Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

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

31. Комплекс программ для индуктивного формирования баз медицинских знаний [№4 за 2014 год]
Автор: Смагин С.В.
Просмотров: 8641
В статье представлено описание комплекса программ InForMedKB (Inductive Formation of Medical Knowledge Bases), позволяющего создавать обучающие выборки (состоящие из историй болезни различных разделов медицины) и на их основе (в форме, принятой в медицинской литературе) индуктивно формировать базы медицинских знаний, содержащие описания заболеваний, а также объяснение этих баз знаний. В разработанном комплексе реализован алгоритм обучения (решающий задачи классификации и кластеризации в их новых постановках, представленных как частный случай задачи оценки значений параметров модели зависимости, которая обусловливает качество разработанного для нее алгоритма обучения) для практически полезной и хорошо интерпретируемой математической модели зависимости с параметрами, являющейся онтологией медицинской диагностики, приближенной к реальной (заданной системой логических соотношений с параметрами). Этот алгоритм по обучающей выборке находит значения параметров (базу медицинских знаний) указанной модели, близкие к значениям, характеризующим предметную область медицинской диагностики. При помощи данного комплекса на основе обучающей выборки реальных данных, содержащей истории болезни из раздела медицины «острый живот», индуктивно сформирована база медицинских знаний, обладающая высоким уровнем интерпретируемости для практикующего врача. Входящие в полученную базу знаний описания заболеваний, по оценке эксперта, соответствуют знаниям, имеющимся в научной и учебной медицинской литературе, а в ряде случаев дополняют их описанием динамики клинических проявлений. Формальное представление баз медицинских знаний, получаемых при помощи разработанного комплекса, позволяет использовать их в экспертных системах медицинской диагностики.

32. Разработка программного модуля для автоматического выбора решателей систем линейных алгебраических уравнений для прочностного анализа [№4 за 2014 год]
Автор: Стёпин Н.Е.
Просмотров: 9089
В работе реализован программный модуль, объединивший в себе различные алгоритмы и методы: прямые и итерационные решатели для симметричных и несимметричных матриц системы, различные предобуславливатели в итерационных методах, различные способы хранения матрицы в памяти, параллельные вычисления с использованием технологий OpenMP и CUDA. В программном модуле реализован метод решения задач для несжимаемых материалов на основе алгоритма Узавы. Для программного модуля разработан и реализован алгоритм оптимального выбора решателя в зависимости от механической постановки задачи, ее размерности и возможностей компьютера. При желании пользователь может сам ограничивать некоторые возможности выбора и задавать параметры, влияющие на выбор решателя, или даже указать явно, какой решатель он хочет использовать. По сути программный модуль является некоторой оболочкой над отдельными решателями, которая принимает матрицу системы, правую часть и некоторые параметры настройки, а затем в рамках содержащегося в ней алгоритма определяет, какой именно решатель необходимо запускать, настраивает его и приводит матрицу к соответствующему виду (разные решатели могут иметь разные оптимальные форматы хранения для матриц). Проведен ряд численных экспериментов, подтверждающих обоснованность используемых в алгоритме критериев.

33. Использование Synopsys Design Compiler для синтеза самосинхронных схем [№4 за 2014 год]
Автор: Сурков А.В.
Просмотров: 10727
Потребности промышленности в высоконадежных вычислительных комплексах обусловили рост популярности асинхронной логики. Основными достоинствами асинхронных схем являются повышенная сбоеустойчивость и расширенный температурный диапазон эксплуатации. Среди недостатков следует отметить большую длительность проектирования вследствие отсутствия средств автоматизации проектирования асинхронных схем. Самосинхронные схемы являются наиболее простым для проектирования подклассом асинхронных схем. Для их создания чаще всего используется метод перекрестной реализации, который позволяет использовать синхронные схемы в качестве промежуточного этапа. Синхронная схема должна выполнять аналогичную функцию и может быть синтезирована обычным способом. Конвертация промежуточной синхронной схемы в самосинхронную может осуществляться с использованием шаблонов и поэтому легко автоматизируется. В качестве средства автоматизации выбрана система автоматизированного проектирования Synopsys Design Compiler (DC), которая используется для синтеза синхронных схем и может исполнять скрипты, написанные на языке Tcl. Весь процесс создания самосинхронной схемы делится на три этапа: предварительный синтез синхронной схемы из спецификации на языке Verilog HDL, конверсия в два канала и построение схемы индикации окончания переходных процессов. В завершение осуществляется оптимизация нагрузочной способности элементов схемы с использованием возможностей статического временного анализа DC. Все этапы проходятся под управлением одного скрипта, работающего в консоли DC, поэтому процесс полностью автоматизирован. В настоящий момент скрипт ограниченно функционален и может обработать только одну стадию конвейера за запуск.

