Статьи журнала - Проблемы информатики
Все статьи: 511
Статья научная
В статье представлен новый гидродинамический программный код AstroPhi 2.0 для численного моделирования астрофизических процессов на гибридных суперЭВМ, оснащенных ускорителями Intel Xeon Phi. Описаны детали параллельной реализации кода и элементы со-дизайна численного алгоритма, которые позволили сделать эффективную программную реализацию. В рамках одного ускорителя было получено 134-кратное ускорение, 92-процентная эффективность была получена при использовании 64 ускорителей. С помощью данного кода была смоделирована задача столкновения галактик.
Бесплатно
Статья научная
We consider two well-known optimization problems: the Minimum Spanning Tree Problem and the Maximum Spanning Tree Problem. There are some extensions of these problems, for example, if we want to find extremal spanning tree with bounded maximum degree of vertices or we search for extremal spanning tree with bounded diameter from above or from below by some integer. The diameter of a tree is the number of edges in the longest simple path within the tree connecting a pair of vertices. In current work, we consider the intractable problem of finding a maximum-weight spanning tree with a given diameter in a complete undirected graph. We construct O(n2)-time approximation algorithm solving the Maximum Spanning Tree Problem with a given diameter in a complete undirected n-vertex graph, and prove the sufficient conditions of asymptotic optimality for this algorithm in the case of independent uniformly distributed UNI(0; 1)-entries. This algorithm uses the algorithm for the Minimum Spanning Tree Problem with given diameter in a complete undirected graph.
Бесплатно
CBPM: a dynamic pricing model for cloud-based sensing infrastructure
Статья научная
Wireless sensor networks with cloud computing arc drivers to a new stream of technologies like the Internet of Things and innovations in the communications. Cloud computing triumphs with multifaceted benefits to enterprises with cost saving economies, reduced operational, and support costs but higher productivity. The significant functionality of data collected and processed at wireless sensor nodes is rendered fast, uninterrupted and reliably with cloud computing and its optimized implementations. Therefore, sensor network firms arc partnering with cloud service providers, which lease computing infrastructure as required. This paper suggests a model for optimizing the computing potential of the wireless sensor network in conjunction with the pricing model of the cloud. Integration of concepts of cloud and sensor networks takes the advantage of the sealable and dynamic aspect of cloud being exploited for sensory data. The results show that the proposed method adapts well with performance expectations of sensor networks and reduces the cost specific overheads for its largely processing based functioning...
Бесплатно
Computer simulation of decentralized network
Статья научная
This paperis dedicated to the development of a software system for computer modeling (simulation) of a decentralized network with the ability to perform calculations on distributed nodes.The results of the creation of a such simulation system for decentralized computer networks arc discussed. This system is used during research and implementation of different cryptographic algorithms based on modular arithmetic.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложен новый гидроднамический код gooPhi для моделирования астрофизических течений с использованием новейших ускорителей Intel Xeon Phi с архитектурой KNL. В рамках статьи мы рассмотрим астрофизическое явление: галактику типа медуза. Известно, что основные сценарии образования таких объектов основаны на механизме набегающего давления межгалактического газа или галактического ветра, создаваемого активным ядром галактики. Однако, механизм набегающего давления может быть получен в результате столкновения галактик различной массы. Такой сценарий и был исследован в настоящей работе с помощью разработанного кода. Подробно описан новый векторный численный метод, реализованный в виде программного кода для массивно-параллельных архитектур. Для решения гидродинамических уравнений используется модификация оригинального численного метода, основанного на комбинации метода разделения операторов, метода Годунова и HLL схемы. Такой метод объединяет все достоинства перечисленных методов и обладает высокой степенью параллели-зации...
Бесплатно
Intelligent agent for web watching: language and belief system
Статья научная
In this paper we describe pre-requisites for development of an intelligent computer software agent for watching information on the web in favor of human users. First, we introduce an „interlingua" language for textual and verbal communication between a human and an agent, sufficient to upload any user's beliefs into the agent ontology and to convey further interactions between the two. Next, we discuss construction of the agent foundation belief ontology and extend it to a specific web-watching domain. Finally, the language and belief are tested against real-world interaction scenarios.
Бесплатно
MESH-сети: перспективы развития, возможные применения
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения самоорганизующихся сетей связи (MESH), а также топология построения сетей такого класса. Выявлены основные преимущества и недостатки MESH-сетей, их возможности по организации беспроводных сервисов для мобильных абонентов сотовых сетей связи. Выделены проблемы проектирования такого рода сетей.
