Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН) @ia-spcras
Статьи журнала - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Все статьи: 332
Статья
Данная статья посвящена проблеме автоматизации этапа объединения скважин в кусты, рассматриваемого в рамках процесса проектирования разработки нефтяных месторождений. Решение задачи объединения скважин в кусты заключается в определении наилучшего расположения кустовых площадок и распределения скважин по кустам, при которых будут минимизированы затраты на разработку и обслуживание нефтяного месторождения, а ожидаемый дебит максимизирован. Одним из используемых на сегодняшний день подходов является применение оптимизационных алгоритмов. При этом данная задача влечет за собой учет технологических ограничений при поиске оптимального варианта разработки нефтяного месторождения, обоснованным в том числе действующими в отрасли регламентами, а именно минимальное и максимальное допустимое количество скважин в кусте, а также минимально допустимое расстояние между двумя кустовыми площадками. Использование алгоритмов оптимизации не всегда гарантирует оптимальный результат, при котором соблюдаются все заданные ограничения. В рамках данного исследования предложен алгоритм, который позволяет обрабатывать получаемые проектные решения с целью устранения нарушенных ограничений на этапе оптимизации. Алгоритм последовательно решает следующие проблемы: нарушение ограничений на сверхмалое и сверхбольшое количество скважин в кусте; несоответствие числа кустов с заданным; нарушение ограничения на сверхблизкое расположение кустов. Для исследования эффективности разработанного подхода был проведен вычислительный эксперимент на трех сгенерированных синтетических месторождениях с разной геометрией. В рамках эксперимента сравнивалось качество работы оптимизационного метода и предложенного алгоритма, который является надстройкой к оптимизационному. Сравнение проводилось на различных значениях мощности оптимизации, которое обозначает максимальное количество запусков целевой функции. Оценка качества работы сравниваемых подходов определяется величиной штрафа, которая обозначает степень нарушения значений основных ограничений. Критериями эффективности в данной работе являются: среднее значение, среднеквадратичное отклонение, медиана, минимальное и максимальное значения величины штрафа. За счет использования данного алгоритма величина штрафа для первого и третьего месторождений в среднем уменьшается соответственно до 0.04 и 0.03, а для второго месторождения алгоритм позволил получить проектные решения без нарушения ограничений. По результатам проведенного исследования сделано заключение относительно эффективности применения разработанного подхода при решении задачи разработки нефтяных месторождений.
Бесплатно
Алгоритм оптимизации извлечения ключевых слов на основе применения лингвистического парсера
Статья
В данной статье представлено аналитическое исследование особенностей двух типов парсинга, а именно синтаксический анализ составляющих (constituency parsing) и синтаксический анализ зависимостей (dependency parsing). Также в рамках проведенного исследования разработан алгоритм оптимизации извлечения ключевых слов, отличающийся применением функции извлечения именных фраз, предоставляемой парсером, для фильтрации неподходящих фраз. Алгоритм реализован с помощью трех разных парсеров: SpaCy, AllenNLP и Stazna. Эффективность предложенного алгоритма сравнивалась с двумя популярными методами (Yake, Rake) на наборе данных с английскими текстами. Результаты экспериментов показали, что предложенный алгоритм с парсером SpaCy превосходит другие алгоритмы извлечения ключевых слов с точки зрения точности и скорости. Для парсера AllenNLP и Stanza алгоритм так же отличается точностью, но требует гораздо большего времени выполнения. Полученные результаты позволяют более детально оценить преимущества и недостатки изучаемых в работе парсеров, а также определить направления дальнейших исследований. Время работы парсера SpaCy значительно меньше, чем у двух других парсеров, потому что парсеры, которые используют переходы, применяют детерминированный или машинно-обучаемый набор действий для пошагового построения дерева зависимостей. Они обычно работают быстрее и требуют меньше памяти по сравнению с парсерами, основанными на графах, что делает их более эффективными для анализа больших объемов текста. С другой стороны, AllenNLP и Stanza используют модели парсинга на основе графов, которые опираются на миллионы признаков, что ограничивает их способность к обобщению и замедляет скорость анализа по сравнению с парсерами на основе переходов. Задача достижения баланса между точностью и скоростью лингвистического парсера является открытой темой, требующей дальнейших исследований в связи с важностью данной проблемы для повышения эффективности текстового анализа, особенно в приложениях, требующих точности при работе в реальном масштабе времени. С этой целью авторы планируют проведение дальнейших исследований возможных решений для достижения такого баланса.
