Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2015 год.

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

1. Вопросы создания АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве [№3 за 2015 год]
Авторы: Арепин Ю.И., Доронкина А.Н.
Просмотров: 10460
На сегодняшний день актуально создание АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве одним космическим аппаратом или их группировкой. Одно из центральных мест в задачах управления космическими полетами занимает баллистико-навигационное обеспечение, включающее постановку задач, разработку методов и алгоритмов их решения, комплекс вычислительных процедур, которые используются в дальнейшем при управлении полетом космического аппарата. Одной из задач баллистико-навигационного обеспечения является определение параметров движения космических аппаратов в пространстве (текущих и прогнозных). Навигационное обеспечение дает возможность определять и уточнять полет космического аппарата, обеспечивать наведение, сбли-жение, спуск с орбиты и т.д. Анализ процессов функционирования, проблем создания АСУ космическими полетами невозможны без построения математической модели или агрегированной совокупности моделей составных элементов, отражающих свойства объекта моделирования. Одной из основных задач космических полетов является техническая разведка из космоса, предназначенная для укрепления оборонной мощи РФ и национальной безопасности. Реализация насущных проблем в данной области для РФ возможна на основе создания группировки космических аппаратов при применении высокоэллиптических орбит. В этой связи в статье рассматривается актуальная задача построения спутниковых систем непрерывного обзора Земли на высокоэллиптических орбитах. Данная задача сводится к поиску экстремума функции от конечного числа параметров, имеющей смысл геоцентрического углового расстояния. Число параметров велико, критериальная функция сложна. Для облегчения анализа и упрощения вычислений предложены варианты понижения размерности задачи. Предложены показатели эффективности функционирования АСУ космическими полетами.

2. The optimal control software environment for a nonlinear system class via quadratic criteria [№3 за 2015 год]
Authors: A.P. Afanasiev, S.M. Dzyuba, Emelyanova, I.I.
Просмотров: 8173
Приведен программный комплекс синтеза оптимального управления с обратной связью одним классом нелинейных систем по квадратичному критерию. Данный комлекс базируется на специальном методе последовательных приближений. Сходимость метода последовательных приближений гарантирована в случае единственного оптимального управления. Оптимальный закон управления в рассматриваемой задаче получается при решении последовательных двухточечных краевых задач. При этом один раз требуется решить матричное дифференциальное уравнение Риккати. Данное уравнение является уравнением с полиномиальной правой частью, и для его решения использован оригинальный метод. Этот метод позволяет найти решение аналитически. В работе рассматривается частный случай динамических систем, в которых динамика описывается дифференциальными уравнениями с полиномиальной правой частью. Поэтому на каждом шаге метода последовательных приближений решение возникающей двухточечной краевой задачи можно получить с помощью упомянутого выше метода приближенного построения аналитических решений. Реализация разработанной вычислительной схемы может быть осуществлена с заранее заданной точностью. Однако в любом случае вычислительный процесс оказывается чрезвычайно трудоемким и требует привлечения специальных современных компьютерных методов и технологий. Для этого авторами разработан соответствующий вы-числительный программный комплекс. Реализация данного комплекса может быть осуществлена только с помощью символьных вычислений в распределенной среде. Разработанный комплекс имеет огромное практическое значение. Это объясняется тем, что подавляющее большинство математических моделей процессов в технике, экономике, экологии и т.д. описываются дифференциальными уравнениями с полиномиальной правой частью. Поэтому предложенный вычислительный программный комплекс может быть использован для решения соответствующих задач оптимального управления в широком диапазоне прикладной научной деятельности.

