Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН) @ia-spcras
Статьи журнала - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Все статьи: 332
Статья
В данной статье предложен новый алгоритм построения диаграммы Вороного на прямоугольных основаниях с отверстиями. Алгоритм основан на алгоритме построения диаграммы Вороного с метрикой расстояния L∞, разработанным Papadopoulou E. и Lee D.-T. Предложены модификации для обработки отверстий в модели диаграммы Вороного. Алгоритм обрабатывает искажения в структуре диаграммы, вызванные отверстиями, создавая слои береговой линии при построении диаграммы Вороного, названные тенями, и используя новый тип биссекторов, которые не задают ребер на диаграмме Вороного, но являются основой для структуры слоев береговой линии. Алгоритм задает новые события для заметающей прямой, сохраняя общие принципы обработки согласно базовому алгоритму. По результатам сравнения времени выполнения с предыдущим подходом определения пролетов в плите, предложенный алгоритм работает в 1.33 раза быстрее для плана с 75 опорами и в 15.17 раз быстрее для наибольшего протестированного количества опор, но медленнее для меньшего количества опор и большего числа отверстий. Предварительный корреляционный анализ показал наличие значимой линейной корреляции с коэффициентом 0.76 между площадью ячейки Вороного и требуемым количеством армирования, а также сильную и умеренную корреляцию между другими параметрами ячейки и метриками деформаций. В заключении указаны текущие ограничения модели и алгоритма, которые будут исследованы в дальнейшем.
Бесплатно
Онтологический подход к управлению рисками в системе управления очистными сооружениями
Статья
Современные системы управления технологическими процессами на критически важных объектах инфраструктуры, включая очистные сооружения, всё чаще становятся мишенью сложных кибератак, способных нарушить экологическую безопасность и устойчивость работы. Особенность задачи управления рисками в промышленных киберфизических системах (КФС) заключается в необходимости учитывать высокий уровень разнородности устройств, наличие данных об уязвимостях в программно-аппаратном обеспечении промышленного оборудования. Возникает необходимость в определении подхода, который учитывает поведение сложных КФС, особенности атакующих воздействий на КФС и последствия нарушения технологических процессов КФС. В статье предлагается подход к моделированию киберугроз КФС на примере очистных сооружений, в основе которого лежит онтологическая модель, ориентированная на оценку киберугроз для КФС. Модель связывает данные об уязвимостях и атаках со спецификой технологических процессов, включая экологические последствия нарушения целостности процесса очистки воды. Ее применение позволяет анализировать киберриски путем определения возможных информационные угроз с учетом последствий их реализации. Применение разработанной онтологии демонстрируется путем исследования атак, определенных для макета системы управления очистки воды флотационным методом.
Бесплатно
Статья
Оппортунистическая маршрутизация повысила эффективность и надежность в самоорганизующихся сетях когнитивной радиосвязи (CRAHN). Многие исследователи разработали модели оппортунистической маршрутизации, в том числе модель оппортунистической маршрутизации на базе карты спектра (SMOR), которая считается более эффективной моделью в этой области. Однако в SMOR существуют определенные ограничения, которые требуют внимания и устранения. В данной статье рассматривается проблема задержки и ухудшения коэффициента доставки пакетов из-за неучета пропускной способности сети. Чтобы решить эти проблемы, в базовой модели маршрутизации SMOR используется гибридный алгоритм оптимизации, состоящий из алгоритмов оптимизации Firefly и Grey Wolf. Разработанная таким образом гибридная модель маршрутизации SMOR на основе оптимизации Firefly и Grey-Wolf (HFGWOSMOR) повышает производительность за счет высокой локальной и глобальной поисковой оптимизации. Первоначально анализируется взаимосвязь между задержкой и пропускной способностью, а затем устанавливается совместная многолучевая связь. Предлагаемая модель маршрутизации также вычисляет значения энергии принимаемых сигналов в пределах порога полосы пропускания и периода времени, и, следовательно, проблемы с производительностью, обнаруженные в SMOR, решаются. Чтобы оценить её эффективность, предложенная модель сравнивается со SMOR и другими существующими моделями оппортунистической маршрутизации, которые показывают, что предлагаемая модель HFGWOSMOR работает лучше, чем другие модели.
