Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

21. Методология обучения рекуррентной искусственной нейронной сети с динамической стековой памятью [№4 за 2014 год]
Авторы: Лила В.Б., Пучков Е.В.
Просмотров: 14229
В работе предложено обобщить рекуррентные искусственные нейронные сети путем добавления задержки сигналов обратной связи скрытого слоя на несколько тактов в виде динамической стековой памяти. Это позволило обеспечить адаптивное запоминание прошлых временных событий и создать гибкий инструмент для построения не-линейных моделей. Предложенная универсальная архитектура рекуррентной искусственной нейронной сети с динамической стековой памятью обобщает такие сети, как многослойный персептрон, сеть Джордана, сеть Элмана, а также сети с нейронами, имеющими обратную связь. Представлена методология обучения универсальной нейросетевой архитектуры для решения задачи прогнозирования временного ряда, основанная на трансформации обучаю-щей выборки. Обратные связи от скрытого слоя или от выходов сети исключаются путем добавления в обучающую выборку сигналов обратной связи. Для реализации предлагаемой методологии обучения рекуррентной искусствен-ной нейронной сети с динамической стековой памятью расширены возможности нейроэмулятора NeuroNADS. Рассмотрены новая объектно-ориентированная модель нейроэмулятора и ее основные программные классы. Проведен прогноз среднемесячной плотности солнечной активности на длине волны 10,7 см на первые шесть месяцев 2012 г. на основе данных за 2010–2011 гг. Рекуррентная искусственная нейронная сеть обучалась гибридным методом, в основе которого лежат адаптивный и генетический алгоритмы. Проанализированы результаты исследования и сделан вывод, что рекуррентную искусственную нейронную сеть с динамической стековой памятью можно обучать с помощью предложенной методологии, а построенные модели искусственных нейронных сетей использовать для прогнозирования временных рядов.

22. Методы верификации и валидации сложных программных систем [№4 за 2014 год]
Авторы: Демин А.А., Карпунин А.А., Ганев Ю.М.
Просмотров: 9730
В работе рассмотрены проблемы разработки широкомасштабных программных комплексов. Показана необходимость использования специализированных систем для контроля качества конечного продукта. Предложен алгоритм проверки на соответствие эталонам и нормам, а также на выполнение пользовательских требований в условиях совместного проектирования и разработки программного изделия. Представлены основные преимущества специальных программных средств для проведения валидации и верификации перед остальными методами оценки и проверки на соответствие стандартам программных систем. Материал статьи ориентирован в первую очередь на разработчиков программного обеспечения и руководителей производственных подразделений, желающих автоматизировать процесс обзора и проверки кода в рамках командной работы над ним. Также он будет полезен специалистам отдела обеспечения качества, стремящимся сократить трудозатраты на этапе тестирования, находить ошибки в программном коде на самых ранних этапах жизненного цикла систем. Актуальность статьи обусловлена использованием современных методов обеспечения гибкости и прозрачности процесса разработки программного кода, позволяющих сократить сроки разработки, повысить качество и надежность процесса, снизить издержки, привести весь программный код к единому стилевому оформлению и усовершенствовать механизмы взаимодействия внутри команды, способствуя развитию взаимодоверия членов групп разработки и тестирования.

