Искусственный интеллект, инженерия данных и знаний. Рубрика в журнале - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
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
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
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
Статья
В статье рассматриваются основные методы решения проблемы малых наборов обучающих данных для создания автоматических систем распознавания речи для так называемых малоресурсных языков. Рассматривается понятие малоресурсных языков и формулируется рабочая дефиниция на основании ряда работ по этой тематике. Определены основные трудности, связанные с применением классических схем автоматического распознавания речи к материалу малоресурсных языков, и очерчен круг основных методов, использующихся для решения обозначенных проблем. В статье подробно рассматриваются методы аугментации данных, переноса знаний и сбора речевого материала. В зависимости от конкретной задачи, выделяются методы аугментации аудиоматериала и текстовых данных, переноса знаний и мультизадачного обучения. Отдельный раздел статьи посвящен существующему информационному обеспечению, базам данных и основным принципам их организации с точки зрения работы с малоресурсными языками. Делаются выводы об оправданности методов аугментации данных и переноса знаний для языков с минимальным информационным обеспечением. В случае полного отсутствия данных для конкретного языка и родительских моделей структурно схожих языков предпочтительным вариантом является сбор новой базы данных, в том числе, при помощи краудсорсинга. Многозадачные модели переноса знаний оказываются эффективными в том случае, если исследователь располагает набольшими наборами данных. Если доступны данные по языку с достаточными ресурсами, предпочтительной является работа с языковой парой. Сделанные в результате данного обзора выводы в дальнейшем предполагается применить при работе с малоресурсным карельским языком, для которого авторы статьи создают систему автоматического распознавания речи.
Бесплатно
Аналитический обзор речевых и многомодальных методов распознавания когнитивных нарушений людей
Статья
В течение последнего десятилетия наблюдается рост количества публикаций научно-технической и медицинской направленности, посвящённых автоматическому определению на основании речевого и визуального материала таких когнитивных нарушений людей, которые возникают при таких нейродегенеративных заболеваниях, как деменция, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и другие нарушения. Хотя данные заболевания имеют высокую степень распространения и являются одной из основных причин смертности и ранней инвалидизации людей, способов их эффективного лечения на данном этапе развития медицины отсутствуют или ограничены. В связи с этим ранняя диагностика симптомов и их облегчение вызывают значительный интерес исследователей. В фокусе современных исследований находится задача разработки автоматизированных и автоматических систем, основанных на количественных объективных методах, нейросетевых подходах, использующих различные модальности и их объединение, а также на методах интерпретируемого искусственного интеллекта. В статье представлен обзор и анализ основных исследований c 2022 года, посвящённых автоматическому одно- и многомодальному определению когнитивных нарушений людей. Представлены наиболее часто применяющиеся многомодальные корпусы, применяемые в данной задаче, такие как ADReSS, ADReSSo, TAUKADIAL и др. Описаны современные методы, используемые для выявления когнитивных нарушений на основе данных различных модальностей, представленные на международном соревновании TAUKADIAL-2024, и вне соревнований. По результатам соревнований, лучшими методами распознавания когнитивных нарушений являются ансамбли вероятностных моделей, обученные на интерпретируемых экспертных признаках и нейросетевых признаках текстов и аудио. Рассмотрены многомодальные подходы, использующие визуальную модальность для обучения глубоких нейросетевых моделей. Рассмотрено новое направление, изучающее применимость больших языковых моделей к анализу медицинских текстов и интерпретируемому предсказанию заболевания. Проведена систематизация методов извлечения информативных признаков и применяемых классификаторов. По результатам проведенного обзора сформулированы требования к системам автоматизированного определения когнитивных нарушений.