Бесплатно
Статья
Автоматический синтаксический анализ предложения — одна из важных задач компьютерной лингвистики. В настоящее время для русского языка отсутствуют общедоступные и пригодные для практического применения анализаторы синтаксической структуры. Создание таких анализаторов «с нуля» требует составления корпуса деревьев, размеченного в соответствии с заданной формальной грамматикой, что представляет собой крайне трудоёмкую задачу. Однако, поскольку для русского языка существует несколько анализаторов синтаксических связей, представляется полезным использовать результаты их работы для анализа синтаксической структуры предложений. В настоящей работе предлагается алгоритм, позволяющий построить дерево синтаксических единиц русскоязычного предложения по данному дереву синтаксических связей. Алгоритм использует грамматику, сформулированную в соответствии с классическим справочником Д.Э. Розенталя. Приведены результаты экспериментов по оценке качества работы предложенного алгоритма на корпусе из 300 предложений на русском языке. 200 предложений были выбраны из вышеупомянутого справочника и 100 из открытого корпуса публицистических текстов OpenCorpora. В ходе экспериментов предложения подавались на вход анализаторов из состава библиотек Stanza, SpaCy и Natasha, после чего полученные деревья синтаксических связей обрабатывались предложенным алгоритмом. Полученные в результате обработки деревья синтаксических единиц сравнивались с размеченными вручную экспертами-филологами. Наилучшее качество было получено при использовании анализатора синтаксических связей из библиотеки Stanza: F1-мера построения синтаксических единиц составила 0.85, а точность определения членов предложения — 0.93, чего должно быть достаточно для решения многих практических задач в таких областях, как извлечение событий, информационный поиск, анализ тональности.
Бесплатно
Статья
В статье представлен обзор в области систем управления динамическими объектами на базе методов машинного обучения с подкреплением. На основе проведенного анализа сделан вывод о актуальности развития методов управления, базирующихся на обучении с подкреплением. В статье предлагается интеллектуальный алгоритм робастного управления устойчивыми динамическими объектами с одним входом и одним выходом, базирующийся на табличном Q-методе обучения нулевого порядка. Алгоритм осуществляет стабилизацию выходной величины объекта управления с заданной погрешностью, если параметры и внешние возмущения объекта являются кусочно-постоянными неизвестными величинами, а вектор состояния является измеряемым. Новизна предложенного алгоритма заключается в новом инкрементальном способе формирования управления, который позволяет, базируясь на множестве из трех возможных действий, стабилизировать объект управления. Предложенный способ формирования множества управляющих воздействий позволяет обеспечить требуемую точность стабилизации выхода объекта, изменяя амплитуду приращения управления. Также элементом новизны является предложенное выражения для расчета вознаграждения, которое позволяет ограничить изменения управления. Предлагаемый алгоритм обладает высокой вычислительной эффективностью. После обучения вычисление управления сводится к вычислению индексов по результатам измерения, чтению данных из памяти по вычисленным индексам и нахождению максимального значения в векторе небольшой размерности. В работе исследованы условия сходимости алгоритма обучения и ограниченности ошибки управления. Разработанный алгоритм демонстрируется на примере синтеза робастного управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением. В ходе численного моделирования исследуется качество замкнутой системы при изменении параметров и задающего воздействия. Анализ результатов позволяет сделать выводы об эффективности синтезированного алгоритма. В статье приводятся результаты экспериментов, которые демонстрируют техническую реализуемость полученного алгоритма. Данный вопрос является важным, так как анализ источников показывает практически полное отсутствие технической реализации систем управления динамическими объектами, синтезированными с использованием методов обучения с подкреплением.