Бесплатно
Статья
Одним из важнейших аспектов современных образовательных систем является определение вовлеченности учащихся, которое включает выявление того, насколько вовлечены, внимательны и активны учащиеся на занятиях в классе. Для преподавателей этот подход имеет важное значение, поскольку он дает представление об опыте обучения учащихся, позволяя адаптировать подходы в обучении и улучшать качество обучения. Традиционные методы оценки вовлеченности учащихся часто являются трудоемкими и субъективными. В этом исследовании предлагается новая система определения степени вовлеченности учащихся в реальном времени, которая использует сети пирамидальных признаков (FPN), улучшенные с помощью архитектуры Трансформера, с канально-пространственным вниманием (CSA), называемая BiusFPN_CSA. Предлагаемый подход автоматически анализирует модели вовлеченности учащихся, такие как поза тела, зрительный контакт и положение головы, из визуальных потоков данных путем интеграции передовых методов глубокого обучения и компьютерного зрения. За счет интеграции механизма внимания CSA с возможностями иерархического представления признаков FPN, модель может точно определять уровни вовлеченности учащихся, улавливая контекстную и пространственную информацию во входных данных. Кроме того, благодаря внедрению архитектуры Трансформера, модель достигает лучшей общей производительности за счет эффективного учета долгосрочных зависимостей и семантических связей во входных последовательностях. Оценка с использованием набора данных WACV показывает, что предлагаемая модель превосходит базовые методы с точки зрения точности. В частности, вариант FPN_CSA_Trans_EH предлагаемой модели превосходит FPN_CSA на 3,28% и 4,98% соответственно. Эти результаты подчеркивают эффективность структуры BiusFPN_CSA в определении вовлеченности учащихся в реальном времени, предлагая преподавателям ценный инструмент для повышения качества обучения, создания активной среды обучения и, в конечном итоге, улучшения результатов учащихся.
Бесплатно
Статья
В статье разработано вычислительно эффективное алгоритмическое решение задачи оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства. Сформированное решение применимо при наличии разнородных правил измерения параметров модели информационного противоборства, на основании которых формируется пара систем стохастических дифференциальных уравнений. Оценка информационного воздействия в модели оптимальной нелинейной фильтрации выполняется по критерию максимального правдоподобия по определяемой эволюции апостериорной условной функции плотности вероятности на заданном интервале наблюдения. Нахождение апостериорной условной функции плотности вероятности в заданный момент времени осуществляется с учетом теоремы сложения вероятностей, как вероятность суммы двух совместных событий, функции плотности которых устанавливаются из численного решения соответствующих робастных уравнений Дункана-Мортенсена-Закаи. Для первого события полагается, что первая система стохастических дифференциальных уравнений является уравнением состояния, а вторая - уравнением наблюдения. Для второго события устанавливается их определение в обратном порядке. Решение робастного уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи выполнено в постановке спектрального метода Галёркина при дискретизации интервала наблюдения на подынтервалы и сведении исходного решения к численному рекуррентному исследованию последовательности подзадач по так называемому Yau-Yau’s алгоритму, предполагающему оценку вероятностной меры из решения прямого уравнения Колмогорова при ее последующей коррекции по наблюдению. Для выделения особенностей алгоритмической реализации составленного решения сформирован алгоритм оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства при уточнении листинга исполняющей его функции, который представлен псевдокодом. Для выявления предпочтительности составленного алгоритмического решения по оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия проведена серия вычислительных экспериментов на тестовых выборках большого объема. Результат оценки информационного воздействия, получаемый по предложенному алгоритму, сравнен с определяемым решением: 1) по средневыборочным значением из моделей наблюдения; 2) ансамблевым расширенным фильтром Калмана; 3) алгоритмом фильтрации, предполагающим численное исследование уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи. По проведенному апостериорному исследованию выделены количественные показатели, устанавливающие выигрыш составленного алгоритма и границы его применимости.