Бесплатно
Аналитический обзор систем автоматического определения депрессии по речи
Статья
В последние годы в медицинской и научно-технической среде возрос интерес к задаче автоматического определения наличия депрессивного состояния у людей. Депрессия является одним из самых распространенных психических заболеваний, непосредственно влияющих на жизнь человека. В данном обзоре представлены и проанализированы работы за последние два года на тему определения депрессивного состояния у людей. Приведены основные понятия, относящиеся к определению депрессии, описаны как одномодальные, так и многомодальные корпусы, содержащие записи информантов с установленным диагнозом депрессии, а также записи контрольных групп, людей без депрессии. Рассмотрены как теоретические исследования, так и работы, в которых описаны автоматические системы для определения депрессивного состояния — от одномодальных до многомодальных. Часть рассмотренных систем решает задачу регрессивной классификации, предсказывая степень тяжести депрессии (отсутствие, слабая, умеренная, тяжелая), а другая часть – задачу бинарной классификации, предсказывая наличие заболевания у человека или его отсутствие. Представлена оригинальная классификация методов вычисления информативных признаков по трем коммуникативным модальностям (аудио, видео и текстовая информация). Описаны современные методы, используемые для определения депрессии в каждой из модальностей и в совокупности. Наиболее популярными методами моделирования и распознавания депрессии в рассмотренных работах являются нейронные сети. В ходе аналитического обзора выявлено, что основными признаками депрессии считаются психомоторная заторможенность, которая влияет на все коммуникативные модальности, и сильная корреляция с аффективными величинами валентности, активации и доминации, при этом наблюдается обратная корреляция между депрессией и агрессией. Выявленные корреляции подтверждают взаимосвязь аффективных расстройств с эмоциональными состояниями человека. В множестве рассмотренных работ наблюдается тенденция объединения модальностей для улучшения качества определения депрессии.
Бесплатно
Блочный алгоритм декодирования с синхронизацией по входу для CTC-AED систем распознавания речи
Статья
Для работы в реальных условиях от систем автоматического распознавания речи требуется обеспечивать стабильную точность распознавания при обработке входного аудиопотока произвольной длины в условиях ограниченных вычислительных ресурсов. Объединенная модель из коннекционисткой темпоральной классификации (connectionist temporal classification, CTC) и кодировщик-декодировщика с механизмом внимания (attention-based encoder decoder, AED) обеспечивают высокое качество распознавания, но исходная версия модели не удовлетворяет данным требованиям. В данной статье предлагается алгоритм блочного декодирования с синхронизацией по входу для совместной модели CTC-AED. Алгоритм обрабатывает перекрывающиеся блоки аудио синхронно относительно входной последовательности признаков, используя CTC-выравнивание для определения соответствующего контекста на перекрывающемся участке для AED декодировщика. Фиксированная длина блока обеспечивает предсказуемое и ограниченное потребление ресурсов и позволяет избежать проблем с обобщением на длинных речевых сегментах, в то время как перекрытие блоков снижает ухудшение качества распознавания, вызванное краевыми эффектами на границах блоков. В отличие от других алгоритмов декодирования для CTC-AED, предложенный алгоритм не требует ни модификации архитектуры модели, ни специальной процедуры обучения, и, в то же время, поддерживает перекрытие блоков. В работе также исследуется производительность предложенного алгоритма с точки зрения доли словесных ошибок (word error rate, WER) в зависимости от размера блока и размера перекрытия.
Бесплатно
Статья
Предлагается новый быстрый метод регистрации движения глаз в режиме реального времени на основе исследования гранично-ступенчатой модели полутонового изображения оператором Лапласиан – Гауссиана и нахождения нового предложенного дескриптора накопленных разностей (идентификатора точек), который отображает меру равноудаленности каждой точки от границ некоторой относительно монотонной области (например, зрачок глаза). Работа данного дескриптора исходит из предположения о том, что зрачок в кадре является наиболее округлой монотонной областью, имеющей высокий перепад яркости на границе, пиксели области должны иметь интенсивность меньше заранее заданного порога (но при этом зрачок может не являться самой темной областью на изображении). Учитывая все вышеперечисленные характеристики зрачка, дескриптор позволяет достичь высокой точности детектирования его центра и размера в отличии от методов, основанных на пороговой сегментации изображения, опирающихся на предположение о зрачке как наиболее темной области, морфологических методов (рекурсивная морфологическая эрозия), корреляционных или методов, исследующих только граничную модель изображения (преобразование Хафа и его вариации с двумерным и трехмерным пространствами параметров, алгоритм