Бесплатно
Статья
Работа посвящена разработке и экспериментальной валидации автоматизации построения маршрутов движения рабочих групп при аэроинспекции линий электропередач при помощи квадрокоптеров. Входными данными служат общедоступные геопространственные ресурсы – векторные карты «OpenStreetMap» и цифровые модели рельефа «NASA Earthdata SRTM», что исключает необходимость предварительных полевых измерений и упрощает перенос методики на новые участки. В работе получены следующие новые научные результаты: 1) новый алгоритм автоматизированного выбора зон взлёта-посадки квадрокоптеров на основе открытых данных, позволяющий определять подходящие зоны алгоритмически вне города согласно требованиям стандарта о проведении инспекции подвесного оборудования на опорах ЛЭП – СТО 56947007-29.200.10.235-2016; 2) разработаны два согласованных алгоритма: первый определяет промежуточные точки для построения маршрута вдоль опор ЛЭП, второй выбирает зоны взлёта и посадки БПЛА, а их совместное применение формирует наземный маршрут сопровождения, пригодный для движения обычного полноприводного колёсного транспорта вдоль опор ЛЭП; 3) результаты натурных экспериментальных исследований, демонстрирующие, что время проведения инспекции с дронами, на основе представленных в работе алгоритмов, на 53% меньше, чем без использования БПЛА, помимо этого, экспериментальные испытания показали соответствие зон взлёта-посадки заявленным требованиям. Разработанные алгоритмы реализованы в виде плагина к среде «QGIS 3.22». Испытания, проведенные на реальном 4,6-километровом сегменте линий электропередач в холмисто-лесистой местности, продемонстрировали, что предлагаемый алгоритм выбора зон взлёта-посадки позволяет сократить время обследования на 53%. Полученные количественные результаты подтверждают высокую эффективность аэродиагностики линий электропередач, по сравнению с наземной инспекцией. Однако, данный уровень эффективности достигается только при качественном планировании маршрутов инспекции, что и обеспечивается с использованием разработанных программно-алгоритмических решений.
Бесплатно
Статья
Методы машинного обучения и цифровой обработки сигналов применяются в различных отраслях, в том числе при анализе и классификации сейсмических сигналов поверхностных источников. Разработанный алгоритм анализа типов волн позволяет автоматически идентифицировать и, соответственно, отделять приходящие сейсмические волны на основе их характеристик. Для выделения типов волн используется сейсмический измерительный комплекс, определяющий характеристики граничных волн поверхностных источников с использованием специальных молекулярно-электронных датчиков угловых и линейных колебаний. Представлены результаты работы алгоритма обработки данных, получаемых по методике сейсмических наблюдений, использующей спектральный анализ на основе вейвлета Морле. Также в работе описан алгоритм классификации источников сигнала, определения расстояния и азимута до пункта возбуждения поверхностных волн, рассмотрено использование статистических характеристик и MFCC (Мел-частотные кепстральные коэффициенты) параметров, а также их совместное применение. При этом в качестве статистических характеристик сигнала были использованы следующие: дисперсия, коэффициент эксцесса, энтропия и среднее значение, а в качестве метода машинного обучения был выбран градиентный бустинг; в качестве метода определения расстояния до источника сигнала применен метод машинного обучения на основе градиентного бустинга с применением статистических и MFCC параметров. Обучение проводилось на тестовых данных на основе выделенных особенных параметрах сигналов источников сейсмического возбуждения поверхностных волн. С практической точки зрения, новые методы сейсмических наблюдений и анализа граничных волн позволяют решить проблему обеспечения плотной расстановки датчиков в труднодоступных местах, устранить недостаток знаний в алгоритмах обработки данных сейсмических сенсоров угловых движений, выполнить классификацию и систематизацию источников, повысить точность прогнозирования, реализовать алгоритмы локации и сопровождения источников. Целью работы стало создание алгоритмов обработки сейсмических данных для классификации источников сигнала, определения расстояния и азимута до пункта возбуждения поверхностных волн.
Бесплатно
Алгоритмы первичного анализа локальных объектов флуоресценции в секвенаторе ДНК «Нанофор СПС»
Статья
В секвенаторе ДНК «Нанофор СПС», разработанном в Институте аналитического приборостроения РАН, реализован метод массового параллельного секвенирования для расшифровки последовательности нуклеиновых кислот. Этот метод позволяет определять последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК, содержащих от нескольких сотен до сотен миллионов звеньев мономеров. Таким образом, имеется возможность получения подробной информации о геноме различных биологических объектов, в том числе человека, животных и растений. Важнейшей частью этого прибора является программное обеспечение, без которого невозможно решение задач по расшифровке генома. Выходными данными оптической детекции в секвенаторе являются набор изображений по четырем каналам, соответствующим типам нуклеотидов: A, C, G, T. С помощью специального программного обеспечения определяется положение молекулярных кластеров и их интенсивностные характеристики вместе с параметрами окружающего фона. В ходе создания программного обеспечения прибора были разработаны алгоритмы и программы обработки сигналов флуоресценции, рассмотренные в работе. Также, для отладки и тестирования рабочих программ созданы модели построения изображений, аналогичных реальным данным, получаемым в ходе работы секвенатора. Данные модели позволили получить значительный массив информации без запуска дорогостоящих экспериментов. За последние годы достигнуты значительные успехи в области машинного обучения, в том числе и в области биоинформатики, что привело к реализации наиболее распространенных моделей и возможности их применения для практических задач. Однако, если на этапе вторичного анализа биоинформационных данных эти методы широко зарекомендовали себя, то их потенциал для первичного анализа остается недостаточно раскрытым. В данной работе особое внимание уделяется разработке и внедрению методов машинного обучения для первичного анализа оптических изображений сигналов флуоресценции в реакционных ячейках. Описаны методы кластеризации и их апробация на моделях и на изображениях, полученных на приборе. Цель этой статьи – продемонстрировать возможности алгоритмов первичного анализа сигналов флуоресценции, получающихся в процессе секвенирования на приборе «Нанофор СПС». В работе описаны основные задачи анализа сигналов флуоресценции и сравниваются традиционные методы их решения с использованием технологий машинного обучения.
