Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 2 за 2014 год.

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

21. Квантовые вычисления в проектировании робастной интеллектуальной системы управления избыточным роботом-манипулятором c семью степенями свободы [№2 за 2014 год]
Авторы: Николаева А.В., Бархатова И.А., Ульянов С.В.
Просмотров: 10382
Рассматриваются проблемы проектирования интеллектуальных систем управления с применением технологий мягких и квантовых вычислений на примере сложного объекта управления – робота-манипулятора с семью степенями свободы. Предложена стратегия самоорганизации БЗ нечетких однотипных регуляторов с применением технологий квантовых вычислений. Применение интеллектуальных вычислений и квантового алгоритма самоорганизации БЗ позволяет достичь цели управления в непредвиденных ситуациях за счет повышения уровня робастности интеллектуальной системы управления в проблемно-ориентированной области. Важным результатом проектирования интеллектуальных систем управления является показанная возможность реализации квантовых алгоритмов и квантовых вычислений на типовом (а не на гибридном квантовом) процессоре в стандартной конфигурации аппаратной поддержки робота-манипулятора как объекта эксперимента. Описание на квантовом языке постановок многих классических (слабоструктурированных) инженерных задач (труднорешаемых на языке классической логики) позволяет найти их эффективное решение. Положительный результат применения технологий мягких интеллектуальных вычислений совместно с аппаратом квантовых вычислений привел к новому альтернативному подходу – применению технологии квантовых интеллектуальных вычислений в задачах оптимизации процессов управления. В данной работе демонстрируется эффективность спроектированных интеллектуальных систем управления с применением технологий мягких и квантовых вычислений. Для оценки работы систем управления вводится система критериев качества, адаптированная для рассматриваемого объекта управления – робота-манипулятора с семью степенями свободы в зависимости от требуемых точностных характеристик работы. Особое внимание уделено поведению робота-манипулятора под управлением предлагаемых интеллектуальных систем управления в критических непредвиденных ситуациях, связанных с возмущениями во внутренних узлах сложного объекта управления.

22. Система метамониторинга высокопроизводительных вычислительных сред [№2 за 2014 год]
Авторы: Опарин Г.А., Новопашин А.П., Сидоров И.А., Скоров В.В.
Просмотров: 8837
В работе рассматривается подход к созданию системы метамониторинга высокопроизводительной вычислительной среды, ориентированной на решение ресурсоемких вычислительных задач и состоящей из множества разнородных программно-аппаратных ресурсов. Основное назначение такой системы заключается в обеспечении оператора вычислительной среды актуальной информацией о загрузке ресурсов, физическом состоянии вычислительного оборудования и устройств инженерной инфраструктуры. Главной отличительной особенностью и аспектом новизны разработанной системы мета-мониторинга является использование универсальных программных агентов, способных осуществлять сбор данных от локальных систем мониторинга различных компонентов среды, унифицировать и анализировать эти данные, а также при необходимости вырабатывать и исполнять в автоматическом режиме управляющие воздействия, направленные на изменение режимов работы оборудования, в том числе его отключение при возникновении аварийных ситуаций. Агенты системы мониторинга объединены в иерархическую структуру, гарантирующую высокую масштабируемость системы. В составе каждого агента системы метамониторинга реализованы подсистема сбора данных, подсистема взаимодействия с СУБД, экспертная и управляющая подсистемы. При реализации системы метамониторинга использованы современные веб -технологии, мультиагентные технологии, методы создания экспертных систем, методы децентрализованной обработки и распределенного хранения данных. Разработанная система метамониторинга успешно апробирована в суперкомпьютерном центре ИДСТУ СО РАН.