Бесплатно
Оптимизационный подход к выбору методов обнаружения аномалий в однородных текстовых коллекциях
Статья
Рассматривается задача обнаружения аномальных документов в текстовых коллекциях. Существующие методы выявления аномалий не универсальны и не показывают стабильный результат на разных наборах данных. Точность результатов зависит от выбора параметров на каждом из шагов алгоритма, и для разных коллекций оптимальны различные наборы параметров. Не все из существующих алгоритмов обнаружения аномалий эффективно работают с текстовыми данными, векторное представление которых характеризуется большой размерностью при сильной разреженности. Задача поиска аномалий рассматривается в следующей постановке: требуется проверить новый документ, загружаемый в прикладную интеллектуальную информационную систему (ПИИС), на соответствие хранящейся в ней однородной коллекции документов. В ПИИС, обрабатывающих юридически значимые документы, на методы обнаружения аномалий накладываются следующие ограничения: высокая точность, вычислительная эффективность, воспроизводимость результатов, а также объяснимость решения. Исследуются методы, удовлетворяющие этим условиям. В работе изучается возможность оценки текстовых документов по шкале аномальности путем внедрения в коллекцию заведомо инородного документа. Предложена стратегия обнаружения в документе новизны по отношению к коллекции, предполагающая обоснованный подбор методов и параметров. Показано, как на точность решения влияет выбор вариантов векторизации, принципов токенизации, методов снижения размерности и параметров алгоритмов поиска аномалий. Эксперимент проведен на двух однородных коллекциях нормативно-технических документов: стандартов в отношении информационных технологий и в сфере железных дорог. Использовались подходы: вычисление индекса аномальности как расстояния Хеллингера между распределениями близости документов к центру коллекции и к инородному документу; оптимизация алгоритмов поиска аномалий в зависимости от методов векторизации и снижения размерности. Векторное пространство строилось с помощью преобразования TF-IDF и тематического моделирования ARTM. Тестировались алгоритмы Isolation Forest (изолирующий лес), Local Outlier Factor (локальный фактор выброса), OneClass SVM (вариант метода опорных векторов). Эксперимент подтвердил эффективность предложенной оптимизационной стратегии для определения подходящего метода обнаружения аномалий для заданной текстовой коллекции. При поиске аномалии в рамках тематической кластеризации юридически значимых документов эффективен метод изолирующего леса. При векторизации документов по TF-IDF целесообразно подобрать оптимальные параметры словаря и использовать метод опорных векторов с соответствующей функцией преобразования признакового пространства.
Бесплатно
Оптимизация живучести энергетических комплексов
Статья
В настоящее время разработка подходов, повышающих живучесть энергетических комплексов, является весьма актуальным направлением исследований. Такие подходы основаны на структурной и параметрической оптимизации структуры исследуемой системы. Как правило, эти подходы тесно связаны с определенным пространственно-временным диапазоном и конкретным методом оптимизации. Применение разработанных подходов в иных диапазонах зачастую приводит к существенному увеличению времени вычислений и возможному снижению точности решения. Эта проблема обусловлена сложностью моделей оптимизации энергосистем и их различиями. Для решения этой проблемы нами разработана методология выбора наиболее подходящих методов проектирования живучих энергетических комплексов в заданном пространственно-временном диапазоне. Методология основана на методах тестирования в рамках специализированного испытательного стенда и многокритериальном анализе результатов испытаний. Критерии оценки методов включают как сводные метрики живучесть, так и параметры эффективности вычислительных ресурсов. Проиллюстрированы преимущества методологии для проектирования живучих национальных и локальных энергетических комплексов. Несколько десятков методов из известной библиотеки Parallel Global Multiobjective Optimizer были эффективно протестированы в течение 10 часов. Анализ результатов тестирования проводился с использованием различных многокритериальных алгоритмов с учетом приоритетности критериев.
Бесплатно
Оптимизация размера ансамбля регрессоров
Статья
Алгоритмы обучения ансамблей, такие как bagging, часто генерируют неоправданно большие композиции, которые, помимо потребления вычислительных ресурсов, могут ухудшить обобщающую способность. Обрезка (pruning) потенциально может уменьшить размер ансамбля и повысить точность; однако большинство исследований сегодня сосредоточены на использовании этого подхода при решении задачи классификации, а не регрессии. Это связано с тем, что в общем случае обрезка ансамблей основывается на двух метриках: разнообразии и точности. Многие метрики разнообразия разработаны для задач, связанных с конечным набором классов, определяемых дискретными метками. Поэтому большинство работ по обрезке ансамблей сосредоточено на таких проблемах: классификация, кластеризация и выбор оптимального подмножества признаков. Для проблемы регрессии гораздо сложнее ввести метрику разнообразия. Фактически, единственной известной на сегодняшний день такой метрикой является корреляционная матрица, построенная на предсказаниях регрессоров. Данное исследование направлено на устранение этого пробела. Предложено условие, позволяющее проверить, включает ли регрессионный ансамбль избыточные модели, т. е. модели, удаление которых улучшает производительность. На базе этого условия предложен новый алгоритм обрезки, который основан на декомпозиции ошибки ансамбля регрессоров на сумму индивидуальных ошибок регрессоров и их рассогласованность. Предложенный метод сравнивается с двумя подходами, которые напрямую минимизируют ошибку путем последовательного включения и исключения регрессоров, а также с алгоритмом упорядоченного агрегирования (Ordered Aggregation). Эксперименты подтверждают, что предложенный метод позволяет уменьшить размер ансамбля регрессоров с одновременным улучшением его производительности и превосходит все сравниваемые методы.