Starburst, Swirski, RANSAC, ElSe). Исследована возможность представления задачи трекинга зрачка как задачи многомерной оптимизации и ее решение неградиентным методом Хука –Дживса, где в качестве целевой функции выступает функция, выражающая дескриптор. При этом отпадает необходимость в вычислении дескриптора каждой точки изображения (составления специальной аккумуляторной функции), что значительно ускоряет работу метода. Проведен анализ предложенных дескриптора и метода, а также разработан программный комплекс на языке Python 3 (визуализация) и C++ (ядро трекинга) в лаборатории физико-математического факультета Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга, позволяющий иллюстрировать работу метода и осуществлять трекинг зрачка в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья
В статье решается задача верификации разливов нефти на водных поверхностях рек, морей и океанов по оптическим аэрофотоснимкам с использованием методов глубокого обучения. Особенностью данной задачи является наличие визуально похожих на разливы нефти областей на водных поверхностях, вызванных цветением водорослей, веществ, не приносящих экологический ущерб (например, пальмовое масло), бликов при съемке или природных явлений (так называемые «двойники»). Многие исследования в данной области основаны на анализе изображений, полученных от радаров с синтезированной апертурой (Synthetic Aperture Radar (SAR) images), которые не обеспечивают точной классификации и сегментации. Последующая верификация способствует сокращению экологического и материального ущерба, а мониторинг размеров площади нефтяного пятна используется для принятия дальнейших решений по устранению последствий. Предлагается новый подход к верификации оптических снимков как задачи бинарной классификации на основе сиамской сети, когда фрагмент исходного изображения многократно сравнивается с репрезентативными примерами из класса нефтяных пятен на водных поверхностях. Основой сиамской сети служит облегченная сеть VGG16. При превышении порогового значения выходной функции принимается решение о наличии разлива нефти. Для обучения сети был собран и размечен собственный набор данных из открытых интернет-ресурсов. Существенной проблемой является несбалансированность выборки данных по классам, что потребовало применения методов аугментации, основанных не только на геометрических и цветовых манипуляциях, но и на основе генеративной состязательной сети (Generative Adversarial Network, GAN). Эксперименты показали, что точность классификации разливов нефти и «двойников» на тестовой выборке достигает значений 0,91 и 0,834 соответственно. Далее решается дополнительная задача семантической сегментации нефтяного пятна с применением сверточных нейронных сетей (СНС) типа кодировщик-декодировщик. Для сегментации исследовались три архитектуры глубоких сетей, а именно U-Net, SegNet и Poly-YOLOv3. Лучшие результаты показала сеть Poly-YOLOv3, достигнув точности 0,97 при среднем времени обработки снимка 385 с веб-сервисом Google Colab. Также была спроектирована база данных для хранения исходных и верифицированных изображений с проблемными областями.
Бесплатно
Вопросы создания машинопонимаемых SMART-стандартов на основе графов знаний
Статья
Развитие цифровой трансформации требует широкого использования новых технологий в документах по стандартизации. Одной из задач является создание стандартов с машинопонимаемым содержанием, которые позволят использовать цифровые документы на различных этапах разработки и производства без необходимости участия человека-оператора. Целью данной работы является описание подхода для создания и перевода в машинопонимаемое представление нормативных документов отрасли для дальнейшего их использования в программных сервисах и системах. Содержимое SMART-стандарта бывает трех видов: машиночитаемое, машиноинтерпретируемое и машинопонимаемое. Для формализации данных и знаний при решении различных задач активно используются графы знаний. Предложен новый двухуровневый подход для создания и перевода в машинопонимаемое представление нормативных документов как графов знаний. Подход определяет два вида интерпретации такого документа (человекочитаемость и машинопонимаемость) через два связанных формата: граф, каждый семантический узел которого представляет текст на естественном языке, и сеть понятий и строгих связей. Каждому узлу «человекочитаемого» графа соответствует (в общем случае) поддерево машинопонимаемого графа знаний. В качестве основы для обеспечения преобразования одной формы представления SMART-стандарта в другую форму служат LLM модели, дополняемые специализированным адаптером, полученным в результате дообучения с помощью подхода Parameter-Efficient Fine-Tuning. Установлены требования к набору проблемно- и предметно-ориентированных инструментальных средств формирования графов знаний. Показана концептуальная архитектура системы поддержки решения комплекса задач на основе SMART-документов в виде графов, установлены принципы реализации программных компонентов, работающих со знаниями, для интеллектуальных программных сервисов.