Бесплатно
Алгоритмы планирования траекторий в двумерной среде с препятствиями
Статья
В данной статье предложены алгоритмы планирования и управления движением мобильного робота в двухмерной стационарной среде с препятствиями. Задача состоит в том, чтобы сократить длину запланированного пути, учесть динамические ограничения робота и получить плавную траекторию. Для учета динамических ограничений мобильного робота на карту добавляются виртуальные препятствия, перекрывающие невыполнимые участки движения. Такой способ учета динамических ограничений позволяет использовать картографические методы без увеличения их сложности. В качестве алгоритма глобального планирования используется модифицированная версия алгоритма быстрого исследования случайных деревьев (Multi parent nodes RRT – MPN-RRT). В этом алгоритме, в отличие от оригинальной версии, используется несколько родительских узлов, что уменьшает длину запланированной траектории по сравнению с исходной версией RRT с одним узлом. Кратчайший путь на построенном графе находится с помощью алгоритма оптимизации муравьиной колонии. Методами численного моделирования показано, что использование двух родительских узлов позволяет уменьшить среднюю длину пути для городской среды с низкой плотностью застройки. Для решения проблемы медленной сходимости алгоритмов, основанных на случайном поиске и сглаживании путей, алгоритм RRT дополнен алгоритмом локальной оптимизации. Алгоритм RRT ищет глобальный путь, который сглаживается и оптимизируется итеративным локальным алгоритмом. Алгоритмы управления нижнего уровня, разработанные в этой статье, автоматически уменьшают скорость робота при приближении к препятствиям или повороте. Общая эффективность разработанных алгоритмов продемонстрирована методами численного моделирования с использованием большого количества экспериментов.
Бесплатно
Статья
В работе представлено применение алгоритма статистического анализа данных разновременной мультиспектральной аэрофотосъемки с целью выявления участков исторического антропогенного воздействия на природную среду. Исследуемый участок расположен на окраине поселка городского типа Знаменка (Знаменский район Тамбовской области) в лесостепной зоне с типичными черноземными почвами, где во второй половине XIX – начале XX вв. были расположены пашни. Признаком для выявления следов исторического антропогенного воздействия может быть растительность, возникшая в результате вторичной сукцессии на заброшенных участках. Отличительной особенностью такой растительности от окружающей природной среды является ее тип, возраст и плотность произрастания. Таким образом, задача обнаружения границ антропогенного воздействия по мультиспектральным изображениям сводится к задаче классификации растительности. Исходными данными являлись результаты разновременной мультиспектральной съемки в зеленом (Green), красном (Red), краевом красном (RedEdge) и ближнем инфракрасном (NIR) спектральных диапазонах. На первом этапе алгоритма предполагается вычисление текстурных признаков Харалика по данным мультиспектральной съемки, на втором этапе – уменьшение количества признаков методом главных компонент, на третьем – сегментация изображений на основе полученных признаков методом k-means. Эффективность предложенного алгоритма показана при сопоставлении результатов сегментации с эталонными данными исторических картографических материалов. Полученный результат сегментации отражает не только конфигурацию участков анотропогенно-преобразованной природной среды, но и особенности зарастания заброшенной пашни, поскольку исследование разновременных мультиспектральных снимков позволяет более полно охарактеризовать и учесть динамику наращивания фитомассы в разные периоды вегетации.