Бесплатно
Статья
Рассматривается проблема распределения заданий между группами мобильных роботов в условиях параметрической и стохастической неопределенности, возникающей из-за сенсорных погрешностей, нестационарности среды и ограниченности информации об объектах управления. Основная цель работы – адаптировать разработанные ранее эвристические алгоритмы к реальным условиям, где присутствуют сенсорные ошибки и недостаток информации о состоянии среды. В качестве базовых подходов рассматриваются три алгоритма: муравьиный алгоритм, нейронная сеть Хопфилда и генетический алгоритм. Разработаны специальные модификации для каждого алгоритма, учитывающие неопределенность исходных данных: динамическое обновление феромонных следов, адаптивная коррекция весовых коэффициентов нейронов и интервальная оценка параметров среды. Приведены общая постановка задачи, математические модели и принципы построения предложенных алгоритмов распределения заданий. Было проведено численное моделирование для сравнения модифицированных версий алгоритмов с их базовыми аналогами в условиях различных уровней неопределенности функционирования системы. Установлено, что предложенные адаптивные механизмы улучшают эффективность распределения заданий до 20 % по сравнению с базовыми методами. На основании полученных результатов сформулированы рекомендации по выбору оптимального алгоритма в зависимости от конкретных условий функционирования системы и задач управления. Сделан вывод о целесообразности использования разработанных подходов при проектировании интеллектуальных адаптивных систем группового управления мобильными роботами. Предложенные решения могут применяться и для более широкого круга задач, включая динамическое переназначение ресурсов и организацию кооперативного поведения технических агентов.
Бесплатно
Статья
Растущий спрос на транспортировку товаров, обусловленный расширением глобальных цепочек поставок и растущими ожиданиями клиентов, подчеркивает острую необходимость оптимизации транспортных расходов для повышения эффективности логистики. В условиях быстро развивающегося и конкурентного рынка предприятия сталкиваются с растущими проблемами в управлении сложными транспортными сетями, минимизации эксплуатационных расходов и удовлетворении разнообразных требований клиентов. Для решения этих проблем в данной статье представлено решение, разработанное для снижения транспортных расходов за счет оптимизации потока товаров и повышения эффективности использования ресурсов. Используя передовые методы оптимизации и стратегии на основе данных, предлагаемое решение позволяет выявить неэффективности, упростить процесс принятия решений и улучшить распределение ресурсов. Первые результаты показывают, что этот подход не только значительно снижает эксплуатационные расходы, но и повышает способность предприятий быстро и эффективно реагировать на меняющиеся требования клиентов, обеспечивая как экономическую эффективность, так и удовлетворенность клиентов. Однако по мере дальнейшего развития логистической отрасли и увеличения объемов транзакций ожидается, что сценарии транспортировки станут более сложными, а требования клиентов – более разнообразными. Эти изменения требуют дальнейшего совершенствования и масштабируемости предложенного решения для работы с расширенными сетями, более сложными логистическими задачами и широким спектром потребительских требований. В будущих исследованиях приоритетное внимание будет уделено разработке крупномасштабных моделей, способных включать больше переменных, повышать вычислительную эффективность и обеспечивать более быстрое и точное принятие решений в условиях растущей сложности логистического сектора. Таким образом, предлагаемое решение представляет собой значительный шаг вперед в оптимизации транспортных расходов и повышении эффективности логистики. Первые результаты показывают, что данное решение позволяет сократить транспортные расходы на 19,02–29,65% и повысить вычислительную эффективность в задачах маршрутизации малого и среднего масштаба (10-20 клиентов). Несмотря на его потенциал, необходимы дополнительные исследования для обоснования масштабируемости для более крупных наборов данных. Таким образом, наш подход обеспечивает прочную основу для оптимизации логистики с четкими перспективами расширения и адаптации в реальных условиях.