Бесплатно
Optimization of the number of databases in the big data processing
Статья научная
Today, many organizations and companies increasingly need to use Big Data in order to increase their income, strengthen competitiveness, and study the interests of customers. However, most approaches to real-time processing and analysis of Big Data are based on the cooperation of several servers. In turn, the use of multiple servers limits the possibilities of many organizations and companies due to cost, management and other parameters. This research paper presents an approach for realtime processing and analysis of Big Data on a single server based on a distributed computing engine, and it is based on research that the approach leads to efficiency in terms of cost, reliability, integrity, network independence, and manageability. Also, in order to improve the efficiency of the approach, the methodology of optimizing the number of databases on a single server was developed. This methodology uses MinMaxScalcr, StandardScaler, RobustScaler, MaxAbsScalcr, QuantilcTransformcr Power Transformer scaling functions together with Machine Learning Linear Regression, Random Forest Regression, Multiple Linear Regression, Polynomial Regression, Lasso Regression algorithms. The obtained results were analyzed and the effectiveness of the regression algorithm and scaling function was determined for the experimental data.
Бесплатно
PlanetaMonitoring: программный комплекс обработки спутниковых данных
Статья научная
Представлен комплекс программного обеспечения обработки спутниковых данных, совместно разработанный ФГБУ «НИЦ "Планета"" и ИВМиМГ СО РАН, описано его использование для решения прикладных задач дистанционного зондирования Земли.
Бесплатно
Polynomial algorithms for a problem of guillotine cutting a cuboid into two small cuboids
Статья научная
In the paper a problem of guillotine cutting a cuboid (cuboid means here always a rectangular box) into two cuboids is considered. The small cuboids can not be rotated. The question is whether there exists a cutting pattern with given numbers of occurrences of both cuboids. A polynomial time algorithm for constructing the convex hull of the set of feasible solutions to this problem is suggested.
Бесплатно
Processing-in-memory: текущие направления развития технологии
Статья научная
Перемещение данных между центральным процессором и оперативной памятью является препятствием первого порядка на пути повышения производительности, масштабируемости и энергоэффективности современных систем. Компьютерные системы используют ряд методов для снижения накладных расходов, связанных с перемещением данных, начиная с традиционных механизмов и заканчивая новыми методами, такими как вычисления в памяти (Processingin-Memory, PIM). Эти методы можно разделить на два больших класса: вычисления рядом с памятью (processing-near-memory, PNM), когда вычисления выполняются в выделенных элементах обработки, и вычисление с использованием памяти (processing-using-memory, PUM), когда вычисления выполняются внутри массива памяти за счет использования внутренних аналоговых рабочих свойств запоминающего устройства. В работе рассматривается парадигма архитектур PIM и приводится обзор архитектур PUM, основанных на параллельных операциях DRAM и ассоциативных процессорах.
Бесплатно
Queuing model of a processing node in mobile geo monitoring network
Статья научная
The article discusses a mathematical model of the data flow received by a processing center with a limited input buffer, receiving packets of the same type from a large number of independent sources. All sources send packets with the same frequency, and the initial moment (the moment when the first packet is sent) for each source is random in the first period. There is a probability of packet loss on the network, which is the same for all sources. The model arose in connection with the task of collecting information on air pollution in cities using sensors located on city electric transport cars and serves to assess the parameters of the corresponding system: the volume of the receiving buffer depending on a given interval of sending packets or vice versa, determining such an interval with a known size of the receiving buffer. Both tasks are solved based on the acceptable level of losses due to refusal to receive packets due to the lack of space in the receiving buffer. The analytical model is built on the basis of LDT — large deviation theory. The obtained analytical estimates were compared with the results of simulation experiments and showed good quality in terms of behavior when changing the model parameters.
Бесплатно
Software-hardware facilities for cryptosystems based on polynomial RNS
Статья научная
This paperis dedicated to the development of software-hardware facilities for cryptosystems based on polynomial residue number system. Today, there is a significant increase in the transfer and processing of personal data from different sources, and this huge amount of data is stored in various information systems and environments. There arc many security threats to sensitive data that arc processed and stored on such systems. One of the most reliable ways to solve data protection problems in computer systems and networks is data encryption. With the development of communication networks and embed systems, there is a growing need to create efficient hardware solutions for performing encryption. The most of the known conventional software-hardware cryptosystems arc implemented using positional number system. The main difficulty with performance occurs during work with large data blocks (for instance, with long encryption keys) in cryptographic transformations. As a result of searching for ways to increase the productivity of electronic computers, methods of detecting and correcting errors, and building highly reliable computer systems, in the middle of the 20th century research has begun in the field of non-positional notation systems...