Бесплатно
Анализ и визуализация данных в задачах многокритериальной оптимизации проектных решений
Статья
Накопление данных о процессах управления проектами и типовых решениях сделало актуальными исследования, связанные с применением методов инженерии знаний для многокритериального поиска вариантов, которые задают оптимальные настройки параметров проектной среды. Цель: разработка методики поиска и визуализации групп проектов, которые могут быть оценены на основе концепции доминирования и интерпретироваться в терминах проектных переменных и показателей эффективности. Методы: обогащение выборки с сохранением неявной связи между проектными переменными и показателями эффективности осуществляется с помощью прогнозирующей нейросетевой модели. Для обнаружения фронта Парето в многомерном критериальном пространстве используется набор генетических алгоритмов. Онтология проектов определяется после кластеризации вариантов в пространстве решений и преобразования кластерной структуры в критериальное пространство. Автоматизация поиска в многомерном пространстве зоны наибольшей кривизны фронта Парето, определяющей равновесные проектные решения, их визуализация и интерпретация осуществляются с помощью плоского дерева решений. Результаты: плоское дерево строится при любой размерности критериального пространства и имеет структуру, которая имеет топологическое соответствие с проекциями разделяемых образов кластеров из многомерного пространства на плоскость. Для различных видов преобразований и корреляций между показателями эффективности и проектными переменными показано, что участки наибольшей кривизны фронта Парето определяются либо содержимым целого кластера, либо частью вариантов, представляющих “лучший” кластер. Если на плоском дереве к правому верхнему углу примыкает неразделенный прямоугольник кластера, то его представители в критериальном пространстве хорошо отделены от остальных кластеров и при максимизации показателей эффективности наиболее приближены к идеальной точке. Все представители такого кластера являются эффективными решениями. Если кластер-победитель содержит внутри дерева решений доминируемые варианты, то “лучший” кластер представляют оставшиеся варианты, которые задают оптимальные настройки проектных переменных. Практическая значимость: предложенная методика поиска и визуализации групп проектов может найти применение при выборе условий ресурсного и организационно-экономического моделирования проектной среды, обеспечивающих оптимизацию рисков, стоимостных, функциональных и временных критериев.
Бесплатно
Статья
В статье представлен аналитический обзор исследований в области аффективных вычислений. Это направление является составляющей искусственного интеллекта, и изучает методы, алгоритмы и системы для анализа аффективных состояний человека при его взаимодействии с другими людьми, компьютерными системами или роботами. В области интеллектуального анализа данных под аффектом подразумевается проявление психологических реакций на возбуждаемое событие, которое может протекать как в краткосрочном, так и в долгосрочном периоде, а также иметь различную интенсивность переживаний. Аффекты в рассматриваемой области разделены на 4 вида: аффективные эмоции, базовые эмоции, настроение и аффективные расстройства. Проявление аффективных состояний отражается в вербальных данных и невербальных характеристиках поведения: акустических и лингвистических характеристиках речи, мимике, жестах и позах человека. В обзоре приводится сравнительный анализ существующего информационного обеспечения для автоматического распознавания аффективных состояний человека на примере эмоций, сентимента, агрессии и депрессии. Немногочисленные русскоязычные аффективные базы данных пока существенно уступают по объему и качеству электронным ресурсам на других мировых языках, что обуславливает необходимость рассмотрения широкого спектра дополнительных подходов, методов и алгоритмов, применяемых в условиях ограниченного объема обучающих и тестовых данных, и ставит задачу разработки новых подходов к аугментации данных, переносу обучения моделей и адаптации иноязычных ресурсов. В статье приводится описание методов анализа одномодальной визуальной, акустической и лингвистической информации, а также многомодальных подходов к распознаванию аффективных состояний. Многомодальный подход к автоматическому анализу аффективных состояний позволяет повысить точность распознавания рассматриваемых явлений относительно одномодальных решений. В обзоре отмечена тенденция современных исследований, заключающаяся в том, что нейросетевые методы постепенно вытесняют классические детерминированные методы благодаря лучшему качеству распознавания состояний и оперативной обработке большого объема данных. В статье рассматриваются методы анализа аффективных состояний. Преимуществом использования многозадачных иерархических подходов является возможность извлекать новые типы знаний, в том числе о влиянии, корреляции и взаимодействии нескольких аффективных состояний друг на друга, что потенциально влечет к улучшению качества распознавания. Приводятся потенциальные требования к разрабатываемым системам анализа аффективных состояний и основные направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Анализ мер центральности узлов сетей на основе метода главных компонент
Статья
Анализ сетей разнообразной природы, которыми являются сети цитирования, а также социальные или информационно-коммуникационные сети, включает изучение топологических свойств, позволяющих оценивать взаимосвязи между узлами сети и различные характеристики, такие как плотность и диаметр сети, связанные подгруппы узлов и тому подобное. Для этого сеть представляется в виде графа – совокупности вершин и ребер между ними. Одной из важнейших задач анализа сетей является оценивание значимости узла (или в терминах теории графов – вершины). Для этого разработаны различные меры центральности, позволяющие оценить степень значимости вершин сетевого графа в структуре рассматриваемой сети. Существующее многообразие мер центральности порождает проблему выбора той, которая наиболее полно описывает значимость центральность узла. Актуальность работы обусловлена необходимостью анализа мер центральности для определения значимости вершин, что является одной из основных задач изучения сетей (графов) в практических приложениях. Проведенное исследование позволило с использованием метода главных компонент среди известных мер центральности выявить коллинеарные меры, которые в дальнейшем можно исключать из рассмотрения. Это позволяет уменьшить вычислительную сложность расчетов, что особенно важно для сетей с большим числом узлов, и повысить достоверность интерпретации получаемых результатов при оценивании значимости узла в рамках анализируемой сети при решении практических задач. Выявлены закономерности представления различных мер центральности в пространстве главных компонент, что позволяет классифицировать их с точки зрения близости образов узлов сети, формируемых в определяемом применяемыми мерами центральности пространстве.
