период уже закончился, то с помощью данного инструмента определяется зона, которую нужно изолировать от внешнего мира. В работе приводятся оценки времени выполнения алгоритма многократной маркировки перколяционных кластеров Хошена–Копельмана при различных значениях входных параметров на двух высокопроизводительных вычислительных системах, установленных в МСЦ РАН, – МВС-100К и МВС-10П.

20. Нейросетевой метод обнаружения вредоносных программ на платформе Android [№3 за 2018 год]
Авторы: Татарникова Т.М., Журавлев А.М.
Просмотров: 5564
Непрерывный рост числа вредоносных программ, нацеленных на операционную систему Android, делает актуальной задачу их обнаружения. Отсутствие централизованного механизма распространения приложений и недостаточная эффективность существующих решений усугубляют проблему. Экспериментально показана недостаточная эффективность существующих механизмов обнаружения вредоносных программ операционной системы Android. Необходимость автоматизированного решения, позволяющего повысить вероятность обнаружения вредоносных программ операционной системы Android, в том числе ранее неизвестных, модифицированных и обфусцированных версий уже известных программ, определила цель исследования. В работе применялись методы классификации нейронных сетей, статического анализа кода и анализа поведения программы в виртуальной среде. Новизна предлагаемого решения состоит в использовании классификационных признаков, полученных как статическим анализом кода, так и анализом поведения программы на виртуальном устройстве. Предложенный подход устраняет недостатки существующих решений рассматриваемой проблемы. Экспериментально доказана способность предложенного решения обнаруживать вредоносные программы, не использовавшиеся в обучении нейронной сети, а также обфусцированные экземпляры. Практическая значимость предлагаемого решения заключается в его применении для построения систем обнаружения вредоносных программ операционной системы Android, которую можно использовать в магазине приложений Android.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | Следующая → ►