Бесплатно
Восстановление аэрофотоснимков сверхвысокого разрешения с учетом семантических особенностей
Статья
В настоящее время происходит активное развитие технологий обработки изображений дистанционного зондирования, включающих как спутниковые снимки, так и аэрофотоснимки, полученные от видеокамер беспилотных летательных аппаратов. Зачастую такие снимки имеют артефакты, связанные с низким разрешением, размытостью фрагментов изображения, наличием шумов и т.д. Одним из способов преодоления таких ограничений является применение современных технологий для восстановления снимков сверхвысокого разрешения на основе методов глубокого обучения. Особенностью аэрофотоснимков является представление текстуры и структурных элементов более высокого разрешения, чем на спутниковых снимках, что объективно способствует лучшим результатам восстановления. В статье приводится классификация методов сверхвысокого разрешения с учетом основных архитектур глубоких нейронных сетей, а именно сверточных нейронных сетей, визуальных трансформеров и генеративно-состязательных сетей. В статье предлагается метод восстановления аэрофотоснимков сверхвысокого разрешения с учетом семантических особенностей SemESRGAN за счет использования на этапе обучения дополнительной глубокой сети для семантической сегментации. При этом минимизируется общая функция потерь, включающая состязательные потери, потери на уровне пикселов и потери воспирятия (сходства признаков). Для экспериментов использовались шесть наборов аннотированных аэрофотоснимков и спутниковых снимков CLCD, DOTA, LEVIR-CD, UAVid, AAD и AID. Было выполнено сравнение результатов восстановления изображений предложенным методом SemESRGAN с базовыми архитектурами сверточных нейронных сетей, визуальных трансформеров и генеративно-состязательных сетей. Получены сравнительные результаты восстановления изображений с применением объективных метрик PSNR и SSIM, что позволило оценить качество восстановления с использованием различных моделей глубоких сетей.
Бесплатно
Статья
В области рекрутинга и менеджмента персонала существует задача автоматизации процесса оценки характеристик человеческого капитала, учитывающего в том числе особенности личности сотрудника. Статья посвящена вопросу выявления характеристик индивидуального человеческого капитала, имеющих наибольший вклад в некоторые показатели эффективности сотрудника организации, таких как карьерный успех, по данным их самоотчетов о профессиональных навыках и ответов на вопросы–утверждения о различных психологических аспектах личности. Предлагается общая структура опросного инструментария, опирающегося на самоотчеты сотрудников, а также формализация предполагаемых методов анализа таких вопросов. Для выявления групп респондентов, обладающих схожими профессиональными навыками, было предложено использовать кластерный анализ, который позволяет сохранить сложную структуру их взаимосвязи. Для выявления личностных особенностей сотрудников из вопросов–утверждений предлагается формировать шкалы и посредством методов современной теории тестирования получить оценки латентной переменной, отражающей личностные особенности. На завершающем этапе исследования предполагается использование аппарата регрессии для оценивания взаимосвязи выявленных кластеров и латентных характеристик личности с тем или иным индикатором успешности сотрудника. Предлагаемый подход представляет собой структуру пилотного исследования, позволяющего выделить характеристики человеческого капитала (профессиональные навыки и особенности личности), обладающие наибольшим вкладом в показатели эффективности сотрудника или организации, и направлен на снижение трудозатрат на последующих этапах более подробного и прицельного исследования. Возможности предложенного подхода продемонстрированы на примере данных, собранных среди государственных гражданских служащих различных структур Российской Федерации. В качестве индикатора эффективности сотрудника рассматривается наиболее доступный к наблюдению аспект карьерного успеха, выраженный фактом наличия руководящей должности.
Бесплатно
Геометрический кусочно-кубический интерполяционный многочлен Безье с непрерывностью C2
Статья
Кривая Безье – это параметрический полином, который применяется для получения хороших методов кусочной интерполяции с большим преимуществом перед другими кусочными полиномами. Следовательно, критически важно построить кривые Безье, которые были бы гладкими и могли бы повысить точность решений. Большинство известных стратегий определения внутренних контрольных точек для кусочных кривых Безье обеспечивают только частичную гладкость, удовлетворяющую первому порядку непрерывности. Некоторые решения позволяют строить интерполяционные полиномы с гладкостью по ширине вдоль аппроксимирующей кривой. Однако они все еще не могут обрабатывать расположение внутренних контрольных точек. Частичная гладкость и неконтролирующее расположение внутренних контрольных точек могут повлиять на точность приблизительной кривой набора данных. Чтобы улучшить гладкость и точность предыдущих стратегий, предлагается новый кусочно-кубический многочлен Безье второго порядка непрерывности C2 для оценки пропущенных значений. Предлагаемый метод использует геометрическое построение для поиска внутренних контрольных точек для каждого смежного подынтервала указанного набора данных. Не только предлагаемый метод сохраняет стабильность и гладкость, анализ ошибок численных результатов также показывает, что результирующий интерполирующий полином более точен, чем те, которые получены с помощью существующих методов.