Бесплатно
Статья
Нейросетевой подход к ИИ, получивший особенно широкое распространение в последнее десятилетие, обладает двумя существенными ограничениями – обучение моделей, как правило, требует очень большого количества образцов (не всегда доступных), а получающиеся модели не являются хорошо интерпретируемыми, что может снижать доверие к ним. Использование символьных знаний как основы коллаборативных процессов с одной стороны и распространение нейросетевого ИИ с другой, обусловливают необходимость синтеза нейросетевой и символьной парадигм применительно к созданию коллаборативных систем поддержки принятия решений. В статье представлены результаты аналитического обзора в области онтолого-ориентированного нейро-символического интеллекта применительно к решению задач обмена знаниями при коллаборативной поддержке принятия решений. А именно, в ходе обзора делается попытка ответить на два вопроса: 1. как символьные знания, представленные в виде онтологии, могут быть использованы для улучшения ИИ-агентов, действующих на основе нейронных сетей (передача знаний от человека к ИИ-агентам); 2. как символьные знания, представленные в виде онтологии, могут быть использованы для интерпретации решений, принимаемых ИИ-агентами и объяснения этих решений (передача знаний от ИИ-агента к человеку). В результате проведенного обзора сформулированы рекомендации по выбору методов внедрения символьных знаний в нейросетевые модели, а также выделены перспективные направления онтолого-ориентированных методов объяснения нейронных сетей.
Бесплатно
Статья
В последнее время предпринимались различные попытки охарактеризовать угрозы информационной безопасности, особенно в промышленном секторе. Тем не менее, существует ряд загадочных угроз, которые могут поставить под угрозу безопасность данных, информации и ресурсов пищевой промышленности. Целью данного исследования было изучение рисков для информационной безопасности в информационной системе пищевой промышленности, а участниками этого исследования были эксперты исполнительного руководства, штатный персонал, технические и активные операторы, сторонние консалтинговые компании и управление рисками, специалисты пищевой промышленности в информационной системе стран Африки к югу от Сахары. Анкета и интервью с различными вопросами с использованием подходов качественного и количественного анализа рисков были использованы для сбора идентификаций рисков, а также метод системы нечётких выводов, приманенный для анализа фактора риска в этой статье. Выводы показали, что среди проблем информационной безопасности электронные данные в угрозе кражи данных имеют высокий риск 75,67%, а управление человеческими ресурсами (HRM) в угрозе социальной инженерии имеет низкий риск воздействия 26,67%. В результате факторы риска с высокой вероятностью требуют оперативных действий. Компоненты риска с высокой вероятностью требуют быстрых корректирующих действий. В результате необходимо выявить и контролировать первопричины таких угроз до того, как возникнут пагубные последствия. Также важно отметить, что при изучении информационной безопасности в промышленных информационных системах пищевой промышленности необходимо принимать во внимание основные интересы и глобальную политику.
Бесплатно
Анализ современных исследований по защите от состязательных атак в энергетических системах
Статья
Системы на основе машинного обучения в настоящее время являются привлекательными мишенями для злоумышленников, поскольку нарушение работы таких систем может иметь серьезные последствия для объектов критической инфраструктуры, в частности, энергетических систем. В связи с этим количество различных типов кибератак на системы машинного обучения, которые называются состязательными атаками, постоянно растёт, и эти атаки являются предметом изучения многих исследователей. Соответственно, ежегодно появляется множество публикаций, посвящённых обзорам состязательных атак и методов защиты от них. Многие виды состязательных атак и методы защиты в этих обзорных статьях пересекаются. Однако в более поздних исследованиях содержится информация о новых типах атак и методах защиты. Цель данной статьи – проанализировать исследования, проведённые за последние шесть лет и опубликованные в высокорейтинговых журналах, с акцентом на обзорные работы. Результатом исследования является уточнённая классификация состязательных атак, характеристика наиболее распространённых атак, а также уточнённая классификация и характеристика методов защиты от этих атак. Основное внимание в анализе уделяется состязательным атакам, нацеленным на энергетические системы. В заключительной части статьи рассматриваются преимущества и недостатки различных методов противодействия состязательным атакам.