23. Методика определения показателей качества обнаружения радиолокационных станций [№2 за 2014 год]
Авторы: Платонов А.Ю., Помазуев О.Н., Миронов А.М., Абу-Абед Ф.Н., Рюмшин А.Р.
Просмотров: 14546
В настоящее время из-за широкого использования технологий снижения заметности излучаемый радиолокационный сигнал существенно отражается и поглощается. Таким образом, значительно уменьшается мощность поступающего на вход приемного устройства РЛС отраженного сигнала, что затрудняет обнаружение самолета либо другого объекта, выполненного по подобной технологии. В этих условиях сложно оценить показатели качества обнаружения малозаметных и малоразмерных целей. Во многих случаях амплитуда и фаза сигналов РЛС являются случайными неизвестными параметрами. В условиях достаточно быстрых по отношению к тактовой частоте сигналов флуктуаций амплитуды и фазы, когда отсутствует возможность определения их значений по результатам предварительного статистического оценивания на предыдущих интервалах, часто используют модели сигналов. В работе предложена методика, позволяющая определять показатели качества обнаружения РЛС для широкого класса моделей сигналов, в том числе малозаметных и малоразмерных целей, в условиях стационарных гауссовских, шумовых импульсных помех, а также в беспомеховой обстановке. Методика использует полученные аналитические выражения и аппроксимации распределений рядом Грама–Шарлье в приближении Эджворта. Значение порога обнаружения для заданных вероятностей ложной тревоги определяется методом Ньютона, что позволяет повысить точность и упростить вычисления. Получены оценки показателей качества обнаружения в рассматриваемых условиях. Разработанная методика и полученные оценки могут быть использованы для определения показателей качества систем более высокого иерархического уровня, например показателей вторичной обработки сигналов, вероятности обнаружения (захвата) сигнала в зоне поиска.

24. Программно-реализуемый метод межканальной градиентной реконструкции цветных цифровых изображений [№2 за 2014 год]
Авторы: Самойлин Е.А., Шипко В.В.
Просмотров: 6404
В статье рассмотрен метод реконструкции сбойных элементов цветного цифрового изображения за счет межканальной избыточности. Известны векторные медианные фильтры, показывающие свое преимущество по сравнению с покомпонентной обработкой цветных изображений, которые учитывают межканальную корреляцию значений сигналов каждой компоненты. Такие медианные фильтры не в состоянии всегда достоверно восстанавливать значение потерянного сигнала вследствие своей ограниченности только выборкой элементов апертуры, а также при подавляющем количестве сбойных элементов в апертуре. Между тем возникающая при переходе к цветным изображениям избыточность открывает новые возможности по восстановлению потерянных вследствие воздействия помех значений сигналов изображений. В частности, в случае искажения яркости элемента изображения в одном из каналов можно оценить ее значение по амплитуде яркости соответствующих элементов других каналов. Основой метода является допущение о том, что локальные градиенты (разность центрального элемента апертуры фильтра с элементами его окрестности) в плоскости каждой компоненты приблизительно равны. Как показали исследования, данное допущение справедливо для многих реальных цветных цифровых изображений. Приведены результаты моделирования, показывающие превосходство межкомпонентной градиентной реконструкции над медианной фильтрацией в точности восстановления потерянных или искаженных элементов компонент цветного изображения. Использование метода подавления импульсных помех по межканальным градиентам позволяет получить более высокую точность восстановления потерянных сигналов, чем медианная фильтрация, за счет меньшего искажения полезных границ областей и перепадов яркости. Кроме того, применение медианного фильтра после предложенных процедур помехоподавления заметно повышает качество восстановления искаженного изображения. Показана эффективность представленного метода на примере обработки реального цветного цифрового изображения. Результаты исследования демонстрируют возможность реконструкции помеховых сигналов цветных цифровых изображений по локальным градиентам соседних каналов. Предлагаемый метод подразумевает программную реализацию и может использоваться в различных компьютерных системах и самостоятельных программных модулях для обработки цветных цифровых изображений.

25. О некоторых обратных спектральных задачах для произвольного возмущения бигармонического оператора с сингулярными коэффициентами [№2 за 2014 год]
Автор: Серов В.С.
Просмотров: 5651
Рассматривается классическая обратная граничная спектральная задача для произвольного возмущения бигармонического оператора с сингулярными коэффициентами из некоторых пространств Соболева. Задача формулируется следующим образом: определяют ли однозначно собственные значения задачи Дирихле и некоторые производные соответствующих нормированных собственных функций на границе гладкой ограниченной области коэффициенты этого оператора? Доказано (как первый шаг в решении этой проблемы), что собственные значения задачи Дирихле и производные до второго порядка нормированных собственных функций на границе однозначно определяют так называемое преобразование от Дирихле к Нейману, которое соответствует самосопряженному расширению по Фридрихсу произвольного возмущения бигармонического оператора с сингулярными коэффициентами. Главную роль в этом доказательстве играет существование функции Грина и ее оценки вплоть до границы области. Эти факты позволят нам доказать классическую теорему Борга-Левинсона для операторов четвертого порядка такого типа.