34. «Кафедра онлайн»: облачные технологии в высшем образовании [№4 за 2014 год]
Авторы: Тельнов В.П., Мышев А.В.
Просмотров: 13137
Обеспечение масштабируемости компьютерных сетей и программного обеспечения – одна из насущных проблем отечественных университетов. В условиях быстрого роста сетевого трафика ИТ-специалисты университетов вынуждены тратить все больше времени и средств на обеспечение пропускной способности каналов связи. В то же время ИТ-бюджеты университетов зачастую отстают от необходимых темпов роста. Учебным заведениям требуются экономичные, надежные и технологичные способы удовлетворения растущих информационных потребностей при одновременном контроле расходов. Созданный программный продукт «Кафедра онлайн» базируется на концепции облачных вычислений, в максимальной степени использует общедоступные технологические решения и ресурсы, при этом по мере возможности не зависит от конкретных провайдеров услуг и лицензионного программного обеспечения. Продукт ориентирован на высшие учебные заведения, имеющие бюджетные ограничения в части приобретения и поддержки собственной компьютерной инфраструктуры, сетевого оборудования и программного обеспечения. Для бюджетных образовательных учреждений РФ программное обеспечение «Кафедра онлайн» доступно на безвозмездной основе. В данной статье рассмотрены важнейшие характеристики облачных вычислений, дан краткий аналитический обзор существующих готовых решений для высшей школы. Сформулированы требования к программному обеспечению «Кафедра онлайн», представлены основные компоненты программного продукта, даны ключевые архитектурные, технологические и проектные решения в нотации UML-диаграмм, показаны результаты тестирования программного обеспечения и образцы пользовательского интерфейса.

35. Исследование производительности ряда итерационных методов решения системы линейных алгебраических уравнений в упругопластической задаче [№4 за 2014 год]
Авторы: Толмачев А.В., Коновалов А.В., Партин А.С.
Просмотров: 9779
Упругопластическая задача с большими пластическими деформациями физически и геометрически существенно нелинейная. Большая часть времени ее решения методом конечных элементов затрачивается на решение системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно искомого вектора обобщенной скорости в узлах конечно-элементной сетки. Для сокращения времени расчетов необходимо использовать параллельные вычисления, в частности, на кластерных системах. Матрица системы несимметричная, имеет большую размерность, является ленточной и разреженной внутри ленты. Использование прямых методов для решения СЛАУ приводит к образованию заполнения внутри ленты и большим затратам как памяти, так и времени счета. На базе решения тестовой задачи сжатия параллелепипеда плоскими плитами выполнен вычислительный эксперимент на кластере «Уран» Института математики и механики УрО РАН с целью анализа производительности параллельных итерационных методов релак-сации, BiCGStab и GMRES решения СЛАУ в упругопластической задаче с большими пластическими деформациями. Рассмотрена эффективность применения параллельных предобуславливателей ILU, ILUT, ILUC, SAINV, SAAMG в методе BiCGStab. Выполнена оценка погрешности времени решения СЛАУ, вносимой стохастичностью процесса передачи данных по сети кластерной системы. Результаты вычислительного эксперимента показали, что метод релаксаций по сравнению с методами BiCGStab и GMRES требует значительно большего времени на решение СЛАУ, поэтому является неэффективным. Метод GMRES затрачивает наименьшее время на решение СЛАУ на небольшом количестве процессов, однако метод BiCGStab обладает лучшим ускорением, хорошей масштабируемостью и при использовании большого количества процессоров обеспечивает наименьшее время на решение СЛАУ. Случайное отклонение времени решения СЛАУ, вызванное стохастической задержкой сети, не превышает 5 % от среднего. Предобуславливатель ILUC является наиболее эффективным из рассмотренных по времени выполнения, однако предобуславливатель SAINV требует наименьшего количества итераций решения СЛАУ методом BiCGStab.