Бесплатно
Анализ устойчивости роя гетерогенных роботов с ограниченным полем зрения
Статья
Представлен анализ устойчивости роя гетерогенных роботов, где каждый робот имеет разный уровень чувствительности сенсоров и различные физические ограничения, включая максимальную скорость движения и ускорения. Каждый робот обладает уникальной областью восприятия в условиях ограниченного поля зрения. Изначально предлагался децентрализованный метод навигации для роя гетерогенных роботов, состоящего из ведущего робота и многочисленных ведомых роботов. С децентрализованным методом навигации ведущий робот может направлять ведомых, поддерживая соединение и учитывая физические ограничения, уникальные для каждого робота. Данное исследование сосредоточено на анализе устойчивости равновесия такого роя ргетерогенных роботов. С математической точки зрения доказывается, что когда ведущий робот двигается с постоянной скоростью, форма и направление всех остальных ведомых роботов в конечном счете стремятся к равновесию. Чтобы продемонстрировать совпадение этого состояния равновесия, сперва необходимо доказать, что оно существует. Проводятся эксперименты и численные моделирования, чтобы подтвердить наличие стабильности, то есть достижение роем роботов состояния равновесия.
Бесплатно
Статья
Повышение плотности записи в современных чипах NAND флеш-памяти, достигаемое как за счет уменьшающегося физического размера ячейки, так и благодаря возрастающему количеству используемых состояний ячейки, сопровождается снижением надежности хранения данных – вероятности ошибки, выносливости (числа циклов перезаписи) и времени хранения. Стандартным решением, позволяющим повысить надежность хранения данных в многоуровневой флеш-памяти, является введение помехоустойчивого кодирования. Эффективность введения помехоустойчивого кодирования в существенной степени определяется адекватностью модели, формализующей основные процессы, связанные с записью и чтением данных. В работе приводится описание основных искажений, сопровождающих процесс записи/считывания в NAND флеш-памяти, и явный вид плотностей распределения результирующего шума. В качестве аппроксимации полученных плотностей распределения результирующего шума рассматривается модель на основе композиции гауссова распределения и распределения Лапласа, достаточно адекватно отражающая плотности распределения результирующего шума при большом числе циклов перезаписи. Для этой модели проводится анализ помехоустойчивости каскадных кодовых конструкций с внешним кодом Рида-Соломона и внутренним многоуровневым кодом, состоящим из двоичных компонентных кодов. Выполненный анализ позволяет получить обменные соотношения между вероятностью ошибки, плотностью записи и числом циклов перезаписи. Полученные обменные соотношения показывают, что предложенные конструкции позволяют за счет очень незначительного снижения плотности записи обеспечить увеличение граничного значения числа циклов перезаписи (определяемого производителем) в 2–2.5 раза при сохранении требуемого значения вероятности ошибки на бит.