Бесплатно
Основанный на генетическом подходе алгоритм внутрикодирования для H.266/VVC
Статья
Представлен генетический подход для оптимизации внутреннего кодирования в H.266/VVC. Предлагаемый алгоритм эффективно выбирает инструменты кодирования и многотипные древовидные разбиения (MTT) для достижения баланса между временем кодирования и качеством видео. Функция оценки пригодности, которая объединяет показатели восприятия и эффективности кодирования, используется для оценки качества каждого возможного решения. Результаты демонстрируют значительное сокращение времени кодирования без ущерба для качества видео. Предлагаемый алгоритм выбирает инструменты кодирования из набора доступных инструментов в H.266/VVC. Эти инструменты включают режимы внутреннего прогнозирования, единицы преобразования, параметры квантования и режимы энтропийного кодирования. Схема разбиения MTT включает четыре типа разбиений: квадродерево, двоичное дерево, троичное дерево и квадро-двоичное дерево. Показатели восприятия используются для оценки визуального качества закодированного видео. Показатели эффективности кодирования используются для оценки эффективности кодирования закодированного видео. Функция оценки пригодности объединяет показатели восприятия и показатели эффективности кодирования для оценки качества каждого возможного решения.
Бесплатно
Открытие чёрного ящика: Извлечение семантических факторов Осгуда из языковой модели word2vec
Статья
Современные модели искусственного интеллекта развиваются в парадигме чёрного ящика, когда значима только информация на входе и выходе системы, тогда как внутренние представления интерпретации не имеют. Такие модели не обладают качествами объяснимости и прозрачности, необходимыми во многих задачах. Статья направлена на решение данной проблемы путём нахождения семантических факторов Ч. Осгуда в базовой модели машинного обученния word2vec, представляющей слова естественного языка в виде 300-мерных неинтерпретируемых векторов. Искомые факторы определяются на основе восьми семантических прототипов, составленных из отдельных слов. Ось оценки в пространстве word2vec находится как разность между положительным и отрицательным прототипами. Оси силы и активности находятся на основе шести процессно-семантических прототипов (восприятие, анализ, планирование, действие, прогресс, оценка), представляющих фазы обобщённого кругового процесса в данной плоскости. Направления всех трёх осей в пространстве word2vec найдены в простой аналитической форме, не требующей дополнительного обучения. Как и ожидается для независимых семантических факторов, полученные направления близки к попарной ортогональности. Значения семантических факторов для любого объекта word2vec находятся с помощью простой проективной операции на найденные направления. В соответствии с требованиями к объяснимому ИИ, представленный результат открывает возможность для интерпретации содержимого алгоритмов типа "чёрный ящик'' в естественных эмоционально-смысловых категориях. В обратную сторону, разработанный подход позволяет использовать модели машинного обучения в качестве источника данных для когнитивно-поведенческого моделирования.
Бесплатно
Оценивание информативности признаков в наборах данных для проведения продлённой аутентификации
Статья
Продлённая аутентификация позволяет избавиться от недостатков, присущих статической аутентификации, например, идентификаторы могут быть потеряны или забыты, пользователь совершает только первоначальный вход в систему, что может быть опасно не только для областей, требующих обеспечения высокого уровня безопасности, но и для обычного офиса. Динамическая проверка пользователя во время всего сеанса работы может повысить безопасность системы, поскольку во время работы пользователь может подвергнуться воздействию со стороны злоумышленника (например, быть атакованным) или намеренно передать ему права. В таком случае оперировать машиной будет не пользователь, который выполнил первоначальный вход. Классификация пользователей во время работы системы позволит ограничить доступ к важным данным, которые могут быть получены злоумышленником. Во время исследования были изучены методы и наборы данных, использующихся для продлённой аутентификации. Затем был сделан выбор наборов данных, которые использовались в дальнейшем исследовании: данные о движении смартфона и смарт-часов (WISDM) и динамике активности мыши (Chao Shen’s, DFL, Balabit). Помочь улучшить результаты работы моделей при классификации может предварительный отбор признаков, например, через оценивание их информативности. Уменьшение размерности признаков позволяет снизить требования к устройствам, которые будут использоваться при их обработке, повысить объём перебора значений параметров классификаторов при одинаковых временных затратах, тем самым потенциально повысить долю правильных ответов при классификации за счёт более полного перебора параметров значений. Для оценивания информативности использовались метод Шеннона, а также алгоритмы, встроенные в программы для анализа данных и машинного обучения (WEKA: Machine Learning Software и RapidMiner). В ходе исследования были выполнены расчёты информативности каждого признака в выбранных для исследования наборах данных, затем с помощью RapidMiner были проведены эксперименты по классификации пользователей с последовательным уменьшением количества используемых при классификации признаков с шагом в 20%. В результате была сформирована таблица с рекомендуемыми наборами признаков для каждого набора данных, а также построены графики зависимостей точности и времени работы различных моделей от количества используемых при классификации признаков.