3. Расчет конструкций методом конечных разностей с использованием аппроксимирующих функций MathCAD [№3 за 2015 год]
Автор: Бакушев С.В.
Просмотров: 9400
Рассматриваются вопросы аппроксимации встроенными функциями MathCAD результатов решения задач механики деформируемого твердого тела методом конечных разностей. Показано, что наиболее приемлемой встроенной аппроксимирующей функцией математического пакета MathCAD при решении задач механики деформируемого твердого тела, когда искомые параметры задачи выражаются одно через другое при помощи производных, является кубическая сплайн-интерполяция кубическим сплайном с использованием функции предсказания. Обосновывается положение о том, что если искомые параметры задачи выражаются одно через другое при помощи производных, то повторное использование конечноразностных операторов для их определения, а также линейная аппроксимация данных для определения внеузловых значений являются неприемлемыми и приводят к значительным погрешностям. Кроме того, использование последовательности первых производных для определения искомых параметров задачи приводит к потере данных и невозможности вычислений. Рассмотрен конкретный пример об изгибе стального шарнирно опертого стержня, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой.

4. Нейросетевое приложение для оценивания характеристической экспоненты процесса Леви на примере распределения Бандорффa-Нильсена [№3 за 2015 год]
Авторы: Белявский Г.И., Пучков Е.В., Лила В.Б.
Просмотров: 7861
Применение метода главных компонент и обобщенного метода главных компонент для анализа данных не всегда оправданно, поскольку не всегда существуют моменты необходимого порядка у анализируемого закона распределе ния. В то же время продолжает расти интерес к процессам Леви в связи с их многочисленными приложениями, а процесс Леви является именно тем процессом, для которого метод главных компонент неприменим. Важным свойством процесса Леви, упрощающим анализ, является то, что этот процесс полностью определяется комплексно- значной функцией вещественного аргумента – характеристической экспонентой. Идентифицировать процесс Леви – значит найти оценку характеристической экспоненты по обучающей выборке. Свойство независимости и однородности приращений процесса Леви позволяет использовать приращения процесса в качестве обучающей выборки. В статье рассматривается задача построения нейросетевой модели для оценки характеристической экспоненты на заданном интервале изменения аргумента. Для оценки характеристической экспоненты процесса Леви предложен стохастический аналог адаптивного алгоритма обучения нейросети, использующий потенциальные функции Ланцоша. Алгоритм обучения опробован на гиперболическом распределении Бандорффа-Нильсена. Гиперболическое распределение является смесью нормальных законов, что позволило без особых усилий сгенерировать обучающую выборку. В результате нейросеть с удовлетворительной степенью точности вычислила оценку характеристической экспоненты процесса Леви.

5. Когнитивная концептуальная модель финансово-экономической устойчивости предприятия [№3 за 2015 год]
Авторы: Бутенко Д.В., Бутенко Л.Н.
Просмотров: 8338
В статье рассматривается использование концептуальных методов анализа и моделирования применительно к финансово-экономической деятельности. Результаты анализа существующих моделей финансово-экономической стабильности и гомеостатический подход позволяют разработать новую модель для поставленной задачи поддержки принятия управленческих решений в аспекте финансово-экономической устойчивости производственно-торгового предприятия. Авторы описывают такую модель, ее преимущества и возможности использования, в частности про-гностический аспект и перспективу создания автоматизированной системы для поддержки процесса управления предприятием. Модель представляет собой связанный граф в виде шестилучевой звезды, состоящий из двух треугольников, один из которых описывает хозяйственную, а другой – финансовую составляющую предприятия. Все компоненты модели связаны между собой прямыми, обратными и перекрестными связями, что позволяет анализировать существующее положение и прогнозировать результаты управляющих воздействий на тот или иной компонент с целью достижения устойчивого положения предприятия. Предложенная модель является новой, апробирована на ряде существующих предприятий и позволяет эффективно автоматизировать процесс поддержки управленческих решений.