Бесплатно
Статья
Начиная с 2019 года все страны мира столкнулись со стремительным распространением пандемии, вызванной коронавирусной инфекцией COVID-19, борьба с которой продолжается мировым сообществом и по настоящее время. Несмотря на очевидную эффективность средств индивидуальной защиты органов дыхания от заражения коронавирусной инфекцией, многие люди пренебрегают использованием защитных масок для лица в общественных местах. Поэтому для контроля и своевременного выявления нарушителей общественных правил здравоохранения необходимо применять современные информационные технологии, которые будут детектировать защитные маски на лицах людей по видео- и аудиоинформации. В статье приведен аналитический обзор существующих и разрабатываемых интеллектуальных информационных технологий бимодального анализа голосовых и лицевых характеристик человека в маске. Существует много исследований на тему обнаружения масок по видеоизображениям, также в открытом доступе можно найти значительное количество корпусов, содержащих изображения лиц как без масок, так и в масках, полученных различными способами. Исследований и разработок, направленных на детектирование средств индивидуальной защиты органов дыхания по акустическим характеристикам речи человека пока достаточно мало, так как это направление начало развиваться только в период пандемии, вызванной коронавирусной инфекцией COVID-19. Существующие системы позволяют предотвратить распространение коронавирусной инфекции с помощью распознавания наличия/отсутствия масок на лице, также данные системы помогают в дистанционном диагностировании COVID-19 с помощью обнаружения первых симптомов вирусной инфекции по акустическим характеристикам. Однако, на сегодняшний день существует ряд нерешенных проблем в области автоматического диагностирования симптомов COVID-19 и наличия/отсутствия масок на лицах людей. В первую очередь это низкая точность обнаружения масок и коронавирусной инфекции, что не позволяет осуществлять автоматическую диагностику без присутствия экспертов (медицинского персонала). Многие системы не способны работать в режиме реального времени, из-за чего невозможно производить контроль и мониторинг ношения защитных масок в общественных местах. Также большинство существующих систем невозможно встроить в смартфон, чтобы пользователи могли в любом месте произвести диагностирование наличия коронавирусной инфекции. Еще одной основной проблемой является сбор данных пациентов, зараженных COVID-19, так как многие люди не согласны распространять конфиденциальную информацию.
Бесплатно
Статья
Точность систем автоматического распознавания спонтанной речи далека от тех, которые демонстрируют системы распознавания подготовленной речи. Обусловлено это тем, что спонтанная речь не характеризуется той плавностью и отсутствием сбоев, что подготовленная. Спонтанная речь варьируется от диктора к диктору: отличное произношение фонем, наличие пауз, речевых сбоев и экстралингвистических компонентов (смех, кашель, чихание, и цыканье при выражении эмоции раздражения и др.) прерывают плавность вербальной речи. Экстралингвистические компоненты очень часто несут важную паралингвистическую информацию, поэтому для систем автоматического распознавания спонтанной речи важно распознавать подобные явления в потоке речи. В данном обзоре проанализированы научные работы, посвященные проблеме автоматического анализа экстралингвистических компонентов спонтанной речи. Рассмотрены и описаны как отдельные методы и подходы по распознаванию экстралингвистических компонентов в потоке речи, так и работы, связанные с многоклассовой классификацией изолированно записанных экстралингвистических компонентов. Наиболее распространенными методами анализа экстралингвистических компонентов являются нейронные сети, такие как глубокие нейронные сети и сети на основе моделей-трансформеров. Приведены основные понятия, относящиеся к термину экстралингвистические компоненты, предложена оригинальная систематизация экстралингвистических компонентов в русском языке, описаны корпуса и базы данных звучащей разговорной речи как на русском, так и на других языках, также приведены наборы данных экстралингвистических компонентов, записанных изолированно. Точность распознавания экстралингвистических компонентов повышается при соблюдении следующих условия работы с речевым сигналом: предобработка аудиосигналов вокализаций показала повышение точности классификации отдельно записанных экстралингвистических компонентов; учет контекста (анализ нескольких фреймов речевого сигнала) и использовании фильтров для сглаживания временных рядов после извлечения векторов признаков показали повышение точности при пофреймовом анализе речевого сигнала со спонтанной речью.
Бесплатно
Аналитический обзор методов распределения задач при совместной работе человека и модели ИИ
Статья
Во многих практических сценариях принятие решений исключительно моделью ИИ оказывается нежелательным или даже невозможным, и использование модели ИИ является лишь частью сложного процесса принятия решений, включающего и эксперта-человека. Тем не менее при создании и обучении моделей ИИ этот факт зачастую упускается – модель обучается для самостоятельного принятия решений, а это не всегда является оптимальным. В статье представлен обзор методов, позволяющих учесть совместную работу ИИ и эксперта-человека в процессе конструирования (в частности, обучения) систем ИИ, что более точно соответствует практическому применению модели, позволяет повысить точность решений, принимаемых системой «человек – модель ИИ», а также явно управлять другими важными параметрами системы (например, нагрузкой на человека). Обзор включает анализ современной литературы по заданной тематике по следующим основным направлениям: 1) сценарии взаимодействия человека и модели ИИ и формальные постановки задачи для повышения эффективности системы «человек – модель ИИ»; 2) методы для обеспечения эффективного функционирования системы «человек – модель ИИ»; 3) способы оценки качества совместной работы человека и модели ИИ. Сделаны выводы относительно достоинств, недостатков и условий применимости методов, выявлены основные проблемы существующих подходов. Обзор может быть полезен широкому кругу исследователей и специалистов, занимающихся применением ИИ для поддержки принятия решений.
Бесплатно
