Моделирование, информатика и управление. Рубрика в журнале - Математическая физика и компьютерное моделирование
Статья научная
The article discusses current mathematical methods (probabilistic, regression, correlation, fuzzy, graph, and others) used in the study of the structure and property dependencies of polymer compositions and polymer composite materials. The authors consider the methodology and theoretical aspects of modeling these dependencies, give technological calculations using models. The paper provides examples of the analysis of the particular case of complex chemical and chemical-technological systems, polymer compositions and composite (polymer) materials. The authors show a possible solution to the problems of assessing the quality of composite polymer materials and the rational choice of the composition in homogeneous sets using fuzzy sets.
Бесплатно
Статья научная
This work is carried out with the purpose developing the fundamental breast cancer early differential diagnosis foundations based on modeling the spatio-temporal temperature distribution using the microwave radiothermometry method and intelligent analysis of the data obtained. The article deals with the machine learning application in the microwave radiothermometry data analysis. The problems associated with the construction of mammary glands temperature fields computer models for patients with various diagnostics classes, are also discussed. With the help of a computer experiment, based on the machine learning algorithms set (logistic regression, naive Bayesian classifier, support vector machine, decision tree, gradient boosting, K-nearest neighbors, etc.) usage, the mammary glands temperature fields computer models set adequacy.
Бесплатно
Статья научная
In this paper, the authors study the influence of a random stress on the parameters of an extremely short optical pulse as it propagates in a nonlinear medium with carbon nanotubes, taking into account the processes of multiphoton absorption and pumping by an external electromagnetic wave. The dependence of the intensity and width of the pulse field on the number of photons, as well as on the amplitude of the pump pulse, is analyzed.
Бесплатно
Multichannel nodes with identical time of service
Статья научная
The author investigates multichannel nodes in series with different service disciplines of service without an interruption of service in every node. Very big decrease of the virtual time of wait in inlying nodes is proved. Exact estimations of time of wait on the inlying nodes are resulted.
Бесплатно
NP-полнота задачи построения графа с минимальным коэффициентом непрямолинейности
Статья научная
В настоящей статье рассмотрена задача построения плоского связного взвешенного графа на заданном наборе точек с минимальным коэффициентом непрямолинейности. За вес ребра берется евклидово расстояние между концами. Доказывается, что такая задача является NP-полной. Так как эта задача является NP-полной, предложен эвристический алгоритм решения рассматриваемой задачи. Данный алгоритм всегда строит триангуляцию, так как только в этом классе графов возможно решение поставленной задачи. Проведен ряд экспериментов по статистическому исследованию коэффициента непрямолинейности триангуляции, построенной в результате работы приведенного алгоритма на случайно сгенерированных точках.
Бесплатно
Next-generation network monitoring systems - critical requirements and design
Статья научная
The article deals with the monitoring systems and their usage in IT-infrastructure. The first generation of monitoring systems grew up from instruments made by software companies for their internal needs. Such systems currently fail to meet the actual business requirements. The number of used by common enterprises business applications and software services grows vigorously. It led to depletion of legacy systems’‘ scaling abilities. Now business asks for new generation monitoring systems, which are flexible, able to process large-scale IT-infrastructures and has low operation costs. This article is devoted to revealing qualitative monitoring systems requirements by evaluation of several companies’‘ business requirements. Those companies have various level of IT infrastructure integration in their business processes. We interviewed more than 50 tech specialists and managers and grouped requirements by IT-infrastructure scale. We formulated critical requirements for new generation monitoring systems using previously collected data and also opened access to best-practices of such systems implementation and usage. We also proposed feasible architecture of next-generation monitoring system.