26. Математическая модель оценки стоимости основных этапов жизненного цикла корабля с использованием систем информационной поддержки [№2 за 2014 год]
Автор: Третьяков О.В.
Просмотров: 12612
При создании кораблей важнейшую роль играет процесс программирования эксплуатации, поскольку именно для этого этапа проводятся все мероприятия на этапах проектирования и строительства. Вместе с проектированием будущих процессов эксплуатации формируется их стоимость и в бюджете планируются различные виды ресурсов. Ошибки в прогнозировании ресурсов впоследствии могут привести к нехватке средств на поддержание корабля в за-данной степени готовности и к снижению боевого потенциала флота. Традиционные методики расчета стоимости отдельных этапов жизненного цикла корабля основаны на статистических зависимостях. Такой подход требует периодического обновления методик, корректировки данных по результатам создания и эксплуатации кораблей, что не всегда возможно, особенно при отсутствии опыта эксплуатации новых кораблей. Кроме того, оценить с допустимой погрешностью влияние принимаемых при создании корабля инновационных решений на стоимость его эксплуатации с помощью таких методик весьма затруднительно. В настоящей статье описана математическая модель оценки стоимости жизненного цикла корабля, разработанная на основе применения метода функционально-стоимостного анализа. Предлагаемый подход позволяет не только оценить стоимость корабля через стоимость решаемых им задач, но и выявить наиболее узкие места при принятии проектных решений. Модель и построенную на ее основе методику предлагается использовать при создании системы информационной поддержки жизненного цикла корабля. Особенностью предлагаемого подхода к оценке стоимости является также то, что структурно-функциональная модель корабля, являющаяся информационной основой для расчетов, строится на базе его общей электронной модели.

27. Принципы управления работой компьютера на основе оценки эмоционального состояния пользователя [№2 за 2014 год]
Авторы: Туровский Я.А., Кургалин С.Д.
Просмотров: 7846
В работе исследуется возможность применения дополнительного канала коммуникации человек–компьютер на основе использования оценки функционального напряжения и/или эмоционального состояния пользователя для оптимизации управления компьютером. На основании оценки эмоционального состояния пользователя можно реализовать несколько стратегий управления компьютером. В ситуации, когда показатели пользователя для выбранного им канала управления или совокупности таких каналов находятся в состоянии, соответствующем покою, управление приоритетами процессов осуществляется операционной системой исходя из потребностей текущих задач. Если показатели состояния пользователя указывают на стресс, управление приоритетами процессов осуществляется путем перераспределения ресурсов компьютера в пользу программ и процессов, с которыми в настоящее время работает пользователь. Если пользователь использует компьютерные игры или мультимедийные приложения, то состояние героя компьютерных игр, музыкальное сопровождение игры и/или работы пользователя на компьютере, цветовая гамма игры и/или ряда элементов работы с операционной системой (вид и состояние интерфейса, включая графический), выбранные пользователем, меняются в соответствии с установленными пользователем настройками с учетом его состояния. Сделан вывод, что использование предложенного эмоционального канала управления компьютером в дополнение к уже существующим будет способствовать заметному повышению эффективности его работы, приведет к сокращению времени, в течение которого пользователь вынужден ожидать выполнения операционной системой своих заданий, к оптимизации функционирования мультимедийных приложений, появлению новых возможностей взаимодействия с операционной системой, расширению функционала героя его компьютерных игр и так далее. В дальнейшем это позволит обеспечить внедрение элементов контекстно-ориентированного взаимодействия в системы управления компьютером или в целом в информационно-коммуникационные технологии.