23. Моделирование информационных ресурсов при процессной организации системы управления предприятием [№4 за 2014 год]
Авторы: Шведенко В.Н., Веселова Н.С.
Просмотров: 11829
В настоящей работе предлагаются метод моделирования ресурсов при объектно-процессной системе управления предприятием и новая модель объектно-ориентированных данных, в которой бизнес-процессы являются обязательными компонентами модели с заранее установленным регламентом поставки первичных данных в информационную систему. Поставка этих данных осуществляется только в результате исполнения бизнес-процесса в центрах формирования сведений о входных и выходных данных, ресурсах и результатах принятия управленческих решений. Подробно рассмотрена информационно-справочная система предметной области на базе объектно-ориентированной платформы «COBRA++», представлена классификация объектов. Выделены пять групп объектов информационной системы предприятия: простые справочники, сложные справочники, объекты контроля, объекты управления, показатели. Продемонстрированы примеры объектов системы различной сложности, созданные с помощью программного комплекса «COBRA++». Построение модели осуществляется с использованием основных понятий алгебры-логики, описание дается с помощью предикатов. Определены множества объектов системы, описаны правила их построения, формализованы правила, задающие связи объектов. В каждом случае описание предиката сопровождается заданием множества истинности, определяющего четкие критерии пригодности аргументов предиката. Особое внимание уделяется таким характеристикам объектов и свойств, как имя, код и тип. Согласно представленному методу формали-зации объектов, указаны критерии фиксации объекта в системе, а также правила формирования его уникального идентификатора. Предлагается рассмотреть бизнес-процесс как совокупность зафиксированных объектов управления и показателей. С помощью объектно-процессной технологии «COBRA++» реализована математическая модель информационной управляющей системы, включающая описание бизнес-процессов и соответствующих им объектов предметной области, которая дает математическое представление процессов сбора, использования и представления первичных данных, включающая в себя необходимые классифицированные множества объектов и процессов и правил их описания с учетом имеющихся связей.

24. Моделирование распределения потенциала в рабочей области полевого транзистора со структурой «германий на изоляторе»: аналитическая модель и ее приложения [№4 за 2014 год]
Автор: Масальский Н.В.
Просмотров: 10083
Обсуждаются вопросы моделирования характеристик транзисторных структур, выполненных по технологии нового поколения – «германий на изоляторе». Рассматривается один из возможных подходов к аналитическому решению 2D-уравнения Пуассона для потенциала в рабочей области полевого двухзатворного нанотранзистора со структурой «германий на изоляторе» и архитектурой «без перекрытия областей затвора и стока/истока». Для потенциала получено аналитическое решение уравнения Пуассона с использованием принципа суперпозиции. Рассматриваются физические ограничения технологических параметров исследуемых транзисторных структур для оптимизации их электрофизических характеристик, в частности, эффективного подавления короткоканальных эффектов. Показывается, что в исследуемых устройствах эти эффекты проявляются в большей степени, чем в аналогичных структурах «кремний на изоляторе». На основе численных решений уравнения Пуассона анализируются зависимости от технологических параметров ряда основных электрофизических характеристик, таких как распределение потенциала в рабочей области, порогового напряжения и крутизны подпороговой характеристики. Нелинейный характер полученных зависимостей обусловлен экспоненциальным ростом объемного заряда в рабочей области транзистора. Для выбранных топологических норм оптимизация параметров, определяющих области стока и истока, предоставляет дополнительную степень свободы управления ключевыми характеристиками наряду с толщиной рабочей области и подзатворного окисла фронтального затвора, что важно при анализе применимости транзисторных структур «германий на изоляторе».

25. Моделирование устойчивости подкрепленной тонкостенными стержнями пластины [№4 за 2014 год]
Автор: Чернов С.А.
Просмотров: 9228
Рассматривается изгибно-крутильная форма потери устойчивости тонкостенного стержня открытого профиля с одной осью симметрии. Предполагается, что действуют постоянные продольные силы по длине стержня, то есть стержень считается невесомым. На основе выражения потенциальной энергии деформации при изгибно -крутильной форме потери устойчивости такого тонкостенного стержня и энергетических соотношений при определении узловых перемещений получена матрица потенциала нагрузки тонкостенного стержневого конечного элемента, работающего на изгиб и кручение. Приведены выражения матриц потенциала нагрузки тонкостенного стержневого конечного элемента и балочного конечного элемента коробчатого квадратного сечения с узлами по контурам сечений, соответствующим узлам соединения пластины и стержня при симметричном креплении и в шахматном порядке. Подход к моделированию подкрепленной пластины реализован в целевой программе для ЭВМ. Приведены характеристика программы, ее функциональные возможности и особенности численного алгоритма. Выполнены сравнительные расчеты при одноосном нагружении подкрепленной квадратной пластины, моделируемой прямоугольными конечными элементами, работающими на изгиб. Приведены результаты расчетов критической нагрузки неподкрепленной пластины и подкрепленной с учетом депланации сечений стержней и без учета.