Бесплатно
Автоматизация морфологической разметки архивных документов
Статья научная
Работа посвящена описанию созданной авторами статьи надстройки над утилитой для стемминга MyStem И. Сегаловича. Приложение добавляет к возможностям утилиты удобный графический интерфейс, простой для освоения и интуитивно понятный пользователям, не специализирующимся в информационных технологиях. Оно перехватывает вывод утилиты MyStem, специальным образом переформатирует и анализирует его. Кроме того, приложение имеет функционал для снятия омонии вручную, если автоматическими средствами морфологические характеристики слова определены неверно. Основное назначение данного приложения - подготовка морфологической разметки документов архивного фонда «Михайловский станичный атаман» для создания лингвистического корпуса. В ходе работы над приложением была решена задача корректной обработки текстов, содержащих устаревшие кириллические символы.
Бесплатно
Автоматизация процесса метаразметки архивных документов
Статья научная
Работа посвящена описанию созданного авторами статьи приложения для поиска определенных заранее заданных шаблонов в обрабатываемых текстах. Данные шаблоны описываются специально разработанной системой маркеров, специфических для ряда рассматриваемых документов. Основное назначение данного приложения - подготовка метаразметки документов архивного фонда «Михайловский станичный атаман» для создания лингвистического корпуса. В ходе работы над приложением была решена задача корректного определения документов четырех типов - войсковая грамота, рапорт, доношение и известие - а также их описательных характеристик.
Бесплатно
Автоматизация формирования монтажей горячекатаного проката металлургического производства
Статья научная
В работе рассмотрена задача автоматизации процесса формирования монтажных партий на стане горячей прокатки. Для решения этой задачи предложен разработанный алгоритм формирования оптимальных монтажных партий на стане горячей прокатки, учитывающий технологические ограничения, накладываемые на производственный процесс. Оптимизация набора монтажных партий заключается в составлении монтажей с максимальной производительностью, которая достигается за счет уменьшения времени на перестройку оборудования при переходе на разные ширину и толщину проката. Реализована программа для автоматического формирования монтажных партий на стане горячекатаного проката. Проведена проверка работоспособности алгоритма при формировании монтажных партий из набора слябов, имеющихся на складе. Проведены расчеты по формированию оптимальных монтажных партий. Представленные результаты проведенного исследования показывают повышение производительности сформированных монтажных партий и соответствие их всем технологическим ограничениям.
Бесплатно
Алгоритм восстановления поверхности объекта по его изображению
Статья научная
В настоящей работе описывается алгоритм построения поверхности по проекции треугольной сетки, нанесенной на эту поверхность. При этом предполагается известным углы треугольников сетки. Данный алгоритм может быть применен к определению ориентации трехмерного объекта по его снимку, если на поверхности объекта есть треугольные элементы с наперед известными углами. Помимо описания алгоритма, в статье приводятся примеры восстановления поверхности, вычисляется для них погрешность расчетов и примеры применения алгоритма в задаче определения ориентации зданий по фотоснимку.
Бесплатно
Алгоритмы классификации заболеваний парных органов на основе нейросетей и нечетких множеств
Статья научная
Предложены два алгоритма диагностики заболеваний парных органов методом микроволновой термометрии: на основе нейросетей и на базе аппарата нечетких множеств. При построении нейросетевого алгоритма рассматривается новая модификация архитектуры нейросетей, заключающаяся в автоматическом добавлении нейронов на выходной слой в процессе обучения нейросети. Проводились вычислительные эксперименты по диагностике варикозных заболеваний ног и заболеваний молочных желез. Эти эксперименты показали, что данная модификация улучшает эффективность алгоритма на 10-12 %. Алгоритм диагностики на основе нечетких множеств по признакам диагностики строит нечеткие множества, после чего диагноз ставится методом, аналогичным методу некомпенсаторного агрегирования. Также проводилось тестирование алгоритма на варикозных заболеваниях и на заболеваниях молочных желез.
Бесплатно
Статья научная
Работа является частью группового проекта по созданию консультативной информационной системы, помогающей врачу диагностировать онкологические заболевания молочных желез методом комбинированной термометрии. Для использования в алгоритмах диагностики необходимо сформировать пространство характеристических и высокоинформативных признаков диагностики. В данной работе излагаются три алгоритма построения двумерных признаков и приводятся результаты вычислительных экспериментов, позволяющих оценить чувствительность и специфичность таких признаков. Комбинируя лучшие пары одномерных признаков, удается получить специфичность и чувствительность 70-80 %.