36. OLAP-система для моделирования риска здоровью населения от загрязнения воздуха [№4 за 2014 год]
Авторы: Фаминская М.В., Балтер Б.М., Балтер Д.Б., Стальная М.В.
Просмотров: 9115
В статье описан программный комплекс EHIPS (Environmental Health Information Processing System), предназначенный для расчетной оценки риска здоровью населения от загрязнения атмосферы выбросами предприятий и транспорта. Комплекс разработан в основном силами сотрудников Института космических исследований РАН. Он применялся для расчета риска от более чем 100 предприятий. Систему отличает ряд архитектурных особенностей, главной из которых является OLAP-подобное ядро работы с многомерными кубами данных, с помощью которых производятся все манипуляции с данными в системе. Другой особенностью является нестандартная схема работы с выходными результатами программы AERMOD, использующейся в системе для моделирования рассеяния и расчета концентраций загрязнителей, а именно – работа с временными рядами концентраций средствами системы, а не самой модели AERMOD. В системе применен ряд специальных методов работы с данными, например, агрегация многомерного куба концентраций или рисков с использованием стохастического представления выбросов с помощью метода Монте-Карло для учета импульсности источников выбросов. Просмотр многомерных кубов данных осуществляется в виде двумерных сечений-таблиц в специальном модуле системы, там же выполняются манипуляции над кубами, такие как бинарные операции над выбранными сечениями куба. В системе есть свой ГИС-подобный картографический модуль для работы с расположением источников выбросов и датчиков, для которых рассчитываются концентрации и риск, а также для пространственной визуализации результатов расчета. Представляется, что опыт создания и практического применения такой специализированной OLAP-системы может быть полезен не только в сфере оценки риска, но и в других областях, логика которых отличается от бизнес-логики, для которой в основном разрабатывается OLAP, но где естественным все-таки является представление данных в виде многомерных гиперкубов.

37. Программный комплекс для решения задач теории потенциала методом граничных элементов [№4 за 2014 год]
Авторы: Федотов В.П., Спевак Л.Ф., Нефедова О.А.
Просмотров: 9897
Работа посвящена развитию подхода к реализации метода граничных элементов, направленного на распараллеливание вычислений, для решения двухмерных задач об установившихся потенциальных течениях. Главной особенностью применяемых алгоритмов решения является точное вычисление всех интегралов по граничным элементам с помощью выведенных авторами аналитических формул. Это позволяет заметно повысить точность решения и сократить время расчета. Разработанный программный комплекс предназначен для решения двухмерных задач теории потенциала в области произвольной геометрии при заданных граничных условиях для искомой функции или потока. В комплекс заложена возможность решения однородных задач (при отсутствии внутренних источников), а также задач с заданными функциями источников. Функция источника задается отдельным программным модулем. Особо рассмотрен случай, когда функция источника является гармонической. Это позволяет свести все вычисления при решении неоднородной задачи на границу области. Для задания геометрии исследуемой области и ввода параметров задачи и граничных условий в программный комплекс включен графический редактор. Область задается своей внешней границей, состоящей из прямолинейных и круговых участков. Для каждого участка задаются граничные условия и количество граничных элементов на нем. С помощью графического редактора внутри расчетной области может быть задана зона, в которой требуется вычислить значения искомой функции. Эта зона также задается границей из прямолинейных и круговых участков. Частота расчетной сетки в зоне задается произвольно, пересчет для новой сетки не требует нового решения исходной задачи. Программный комплекс был реализован на суперкомпьютере «Уран» ИММ УрО РАН. В качестве примеров рассмотрены задачи распространения тепла в пластинах квадратной и эллиптической форм при различных функциях источника.