26. Нечеткий регулятор со скользящим режимом на основе мягких вычислений [№4 за 2014 год]
Авторы: Нефедов Н.Ю., Ульянов С.В.
Просмотров: 11322
В статье исследуется управление со скользящим режимом для неустойчивой динамической системы «каретка– маятник» с использованием инструментария оптимизатора баз знаний на основе мягких вычислений. Рассматриваются три основных подхода к устранению колебаний в системе со скользящим режимом, описаны преимущества и недостатки данных подходов. Показан алгоритм создания базы знаний для регулятора со скользящим режимом в новом разработанном инструментарии для проектирования робастных интеллектуальных систем управления – оптимизаторе баз знаний на мягких вычислениях. Сравнивается качество баз знаний, созданных с помощью эксперта и интеллектуальных систем управления: оптимизатора баз знаний и инструментария МАТЛАБ ANFIS на основе моделирования управления неустойчивого динамического объекта. Даются необходимые формальные определения, при-водится соответствующий иллюстративный материал. Проведенное тестирование показало, что интеллектуальная система управления, спроектированная в оптимизаторе, обладает большей робастностью, чем интеллектуальные системы управления, созданные с использованием других современных средств.

27. О подходе к развитию методики построения радиолокационной системы [№4 за 2014 год]
Авторы: Семенов С.А., Кобан А.Я.
Просмотров: 8723
Построение перспективной радиолокационной системы является сложной слабоструктурированной задачей в связи с высокой сложностью ее структур. Поэтому существующий методический аппарат построения системы пред-ставляет собой совокупность не вполне взаимосвязанных методик, каждая из которых позволяет структурировать построение системы на определенном этапе с использованием различных показателей и критериев, например, на этапах формирования облика функционала обработки информации, который создается на основе типовых программных решений и процедур при разработке элементов системы, и построения группировки. Причем на упомянутых этапах не формализуются общая цель, интегральный показатель, характеризующий ее достижение, и единая методика построения. В результате не обеспечивается возможность сравнительной оценки потенциальной и реальной эффективности системы, проявляется недостаточность автоматизированных процедур обработки информации, реализующих функционал. Для выполнения целенаправленного построения в статье предлагается подход, направленный на создание единой для всех этапов методики построения перспективной радиолокационной системы в части формализации постановок и абстрактного решения задач с акцентом на этап уточнения варианта формирования облика функционала подсистемы сбора и обработки.

28. Об одной методике классификации клеток крови и ее программной реализации [№4 за 2014 год]
Авторы: Беляков В.К., Сухенко Е.П., Захаров А.В., Кольцов П.П., Котович Н.В., Кравченко A.А., Куцаев A.С., Осипов A.С., Кузнецов А.Б.
Просмотров: 15782
Предложена методика классификации лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов, основанная на всестороннем изучении опыта применения различных методов сегментации микроскопических изображений и алгоритмов вычисления характерных признаков клеток крови. Данный подход предполагает применение усовершенствованного комбинированного метода сегментации изображений, использование оптимизированного вектора признаков объекта и нейросетевого классификатора. Важную роль в создании описываемого метода сегментации сыграла разрабатываемая в НИИСИ РАН методика EDEM сравнительного исследования алгоритмов обработки изображений. Метод сегментации включает в себя такие шаги, как выделение граничных точек, замыкание контуров и устранение пересегментации (основанное на использовании набора признаков, вычисленных для каждого начального сегмента). Для выделения граничных точек используется комбинация классического детектора Кэнни и метода Риттера–Купера, разработанного для сегментации клеток крови. Данная комбинация обладает преимуществами обоих алгоритмов. Для улучшения границ и замыкания контуров применяется подход, основанный на использовании теории графов и развивающий адаптивный алгоритм замыкания контуров Цзяна. Процедура устранения пересегментации носит итерационный характер. Наш метод сегментации пригоден для сегментации как красных (эритроцитов), так и белых (лейкоцитов) клеток крови, а также тромбоцитов. Для решения задачи классификации клеток по набору признаков использовалась нейронная сеть типа многослойный персептрон (трехслойная нейронная сеть прямого распространения с сигмоидной функцией активации). Нейросетевой классификатор позволяет эффективно разделять клетки крови на классы, используемые в практической гематологии. Разработана программная библиотека, реализующая предложенную методику. Тесты, использующие различные изображения мазков крови, показали высокий потенциал предложенной методики для практического применения.