Бесплатно
Анализ термометрических данных головного мозга, полученных методом микроволновой радиотермометрии
Статья научная
Работа выполнена в рамках направления, основной целью которого является разработка моделей, описывающих диагностическое состояние пациентов. Модели строятся на основе известных знаний медицины и анализа данных измерений, полученных методом микроволновой радиотермометрии. В работе предложена концептуальная модель, описывающая характеристические особенности температурных полей здоровых пациентов на основе уровня выраженности циркадного ритма. По данным особенностям была построена математическая модель, элементы которой характеризуют положения концептуальной модели. Были проведены вычислительные эксперименты, в которых определялась эффективность алгоритма классификации, обучаемого по данным математической модели. В результате было показано, что метод микроволновой радиотермометрии эффективен в выявлении пациентов с нарушенным сознанием.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе определяется уклонение кусочно-кубического почти-решения бигармонического уравнения и выводится общая формула его вычисления. На основе данного понятия получена аппроксимация уравнения. Проведен ряд численных расчетов с целью экспериментального подтверждения полученной формулы.
Бесплатно
Интеллектуальный анализ данных микроволновой радиотермометрии в диагностике рака молочной железы
Статья научная
Статья посвящена разработке нового метода формирования пространства диагностических признаков по данным микроволновой радиотермометрии, предназначенного для создания на его основе консультативной интеллектуальной диагностической системы. Предъявлен метод формирования высокоинформативных признаков на базе количественного описания медицинских знаний и математических моделей поведения температурных полей молочных желез.
Бесплатно
Статья научная
Исследована свободная конвекция в длинном вертикальном цилиндре с постоянным градиентом температуры на боковой поверхности. Движение смоделировано средствами CFD (вычислительная гидродинамика) в пакете Ansys CFX. Изучена развитая естественная конвекция для трех жидкостей (вода, газонасыщенная нефть, дегазированная нефть). Классифицированы типы конвективного движения в зависимости от числа Рэлея (в диапазоне от 3103 до 7104). Интенсивность конвекции характеризуется вертикальной скоростью. Определены характерные критерии, на основании которых проведена классификация. Отмечено влияние числа Прандтля на интенсивность конвекции. Получена эмпирическая зависимость безразмерной средней по объему вертикальной скорости движения от числа Рэлея. Установлено, что при h 60 и более цилиндр можно считать бесконечно длинным.
Бесплатно
Квантово-химическое моделирование эффективности использования полимеров в интерфейсных структурах
Статья научная
В данной работе был проведен квантово-химический анализ эффективности применения полиариленфталидов в интерфейсных структурах. Были проведены квантово-химические расчеты для молекулярных систем, представляющих собой модельные системы полимеров класса полиариленов - полиариленфталидов. Всего в рассмотрение входило 9 представителей данного класса соединений. Для всех молекул были проведены квантово-химические расчеты с использованием метода теории функционала плотности B3LYP/6-31+G(d) и теоретически оценены такие энергетические параметры, как полные энергии молекул и их отрицательных и положительных ионов в молекулярной и оптимизированной ионной геометриях; энергии занятых и вакантных молекулярных орбиталей; величины вертикального и адиабатического сродства к электрону и потенциала ионизации, а также дипольный момент.В настоящей работе предложен алгоритм обработки результатов квантово-химических расчетов на основании анализа энергетических характеристик мономерного звена полимера, позволяющий выявить определенную взаимосвязь между химической структурой органического соединения и электронными свойствами границы раздела металл/полимер. Предложенный алгоритм позволил выявить области максимального отклонения энергетических параметров и конкретные соединения, которые представляют интерес для формирования гетероструктур. Показана корреляция результатов, полученных с помощью методов квантово-химического моделирования с экспериментальными результатами по определению потенциальных барьеров на границе металл/полимер и проводимости вдоль интерфейса полимер/полимер.