Бесплатно
Оценка влияния битности чисел с плавающей запятой на точность распознавания дикторов
Статья
В статье проводится анализ изменения точности распознавания личности по голосу при выделении разного количества бит на число с плавающей запятой (квантование) выходного тензора нейронной сети. Тензор характеризирует скрытое пространство нейронной сети, которое содержит скрытые признаки, используемые при решении задачи распознавания дикторов. Обычно, на каждое число выходного пространства выделяется тридцать два бита (выходной тензор, исследуемых методов содержит 512 чисел), поэтому для поддержки постоянно актуализируемой базы данных требуется большое количество памяти. Из-за этого, особый интерес представляет тип чисел с плавающей запятой – minifloat, позволяющий работать с численным представлениями, на которые выделяются восемь, шесть или четыре бита. Для обеспечения полноты результатов исследования, выбраны три нейросетевых решения, показывающие лучшие результаты распознавания на тестовой выборке: CAM++, WavLM, ReDimNet. Модели обладают уникальными архитектурными особенностями, что позволяет оценить изменение точности распознавания дикторов при уменьшении битности в зависимости от используемого типа архитектуры нейронной сети. Точность распознавания оценивается с помощью точки пересечения ошибок первого и второго рода. При проведении оценки точности распознавания используется англоязычный набор данных VoxCeleb-1, по характеристикам содержащихся аудиозаписей соответствует небольшой базе данных биометрической системы. Актуальность представленного материала обусловлена возрастающим количеством научных работ, которые предлагают использовать голос в качестве верификационного ключа. Поэтому, при работе с большим набором биометрических данных необходимо выделять большие объёмы памяти как на жёстких дисках, так и ОЗУ. Современные базы данных постоянно актуализируются и расширяются, что приводит к увеличению необходимых ресурсов на её поддержку. Одним из возможных методов решения может являться применение операции квантования к выходному тензору нейронной сети. Однако, преждевременное уменьшение количества выделяемых бит на число в выходном тензоре может привести к значительному ухудшению качества распознавания, относительно базовой версии сети. Основным направлением исследования является минимизация ресурсов для поддержки биометрической системы без дополнительного обучения нейронной сети.
Бесплатно
Оценка возможностей орбитальных оптических средств по получению информации о космических объектах
Статья
Цель исследования заключается в выборе оптимальных условий сбора некоординатной информации о космическом объекте орбитальным оптическим средством при прохождении обоими объектами окрестностей точек минимального расстояния между их орбитами. Для достижения указанной цели предложен количественный показатель, характеризующий меру возможности получения некоординатной информации о космическом объекте с требуемым уровнем качества. Аргументами функции, характеризующей вводимый показатель, являются: расстояние между объектами; относительная скорость объектов; фазовый угол освещенности космического объекта Солнцем по отношению к оптико-электронному средству; длительность интервала времени, в течение которого оба объекта находятся в окрестности точки минимума расстояния между их орбитами. Расчет величины показателя обеспечивается решением трех частных задач исследования. Первая задача – поиск окрестностей, включающих минимальные расстояния между орбитами космического объекта и орбитального оптического средства. Для ее решения используется быстрый алгоритм расчета минимального расстояния между орбитами, при этом осуществляется прогноз дрейфа найденных окрестностей на интервале времени до 60 часов. Вторая задача – оценка характеристик движения и условий оптической видимости космического объекта в окрестностях точек минимума расстояния между его орбитой и орбитой оптического средства. Решение данной задачи осуществляется средствами имитационного моделирования с использованием библиотеки прогноза движения космических объектов SGP4. Третья задача – обоснование и расчет показателя, характеризующего меру возможности получения некоординатной информации о космическом объекте. Для решения данной задачи разработана система правил нечеткого логического вывода, которая используется в качестве входных данных алгоритма Мамдани. Рассматриваемая методика реализована программно, в ходе вычислительного эксперимента проведена оценка возможности получения некоординатной информации по низкоорбитальным и геостационарным космическим объектам. Применение предложенного показателя обеспечивает повышение результативности процедуры сбора некоординатной информации о космических объектах за счет выбора наиболее информативных альтернатив контроля космических объектов из доступного множества возможных наблюдений на заданном интервале планирования сбора информации о космических объектах.