29. Погрешность воспроизведения спектральной меры перестановочным методом моделирования стохастических процессов [№4 за 2014 год]
Авторы: Кузнецов Б.Ф., Шишкина С.В., Бородкин Д.К.
Просмотров: 7376
В работе рассматривается один из универсальных перестановочных методов моделирования стохастических процессов с заданными спектральной и вероятностной мерами. Привлекательной особенностью метода является отсутствие ограничений на сочетания вероятностной и спектральной мер. Выдвинута гипотеза о причинах возникновения и составе общей погрешности воспроизведения автокорреляционной функции моделируемого процесса при использовании данного метода. Сделано предположение, что погрешность моделирования состоит из двух частей: вариационной и методической. Разработан и предложен способ анализа погрешности, позволяющий сделать постоянным значение вариационной составляющей погрешности, то есть сделать ее не зависящей от параметров автокорреляционной функции. Это, в свою очередь, позволяет проводить анализ зависимости методической составляющей погрешности моделирования от параметров автокорреляционной функции. Для проверки выдвинутой гипотезы были проведены четыре серии численных экспериментов по моделированию стохастических процессов при специально подобранных сочетаниях законов распределения. Законы распределения выбирались из соображений отсутствия или наличия условий возникновения методической погрешности. Основываясь на особенностях анализируемого метода, а именно на наличии ведущего и ведомого процессов, разработана процедура статистического анализа результатов моделирования. Проведение этой процедуры не дало оснований отвергнуть гипотезу о наличии двух составляющих погрешности: вариационной и методической. В работе показано, что использование предложенного метода анализа позволяет значительно уменьшить влияние вариационной составляющей на результаты анализа методической погрешности и тем самым обосновать возможность применения метода моделирования стохастических процессов для решения тех или иных задач.

30. Построение мультиагентной модели телекоммуникационного рынка [№4 за 2014 год]
Авторы: Дли М.И., Гимаров В.В., Иванова И.В.
Просмотров: 9803
Экономика современного государства определяется наличием развитой телекоммуникационной системы, являющейся одним из показателей инвестиционного климата страны. Телекоммуникационная отрасль имеет важное значение для развития информационного общества в России, предполагающего широкое применение информационных ресурсов населением, органами государственной власти и предприятиями. В настоящее время одним из важных факторов роста конкурентоспособности телекоммуникационных предприятий является их способность быстро реагировать на динамические колебания внешней среды. Большое количество различных невзаимосвязанных операций и сложность технологической инфраструктуры создают препятствия для принятия эффективных оперативных решений. В этих условиях целесообразно использование компьютерных систем поддержки принятия решений. Одним из способов построения таких систем является применение имитационных моделей телекоммуникационных предприятий, благодаря которым обеспечивается возможность получения набора данных, необходимых для обоснованного выбора управленческих решений из множества альтернативных вариантов исходя из производственных и финансовых возможностей объекта моделирования. В статье представлена общая структура мультиагентной модели телекоммуникационного рынка, предназначенной для поддержки принятия решений в области маркетинга. Процесс по-строения мультиагентных систем включает следующие этапы: анализ, проектирование и реализация, отладка и тестирование. Программная реализация имитационной мультиагентной модели предполагает модульную структуру и выполнена на объектно-ориентированном языке Java с использованием средства разработки Eclipse и СУБД Microsoft Structured Query Language Server. Основное внимание в статье уделено программной реализации модели, приведены общая архитектура системы, UML-диаграмма классов и фрагменты программного кода на языке Java.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Следующая → ►