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе изучено двумерное линейное уравнение теплопроводности с дробным порядком дифференцирования и составлен вычислительный алгоритм его численного решения. Дробные производные по пространству и времени представлялись при помощи определения Римана - Лиувилля, а для их аппроксимации использовалось определение Грюнвальда - Летникова со сдвигом. На основе вычислительного алгоритма написана программа для компьютерного моделирования процесса теплообмена в неоднородных средах. Разработана версия программы с использованием технологии параллельных вычислений OpenMP. Компьютерная модель протестирована рядом численных экспериментов по решению задачи распространения теплового импульса. По результатам моделирования было изучено влияние дробного порядка дифференцирования на процесс теплопроводности.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается 3D-модель транспорта взвесей в прибрежных морских системах, учитывающая множество факторов, среди которых гидравлическая крупность или скорость осаждения частиц, распространение взвеси, оседание, интенсивность распределения источников взвешенного вещества и др. Разностные операторы диффузионного переноса в горизонтальных и вертикальном направлениях для данной задачи обладают существенно различными характерными пространственно-временными масштабами процессов, а также спектрами. При типичной дискретизации, применительно к мелководным системам Юга России (Азовское море, Цимлянское водохранилище), шаги по горизонтальным направлениям составляют 200-1000 м, коэффициенты турбулентного обмена (турбулентной диффузии) (103-104)м2/с; по вертикальному направлению - шаги 0,1 м-1 м, а коэффициенты микротурбулентного обмена по вертикали - (0,1-1)м2/с. Если ориентироваться на использование явных локально-двумерных - локально-одномерных схем расщепления, то допустимые значения шага по времени для двумерной задачи составят порядка 10-100 с, а для одномерной задачи по вертикальному направлению - 0,1-1 с. Сказанное мотивирует к построению аддитивной локально-двумерной - локально-одномерной схемы расщепления по геометрическим направлениям. В работе приведено описание параллельного алгоритма, использующего для аппроксимации двумерной задачи диффузии-конвекции по горизонтальным направлениям и одномерной задачи диффузии-конвекции по вертикальному направлению как явными, так и неявными схемами. Двумерная неявная задача диффузии-конвекции по горизонтальным направлениям численно решается адаптивным попеременно-треугольным методом. Численная реализация одномерной задачи диффузии-конвекции по вертикальному направлению осуществляется последовательным методом прогонки для серии независимых на данном слое одномерных трехточечных задач по верти кальному направлению. Для повышения эффективности параллельных расчетов также выполнена декомпозиция расчетной пространственной сетки и всех сеточных данных по одному или двум пространственным направлениям - в горизонтальных направлениях. Проведено сравнение полученных алгоритмов с учетом допустимых величин шагов по времени и реальных временных затрат на выполнение вычислений и обменов информацией на каждом временном слое.
Бесплатно
Статья научная
Построена математическая модель прогноза урожайности сельскохозяйственных культур на основе данных полевого мониторинга и дистанционного зондирования Земли. Модель включает следующие основные величины: вегетационные индексы NDVI, суммарный поток солнечного излучения на нижней границе атмосферы, эффективность использования фотосинтетически активного солнечного излучения, затраты биомассы на дыхание. После параметризации математической модели с использованием данных наблюдений количество неопределенных (калибровочных) коэффициентов модели уменьшается с 8 до 2. Эти коэффициенты определяются методом последовательных приближений при сравнении результатов расчетов с данными наблюдений урожайности конкретной сельхозкультуры (СХК) на заданном поле. Показано, что значения этих коэффициентов сильно зависят от выбора оптимальных условий роста СХК. Для уменьшения погрешности прогноза урожайности предложен подход, основанный на численном интегрировании суммарной плотности потока энергии методами второго и четвертого порядков точности. При использовании методов численного интегрирования высокого порядка точности погрешность прогноза урожайности снижается в среднем на 20 % по сравнению со широко используемой моделью расчета прироста биомассы, имеющей первый порядок точности.
Бесплатно