Бесплатно
Оценка методов скелетизации двумерных бинарных изображений
Статья
В сфере современной обработки изображений упор часто делается на инженерные подходы, а не на научные решения разнообразных практических задач. Одна из распространенных задач в этой области включает скелетирование бинарных изображений. Скелетонизация — это мощный процесс извлечения скелета объектов, находящихся в цифровом бинарном изображении. Этот процесс широко используется для автоматизации многих задач в различных областях, таких как распознавание образов, техническое зрение, анимация и анализ изображений. Существующие методы скелетизации в принципе основаны на трех подходах: эрозии границ, дистанционном кодировании и диаграмме Вороного для идентификации приблизительного скелета. В работе представлены результаты эмпирического оценивания набора хорошо известных методов. Затем выполнен расчет скелетов в двумерном бинарном изображении c выбором различных подходов и оценкой их эффективности. Визуальная оценка – это основной метод, используемый для демонстрации производительности выбранных алгоритмов скелетирования. Из-за отсутствия окончательного определения «истинного» скелета цифрового объекта точная оценка эффективности алгоритмов скелетирования представляет собой серьезную исследовательскую задачу. Были попытки проведения количественной оценки, однако применяемые меры обычно адаптировали для конкретных областей. Экспериментальные результаты, показанные в этой работе, иллюстрируют эффективность трех основных подходов к скелетизации изображений в различных перспективных приложениях.
Бесплатно
Статья
Видеоконтент в формате 360 градусов стал ключевым компонентом в средах виртуальной реальности, предлагая зрителям захватывающий и увлекательный опыт. Однако потоковая передача такого комплексного видеоконтента сопряжена со значительными трудностями, обусловленными существенными размерами файлов и переменчивыми сетевыми условиями. Для решения этих проблем в качестве перспективного решения, направленного на снижение нагрузки на пропускную способность сети, появилась адаптивная потоковая передача просмотра. Эта технология предполагает передачу видео более низкого качества для периферийных зон просмотра, а высококачественный контент – для конкретной зоны просмотра, на которую активно смотрит пользователь. По сути, это требует точного прогнозирования направления просмотра пользователя и повышения качества этого конкретного сегмента, что подчеркивает значимость адаптивной потоковой передачи просмотра (VAS). Наше исследование углубляется в применение методов пошагового обучения для прогнозирования оценок, требуемых системой VAS. Таким образом, мы стремимся оптимизировать процесс потоковой передачи, обеспечивая высокое качество отображения наиболее важных фрагментов видео. Кроме того, наш подход дополняется тщательным анализом поведения движений головы и лица человека. Используя эти данные, мы разработали модель обучения с подкреплением, специально предназначенную для прогнозирования направлений взгляда пользователя и повышения качества изображения в целевых областях. Эффективность предлагаемого нами метода подтверждается нашими экспериментальными результатами, которые показывают значительные улучшения по сравнению с существующими эталонными методами. В частности, наш подход повышает метрику прецизионности на значения в диапазоне от 0,011 до 0,022. Кроме того, он снижает среднеквадратичную ошибку (RMSE) в диапазоне от 0,008 до 0,013, среднюю абсолютную ошибку (MAE) – от 0,012 до 0,018 и оценку F1 – от 0,017 до 0,028. Кроме того, мы наблюдаем увеличение общей точности с 2,79 до 16,98. Эти улучшения подчеркивают потенциал нашей модели для значительного улучшения качества просмотра в средах виртуальной реальности, делая потоковую передачу видео на 360 градусов более эффективной и удобной для пользователя.
Бесплатно
Статья
Оценка рисков информационной безопасности является важнейшим компонентом методов промышленного менеджмента, который помогает выявлять, количественно определять и оценивать риски в сравнении с критериями принятия рисков и целями, относящимися к организации. Благодаря своей способности комбинировать несколько параметров для определения общего риска традиционный метод оценки рисков, основанный на нечетких правилах, используется во многих отраслях промышленности. Этот метод имеет недостаток, поскольку он используется в ситуациях, когда необходимо оценить несколько параметров, и каждый параметр выражается различным набором лингвистических фраз. В этой статье представлены теория нечетких множеств и модель прогнозирования рисков с использованием искусственной нейронной сети (ANN), которые могут решить рассматриваемую проблему. Также разработан алгоритм, который может изменять факторы, связанные с риском, и общий уровень риска с нечеткого свойства на атрибут с четким значением. Система была обучена с использованием двенадцати выборок, представляющих 70%, 15% и 15% набора данных для обучения, тестирования и валидации соответственно. Кроме того, также была разработана пошаговая регрессионная модель, и ее результаты сравниваются с результатами ANN. С точки зрения общей эффективности, модель ANN (R2= 0,99981, RMSE=0,00288 и MSE=0,00001) показала лучшую производительность, хотя обе модели достаточно удовлетворительны. Делается вывод, что модель ANN, прогнозирующая риск, может давать точные результаты до тех пор, пока обучающие данные учитывают все мыслимые условия.