Бесплатно
Гибридные сетевые структуры и их использование при диагностировании сложных технических систем
Статья
Предложен подход к техническому диагностированию сложных технических систем по результатам обработки телеметрической информации внешней системой контроля и диагностирования с использованием гибридных сетевых структур. Рассмотрен принцип построения диагностических комплексов сложных технических систем, обеспечивающий автоматизацию процесса технического диагностирования и основанный на использовании при обработке телеметрической информации моделей в виде гибридных сетевых структур, включающих многослойные нейронные сети и дискретные байесовские сети со стохастическим обучением. Разработаны модель изменения параметров технического состояния сложных технических систем на основе многослойных нейронных сетей, позволяющая сформировать вероятностную оценку отнесения текущей ситуации функционирования сложной технической системы к множеству рассмотренных ситуаций функционирования по отдельным телеметрируемым параметрам, и многоуровневая иерархическая модель технического диагностирования сложных технических систем на основе дискретной байесовской сети со стохастическим обучением, позволяющая агрегировать полученную от нейросетевых моделей информацию и распознавать текущую ситуацию функционирования сложной технической системы. В условиях нештатных ситуаций функционирования сложной технической системы по результатам обработки телеметрической информации локализуются неисправные функциональные узлы и формируется объяснение причины возникновения нештатной ситуации. Детализированы этапы реализации технического диагностирования сложных технических систем с использованием предложенных гибридных сетевых структур при обработке телеметрической информации. Представлен пример использования разработанного подхода к решению задач технического диагностирования бортовой системы космического аппарата. Показаны преимущества предлагаемого подхода к техническому диагностированию сложных технических систем в сравнении с традиционным подходом, основанном на анализе принадлежности значений телеметрируемых параметров заданным допускам.
Бесплатно
Гибридный метод обучения сверточных нейронных сетей
Статья
Предложен гибридный метод обучения сверточных нейронных сетей. Метод заключается в объединении методов второго и первого порядка для разных элементов архитектуры сверточной нейронной сети. Гибридный метод обучения сверточных нейронных сетей позволяет добиваться значительно лучшей сходимости по сравнению с методом обучения сверточных нейронных сетей «Adam» и требует меньше вычислительных операций для реализации. Рассматриваемый метод применим для обучения сетей, на которых происходит паралич обучения при использовании методов первого порядка. Более того, предложенный метод обладает способностью подстраивать свою вычислительную сложность под аппаратные средства, на которых производится вычисление, вместе с тем гибридный метод позволяет использовать подход обучения мини-пакетов. Приведен анализ соотношения вычислений между сверточными нейронными сетями и полносвязными искусственными нейронными сетями. Рассмотрен математический аппарат оптимизации ошибки искусственных нейронных сетей, включающий в себя метод обратного распространения ошибки, алгоритм Левенберга-Марквардта. Проанализированы основные ограничения данных методов, возникающие при обучении сверточной нейронной сети. Проведен анализ устойчивости предлагаемого метода при изменении инициализирующих параметров. Приведены результаты применимости метода в различных задачах.
Бесплатно
Статья
Алгоритмы глубокого обучения сыграли важную роль в решении многих комплексных задач, за счет автоматического изучения правил (алгоритмов) на основе выборочных данных, которые затем сопоставляют входные данные с соответствующими выходными данными. Цель работы: выполнить классификацию земных покровов (LULC) спутниковых снимков Московской области на основе обучающих данных и сравнить точность классификации, полученной с применением ряда моделей глубокого обучения. Методы: точность, достигаемая при классификации земных покровов с использованием алгоритмов глубокого обучения и данных космической съёмки, зависит как от конкретной модели глубокого обучения, так и от используемой обучающей выборки. Мы использовали наиболее современные модели глубокого обучения и обучения с подкреплением вкупе с релевантным набором обучающих данных. Для тонкой корректировки параметров моделей и подготовки обучающего набора данных применялись разливные методы, в том числе аугментация данных. Результаты: Применены четыре модели глубокого обучения на основе архитектур Residual Network (ResNet) и Visual Geometry Group (VGG) на основе обучения с подкреплением: ResNet50, ResNet152, VGG16 и VGG19. Последующее до-обучение моделей выполнялось с использованием обучающих данных, собранных спутником ДЗЗ Sentinel-2 на территории Московской области. На основе оценки результатов, архитектура ResNet50 дала наиболее высокую точность классификации земных покровов на территории выбранного региона. Практическая значимость: авторы разработали алгоритм обучения четырёх моделей глубокого обучения с последующей классификацией фрагментов входного космического снимка с присвоением одного из 10 классов (однолетние культуры, лесной покров, травянистая растительность, автодороги и шоссе, промышленная застройка, пастбища, многолетние культуры, жилая застройка, реки и озера).