6. Программные средства анализа отказоустойчивости технических систем на основе вершинной целостности графа [№3 за 2015 год]
Авторы: Быкова В.В., Кириллов Ю.И.
Просмотров: 6183
В настоящее время в связи с применением графовых моделей при проектировании отказоустойчивых сложных технических систем особое внимание уделяется исследованию мер целостности графов. Вершинная целостность – одна из детерминированных мер целостности графа. Система считается полностью работоспособной, если соответствующий ей граф связный. Вершинная целостность позволяет оценить частичную потерю работоспособности системы вследствие отказа ее элементов. Вершинной целостностью графа G = (V, E) называется величина I(G) = = min S  V {| S | + w(G – S)}, где w(G – S) – порядок наибольшей компоненты связности графа G – S, который получа-ется из G удалением всех вершин, входящих в S. Значение w(G – S) характеризует размер самого крупного фрагмента системы, образованного после выхода из строя сразу всех элементов из S. Понятие вершинной целостности графа введено Багга, Барфутом, Энтрингером и Свортом. Известно, что задача вычисления I(G) для графа общего вида является NP-трудной. Для нахождения точного значения вершинной целостности необходимо знание всех сепараторов графа. В работе представлены алгоритм и программные средства нахождения приближенного значения I(G). Предлагаемый алгоритм ограничивается рассмотрением всех минимальных сепараторов, поэтому дает лишь верхнюю оценку вершинной целостности. Трудоемкость алгоритма полиномиально зависит от числа вершин и числа минимальных сепараторов входного графа. Результаты экспериментов показали, что вычисленные оценки являются хорошими и часто достижимыми. При выполнении вычислительных экспериментов точное значение вершинной целостности определялось с помощью исчерпывающего перебора всех сепараторов входного графа.

7. Кластеризация пользователей по голосу с помощью улучшенных самоорганизующихся растущих нейронных сетей [№3 за 2015 год]
Авторы: Вагин В.Н., Ганишев В.А.
Просмотров: 9343
В данной работе рассматривается применение метода обучения без учителя на основе самоорганизующихся растущих нейронных сетей для задачи кластеризации пользователей по голосу. В качестве модели пользователя в статье используется набор мел-частотных кепстральных коэффициентов. Данный набор получается путем применения фильтра специального вида к частоте звукового сигнала, переведенной в мел-частотную шкалу. Основным отличием данной работы является учет динамики изменения мел-частотных кепстральных коэффициентов, которая также со-держит информацию о пользователе. Возможность появления новых уникальных пользователей в процессе функционирования системы делает невозможным использование многих классов нейронных сетей, так как обучение сети на новом наборе данных приведет к нарушению функционирования, «забыванию» результатов предыдущего обучения. Нейронные сети для интерактивного обучения накладывают ограничение на максимальное количество кластеров, которое неизвестно для данной задачи, и в общем случае требуют некоторого априорного знания входных данных (для установления пороговых значений и т.д.), которое сложно обеспечить на практике. Самоорганизующиеся растущие нейронные сети позволяют производить обучение на этапе всего функционирования системы, не требуют априорных знаний ни о пользователях, ни об их количестве. Динамическая структура нейронной сети позволяет создавать неограниченное число новых кластеров при появлении новых уникальных пользователей. Таким образом, данный метод позволяет построить гибкую систему кластеризации пользователей по голосу, адаптирующуюся под изменяющиеся входные данные.

8. Определение перспективных характеристик самолетов с помощью кластерного анализа [№3 за 2015 год]
Авторы: Вестяк В.А., Малашкин А.В., Малашкин А.А.
Просмотров: 8267
Проектирование новых типов легкомоторных самолетов требует обоснования предполагаемой пассажировме-стимости и грузоподъемности. В фундаментальных трудах излагаются основные подходы, задачи и методы их решения, связанные с общим проектированием самолетов различного назначения, а также вопросы проектирования отдельных частей самолета. В настоящей статье уделено внимание именно автоматизации решения проектной задачи: разработан и программно реализован эффективный алгоритм модифицированного кластерного анализа данных пассажирских авиаперевозок. На основе имеющихся в литературе данных кратко обосновывается необходимость проектирования отечественного самолета пассажировместимостью до 19 человек. При проектировании борта, харак-теризующего конкретную авиаперевозку, учитывались следующие параметры: дальность перелета, количество пассажиров и вес коммерческого груза. В случае использования классических подходов кластерного анализа (K-means или K-medians с конечным количеством кластеров) в каждом кластере будут находиться авиаперевозки, превышающие возможности самолета, с характеристиками, соответствующими характеристикам кластера. Каждая перевозка представляет собой точку в трехмерном пространстве, оси которого имеют разную размерность (км, количество пассажиров, кг), поэтому возникает проблема измерения расстояния в таком пространстве, так как подобрать эффективную метрику в нем не представляется возможным. В связи с этим использован не упомянутый классический подход, а оригинальный метод перехода от трехмерного к одномерному пространству для кластерного анализа. Предложен и обоснован критерий остановки алгоритма. Обработаны реальные данные о 1 017 конкретных авиаперевозках. Полученные результаты могут быть использованы проектировщиками самолетов и инженерами, занимающимися разработкой облика самолета.