Бесплатно
Оценка состояния агента с динамикой стохастического характера с помощью рекуррентных фильтров
Статья
В работе представлен метод оценки состояния агента многоагентной биологической системы по зашумленным измерениям с помощью рекуррентных фильтров. Рассмотрена проблема масштабируемости существующих подходов к регистрации поведения лабораторных грызунов и отсутствия единого математического описания. Приведено математическое описание агента биологической системы как нелинейной дискретной стохастической системы в пространстве состояний и постановка задачи оценки его состояния. Представлено решение поставленной задачи на примере ключевых точек крысы линии Wistar, которые измеряются с помощью предварительно обученного детектора. В работе предлагается использовать полносвязную нейронную сеть для параметризации неизвестной динамики системы. Для сравнительного анализа выбраны фильтр частиц (последовательный метод Монте-Карло) и ансцентный фильтр Калмана. Сравнение методов производилось на собранном и подготовленном наборе данных, который содержит изображения с разрешением 1060×548 и разметку скелетных точек крысы. Представленные результаты экспериментов по сравнению методов оценки состояния показывают высокую эффективность предложенного метода и его преимущество перед аналитическим описанием нелинейной динамики системы. Среди сравниваемых подходов минимальную среднюю ошибку 6,4 пикселей показала двойная оценка вектора состояния и параметров нейронной сети с помощью двух ансцентных фильтров Калмана. Однако для практического применения в реальном времени больше подходит один фильтр с предварительно обученной нейронной сетью. В таких условиях ансцентный фильтр Калмана показал лучшие результаты по точности, чем фильтр частиц (средняя ошибка 8,1 пикселя против 12,0 пикселей). Результаты работы могут быть использованы для решения задачи автоматической регистрации поведения крыс линии Wistar с помощью параметризации функций, связывающих векторы состояния с выходными векторами индивидуального и группового поведения.
Бесплатно
Статья
Реализация концепции умного города (smart city) подразумевает переход от традиционных компьютерных сетей, имеющих четкий информационный периметр, к распределенным сетям нового поколения. Для распределенных подсистем умного города свойственны реконфигурируемая сетевая топологии, открытость, мобильность узлов и построение защиты информации на базе распределенных реестров данных, что открывает новые возможности для злоумышленников. Ситуация осложняется тем, что скорость создания новых цифровых инфраструктур превосходит скорость разработки средств защиты, отвечающих актуальным вызовам. Учитывая специфические свойства объекта защиты, динамику развития угроз безопасности и ограниченный выбор защитных механизмов, для поддержания высокого уровня защищенности систем умного города необходимо проводить непрерывную оценку эффективности защиты и ее перенастройку. В результате анализа существующих решений по оценке эффективности систем обеспечения информационной безопасности установлено, что они работают в проактивном режиме и не учитывают высокую динамику системы «угрозы-защиты» в системах умного города. В статье представлена построенная модель оценки эффективности обеспечения информационной безопасности, базирующая на нелинейной динамической модели конкуренции за влияние на функционирование информационной инфраструктуры. Для поддержания устойчивого состояния системы умного города необходимо выполнение критерия о соотношении скоростей обнаружения и развития компьютерной атаки в инфраструктуре. На разработанном экспериментальном макете эмулированы сценарии развития компьютерных атак «эксплуатация уязвимости ПО», «распределенный отказ в обслуживании», «черная дыра» и «атака большинства» на примере интеллектуальной транспортной сети VANET в инфраструктуре умного города при использовании различных конфигураций системы защиты. В ходе сравнительного эксперимента разных конфигураций системы защиты сети VANET показано, что пример комплекса, реализующего обнаружение атак с помощью сверточной нейросети, динамическую маршрутизацию на базе муравьиного алгоритма и протокол Hashgraph с внедренной моделью доверия, удовлетворяет критерию устойчивости. Применение предложенной модели оценки позволяет обоснованно контролировать и динамически регулировать конфигурацию системы защиты.
Бесплатно