Бесплатно
Статья
Предлагается система сбора, предварительной обработки и анализа данных для идентификации личности по походке с использованием методов машинного обучения и анализа изображений. Система включает механизм предварительной обработки для нормализации биометрических данных движения человека и этап постобработки для выделения признаков, инвариантных относительно ортогональных преобразований пространства и изменения положения камеры, к перспективе. Реализован вычислительно эффективный метод распознавания походки с использованием одной стереокамеры. Проведен анализ пространства признаков для определения значимых характеристик, а также сравнительный анализ используемого набора признаков. Протестированы несколько архитектур машинного обучения, включая модели глубокого обучения, с анализом их точности и вычислительной эффективности. Экспериментально исследована производительность системы на различных вычислительных устройствах, измерены временные характеристики обработки данных. Результаты позволяют сравнить применимость и эффективность в зависимости от доступных вычислительных мощностей. Исходные данные формируются как временные ряды 3D-координат ключевых точек, реконструируемых по глубине на основе 2D-детекций позы (COCO, 17 точек), при этом пропуски детекций кодируются нулевым вектором. Для идентификации по походке точки головы исключаются как неинформативные, а пропуски восстанавливаются с последующим сглаживанием координат. Инвариантное признаковое пространство строится по геометрии скелета (длины сегментов, углы и их производные). Далее признаки агрегируются в единый вектор по скользящему окну, то есть каждый вектор описывает движение на интервале из нескольких последовательных кадров. На этапе идентификации личности используется фильтрация по порогу и агрегирование предсказаний на уровне кадров. Показано, что качество и скорость работы зависят от выбранной модели машинного обучения и доступных вычислительных ресурсов.
Бесплатно
Идентификация сельскохозяйственных культур с использованием радарных изображений
Статья
Одной из наиболее важных задач в практической сельскохозяйственной деятельности является идентификация сельскохозяйственных культур, произрастающих на отдельных полях в данный момент и ранее. Для снижения трудоемкости процесса идентификации в последние годы используются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в том числе значения индексов, рассчитываемые по ходу периода вегетации. При этом обработка оптических спутниковых снимков и получение достоверных значений индексов зачастую бывает затруднено из-за облачности во время съемки. Для решения этой проблемы в статье предложено использовать в качестве основного показателя, характеризующего сельскохозяйственную культуру, кривую сезонного хода радарного вегетационного индекса с двойной поляризацией (DpRVI). В период 2017-2020 гг. для идентификации культур на опытных полях Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства (ДВ НИИСХ) было получено и обработано 48 радарных снимков Хабаровского муниципального района Хабаровского края со спутника Sentinel-1 (разрешение 22 м, интервал съемки − 12 дней). В качестве основных идентифицируемых культур выступали соя и овес. Также были добавлены пиксели полей, не занятых данными культурами (кормовые травы, заброшенные поля). Были получены ряды значений DpRVI как для отдельных пикселей и полей, так и аппроксимированные ряды для трех классов. Аппроксимация проводилась с использованием функции Гаусса, двойной логистической функции, квадратного и кубического полиномов. Установлено, что оптимальным алгоритмом аппроксимации является использование двойной логистической функции (средняя ошибка составила 4,6%). В среднем, ошибка аппроксимации индекса вегетации для сои не превышала 5%, для многолетних трав – 8,5%, а для овса – 11%. Для опытных полей общей площадью 303 га с известным севооборотом была проведена классификация взвешенным методом k ближайших соседей (обучающая выборка сформирована по данным 2017-2019 гг, тестовая -2020 г.). В результате верно идентифицировано 90% полей. Общая точность классификации по пикселям составила 73%, что позволило выявить несоответствие реальных границ полей заявленным, определить заброшенные и заболоченные участки. Таким образом, установлено, что индекс DpRVI может быть использован для идентификации сельскохозяйственных культур юга Дальнего Востока и служить основой для автоматического классифицирования пахотных земель.
Бесплатно