28. Моделирование процесса деформирования при наличии фазового перехода от потенциального к диссипативному течению [№2 за 2014 год]
Авторы: Федотов В.П., Горшков А.В.
Просмотров: 6118
Перекрестные эффекты в сложных системах определяются феноменологическими составляющими соответствующих систем уравнений, в которых на основе подхода Онзагера устанавливается связь между обобщенными потоками и обобщенными силами. Для деформационных задач эта связь, как правило, устанавливается линейным постулатом Гука. Однако на его основе невозможно описать фазовый переход второго рода от упругости к диссипативному пластическому течению, а непрерывные физические величины, такие как температура, концентрация при-меси и т.п., связать с условным пределом текучести, поскольку последняя величина является экспериментально-точечной. Как гипотезу, имеющую подтверждение на практике, примем, что коэффициенты взаимности L km , постоянные по Онзагеру, могут быть нелинейными функциями. Для деформационных задач примем постулат Коши, согласно которому в упругой области коэффициент Онзагера есть квадратичная функция деформации. В этом случае решение задачи упругости сводится к решению нелинейных уравнений. Применение метода конечных элементов требует решения систем большой размерности и, как следствие, больших затрат времени. Для сокращения времени счета используется метод граничных элементов в сочетании с применением там, где возможно, аналитических вычислений. В статье рассмотрен пример применения алгоритма к решению плоской задачи нелинейной упругости для неоднородной области.

29. Моделирование задач динамики тонкостенной стержневой системы [№2 за 2014 год]
Автор: Чернов С.А.
Просмотров: 9317
Рассматриваются изгибно-крутильные колебания тонкостенного стержня открытого профиля с одной осью симметрии сечения. При решении задачи колебаний стержня рассматривается статическая задача с добавлением сил инерции масс, то есть используется принцип Даламбера. Масса и жесткость стержня принимаются постоянными. На основе энергетических соотношений при определении перемещений получены матрицы масс в явном виде тонкостенных стержневых конечных элементов, работающих на изгиб и кручение, и пространственного конечного элемента. Выполнены сравнительные расчеты на свободные и вынужденные колебания П-образной плоско-пространственной рамы, образованной стержнями из прокатных швеллера и двутавра. В модели рамы использовались балочные конечные элементы и тонкостенные стержневые, то есть при изгибной форме колебаний без учета инерции кручения стержней и при изгибно-крутильной форме соответствен-но. Приведены значения низших частот и соответствующих мод из плоскости рам в узлах ригеля при свободных колебаниях, а также максимальных нормальных напряжений в сечениях профилей у заделки рам. Подход к моделированию тонкостенной плоско-пространственной стержневой системы реализован в целевых программах для ЭВМ.

30. Трансдуктивное обучение логистической регрессии в задаче классификации текстов [№2 за 2014 год]
Авторы: Шаграев А.Г., Бочаров И.А., Фальк В.Н.
Просмотров: 12686
Во многих задачах текстовой классификации возникают проблемы с получением достаточного количества размеченных документов для обучающей выборки. При этом обычно имеется значительное количество доступных неразмеченных текстов. В данной статье рассматривается метод, используя который, можно значительно улучшить качество классификации, имея довольно малую по сравнению с тестовой выборкой обучающую выборку. Предложен нестандартный способ формирования признакового описания текстов на естественных языках, учитывающий специфику написания новостных текстов. Помимо этого, рассматриваются модификации классического линейного метода решения задачи классификации – логистической регрессии. Для оптимизации параметров логистической регрессии применяется модифицированный метод стохастического градиентного спуска. При обучении регрессии используется модифицированный функционал потерь, увеличивающий зазор между классами. Предлагается также оригинальный метод трансдуктивного обучения логистической регрессии. Для его осуществления вводится специальный функционал качества для неразмеченной коллекции, который позволяет существенно увеличить полноту классификации. Для проверки применимости разработанных модификаций метода логистической регрессии используется процедура обратного скользящего контроля. По результатам приведенных в статье вычисли-тельных экспериментов становится очевидным положительное влияние авторских модификаций метода логистической регрессии и трансдуктивного обучения на качество классификации.

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