38. Разработка системы планирования маршрутов движения вагонов при доставке грузов по железнодорожной сети [№4 за 2014 год]
Авторы: Цельсова А.Ю., Хоботов Е.Н.
Просмотров: 11312
Рассматриваются принципы создания моделей для решения задач формирования маршрутов движения грузовых вагонов от станций отправления к станциям назначения различными поездами, а также задач выбора маршрутов движения поездов. Вагоны от станций отправления к станциям назначения могут доставляться как одним, так и несколькими поездами. На станциях отправления соответствующее количество вагонов включается в состав подходящего поезда, который проходит через эту станцию, и отцепляется от него на станциях назначения или на промежуточных сортировочных станциях, где эти вагоны будут прицепляться к другим поездам, следующим через эту станцию позже. С по-мощью таких поездов ожидающие отправки вагоны доставляются к станциям назначения или на наиболее удобные станции для последующей доставки их проходящими поездами на станции назначения. Использование традиционных методов моделирования для решения этих задач вызывает значительные затруднения из-за их большой размерности и сложности ограничений, накладываемых на условия транспортировки и доставки вагонов проходящими поездами. В основу предлагаемых принципов положена идея описания изменений количества вагонов в составе каждого поезда после прохождения станций и на каждой станции после прохождения поездов с помощью специальных уравнений движения. Такие уравнения строятся по аналогии с уравнениями движения, используемыми в теории управления дискретными процессами. С помощью этих уравнений движения строятся модель выбора маршрутов движения грузовых вагонов к станциям назначения с различными поездами, а также модель, позволяющая определять необходимое количество маршрутов движения поездов в железнодорожной сети для доставки вагонов заказчикам. В статье также описываются структура компьютерной системы, реализующей эти модели, и результаты вычислительных экспериментов, проведенных с системой и подтвердивших ее достаточно высокую эффективность.

39. Моделирование устойчивости подкрепленной тонкостенными стержнями пластины [№4 за 2014 год]
Автор: Чернов С.А.
Просмотров: 9261
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.

40. Искусственные иммунные системы: обзор и современное состояние [№4 за 2014 год]
Авторы: Чернышев Ю.О., Григорьев Г.В., Венцов Н.Н.
Просмотров: 14202
Решение задач оптимизации является одной из основных сфер применения различных эвристических алгоритмов, вдохновленных как живой, так и неживой природой. В данной статье делается обзор современного состояния, относительно нового класса, биоинспирированных алгоритмов – искусственных иммунных систем. Рассматриваются их проблемы, недостатки и преимущества, актуальные разработки в области искусственных иммунных систем. Работа содержит обзор исследований в области иммунных сетей, иммунного ответа, соматической гипермутации, теории опасности и процессов отбора. Искусственные иммунные системы вызывают все больший интерес, обусловленный тем, что они вобрали в себя лучшие особенности биоинспирированных методов, такие как динамическое расположение элементов из эволюционных алгоритмов и принципы обучения из искусственных нейронных сетей. Так, если иммунные сети относятся к числу самых первых моделируемых процессов из иммунноинспирированных исследований, то теорию опасности и моделирование процессов соматической гипермутации, отбора можно считать довольно молодыми сферами исследований. Однако и иммунные сети сегодня актуальны: они используются как ключевые узлы в гибридных биоинспирированных системах. Различные имплементации таких систем находят новые сферы применения в науке и промышленности. Зачастую сферы применения те же, что и у исследуемых ранее систем эвристических алгоритмов, но также появляются новые, ранее не исследуемые в этом ключе области информационных наук (например data-mining). Обзор текущего состояния искусственных иммунных систем сделан в разрезе разработок зарубежных и отечественных авторов.

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