9. База данных по биореакторам [№3 за 2015 год]
Авторы: Воробьёва Е.С., Иванов С.И., Меньшутина Н.В.
Просмотров: 8451
В настоящее время большое внимание уделяется развитию биотехнологических процессов, важным элементом которых является биореактор. В связи с развитием современной промышленности количество и многообразие вы-пускаемых биореакторов постоянно увеличивается. Для систематизации данных о промышленных биореакторах с помощью пакета Microsoft SQL Server 2008 R2 была создана БД «Bioreactors» (Биореакторы), в которой системати-зированы как сами аппараты, так и их основные технические и эксплуатационные характеристики. Для удобства эксплуатации разработанного программного продукта необходимо обеспечить максимально комфортное взаимодействие пользователя с программой, поэтому с помощью программного пакета Microsoft Visual Studio 2010 было разработано приложение, представляющее собой графический интерфейс БД. Приложение позволяет получать информацию о биореакторах, производителях, средствах автоматизации и другие данные в виде таблиц с возможностью сортировки сведений. Таблицы предназначены как для внесения в базу информации о новых моделях аппаратов, компаниях и измерительных приборах, так и для корректировки и обновления существующей информации. Часть программных окон оснащены графическими областями для наглядного представления конструкции биотехнологиче-ского аппарата. Полученный программный продукт имеет интерфейс, адаптированный для пользователей без знания языка запросов SQL. Для автоматического пополнения данных программного продукта был создан модуль ПО, позволяющий в автоматическом режиме анализировать, собирать и классифицировать информацию с web-сайтов производителей биореакторов для наполнения и актуализации имеющейся БД. Используемый в модуле подход основан на анализе DOM-дерева, а также комбинации таких методов, как HtmlAgilityPack и Data Extracting SDK.

10. Методы оптимального автоматизированного формирования турнирных таблиц [№3 за 2015 год]
Авторы: Глушань В.М., Кажаров А.А., Пономарев В.К.
Просмотров: 7577
В статье рассматриваются вопросы оперативного проведения жеребьевки и создания средствами компьютерных технологий турнирных таблиц для спортивных соревнований. Этот процесс, если он проводится вручную и при большом количестве участников соревнования, достаточно трудоемок. Целью жеребьевки является рассеивание игроков по разным группам таким образом, чтобы все группы имели примерно одинаковый суммарный рейтинг и при этом в каждую из них входили игроки из разных регионов. При организации турниров, в которых будут соперничать только по одному участнику от каждого региона, а регионов не очень много, жеребьевка особой проблемы не составляет. Ситуация значительно усложняется, когда от одного региона заявки на участие в турнире поданы несколькими представителями. В этом случае задача становится двухкритериальной. Необходимость учета регионального фактора вытекает из того, что часто в списке участников соревнований находятся игроки, имеющие потенциально общие интересы, которые могут привести к различного рода сговорам неспортивного характера. В статье рассмотрены некоторые как традиционные, так и нетрадиционные методы жеребьевки, проанализированы их возможности. Для автоматизированного формирования оптимальных турнирных таблиц была использована эвристика змейки. На ее основе разработаны алгоритм и программный продукт, проведены его исследования на достаточно большом количестве тестовых примеров. По предварительным оценкам компетентных членов судейской коллегии Международной федерации настольного тенниса, разработанный программный продукт в основном удовлетворяет требованиям по качеству автоматически создаваемых турнирных таблиц и позволяет многократно сократить время их формирования.

| 1 | 2 | 3 | 4 | Следующая → ►