Бесплатно
The existence of computable sequence that cannot be described by finite automata
Статья научная
The goal of the project is to construct an infinite sequence that cannot be generated by any simple automatic device, and to estimate its complexity. The conjecture on the existence of such a sequence is based on the idea of superiority of Turing machines over finite automata. In the project, a new notion of automaton martingale is introduced, and the existence of an infinite binary random sequence that cannot be generated by a finite automaton is proved. In order to reach the goal of the project one had to study Turing machines, finite automata, computable martingales, and the diagonalization method.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается один из многочисленных подходов к генерации кода классов на языке C#. Разработано приложение, позволяющее создавать классы, конструкторы, свойства и методы на основе шаблонов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается проблема эффективного распределенного исполнения фрагментированных программ в системе LuNA системе автоматизации конструирования параллельных программ численного моделирования для мультикомпьютеров. В системе LuNA прикладной алгоритм описывается на языке высокого уровня, что делает это описание переносимым, но при этом встает сложная проблема обеспечения удовлетворительной эффективности исполнения этого алгоритма на заданном оборудовании и данных. Для преодоления этой проблемы привлекается дополнительное знание пользователя о структуре и свойствах алгоритма, а также о рекомендуемых способах его эффективного параллельного исполнения. Это знание формулируется в виде аннотаций к описанию алгоритма, называемых рекомендациями. При таком подходе пользователю не приходится программировать сложную распределенную логику и управление, а система использует знания пользователя для повышения эффективности работы. Рассматривается реализация этого подхода в системе LuNA. Представлены результаты сравнительного экспериментального исследования производительности.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается проблема автоматизации конструирования параллельных программ численного моделирования с заданными нефункциональными свойствами. Задача конструирования программы рассматривается как задача выбора для каждой функции, входящей в исходное описание алгоритма решения задачи, реализующий ее модуль из числа заранее за¬данных, каждый из которых обладает разными (известными) нефункциональными свойства¬ми. В качестве математического аппарата для формального описания связи между свойствами отдельных модулей и свойствами результирующей программы предлагается использовать вы¬числительные модели, описанные в теории структурного синтеза параллельных программ и систем на вычислительных моделях. На базе системы фрагментированного программирования LuNA, ориентированной на автоматическое конструирование параллельных программ численного моделирования, проведен эксперимент по конструированию параллельной программы с заданными нефункциональными свойствами.
Бесплатно
Автоматизация отладки и балансировки нагрузки во фрагментированных программах
Статья научная
Описываются основные принципы, на которых базируется система фрагментированного программирования LuNA и одноименный язык. Даются значения основных терминов, принятых в системе. Приводятся наиболее типичные для фрагментированных программ логические ошибки. Обосновывается важность решения проблемы динамической балансировки нагрузки между процессами, разделяющими работу по исполнению фрагментов вычислений, совокупность которых и составляет фрагментированную программу на этапе исполнения. Поскольку LuNA относится к высокоуровневым средствам создания параллельных программ, то решение проблем отладки и динамической балансировки нагрузки очень затруднительно для пользователя. В связи с этим для системы разрабатываются модуль автоматизированной отладки на основе метода анализа по трассе и модуль автоматической централизованной динамической балансировки нагрузки. Модуль автоматизированной отладки по ходу исполнения фрагментированной программы на каждом процессе собирает файлы трассы в JSON-форматс, куда вносится информация об обрабатываемых фрагментах вычислений, а также об их входных и выходных фрагментах данных. После нормального или аварийного завершения работы программы пользователь может вызвать специальное программное средство, анализирующее собранные трассы и выводящее подробную информацию об обнаруженных ошибках. При подключении модуля централизованной динамической балансировки нагрузки порождается служебный процесс, который собирает с рабочих процессов информацию о готовых к исполнению и выполнившихся фрагментах вычислений с целью их перераспределения и минимизации дисбаланса. Изложены результаты тестирования модулей на вычислительном кластере НГУ на задаче блочного умножения матриц, продемонстрировавшие эффективность модуля централизованной балансировки нагрузки и приемлемые накладные расходы модуля автоматизированной отладки.
Бесплатно
Автоматизация разработки и применения распределенных пакетов прикладных программ
Статья научная
Рассматриваются проблемы построения предметно-ориентированных систем модульного программирования (пакетов прикладных программ) для решения крупномасштабных задач в гетерогенной распределенной вычислительной среде. Развитие технологий распределенных вычислений актуализирует разработку новых методов и средств, обеспечивающих повышение степени эффективности управления вычислительными процессами в таких пакетах. В этой связи в статье представлены два инструментальных комплекса для автоматизации создания и применения распределенных пакетов прикладных программ с мультиагентным управлением их заданиями, базирующимся на комплексном использовании знаний о предметных областях задач и среде, в которой они решаются. Сформулирована постановка задачи и предложен алгоритм мультиагентного управления заданиями. Эффективность управления достигается путем распределения ресурсов среды на основе тендера вычислительных работ. Примеры решения практических задач иллюстрируют результаты исследований.
Бесплатно
Автоматизированная информационная система оценки адаптации развивающихся систем
Статья научная
Рассмотрены материалы и методы экспериментального исследования адаптационных возможностей организма человека. Приведено описание программного продукта, который является интеллектуальной системой, позволяющей получить качественно новые научные и практичес\-кие результаты, существенно ускоряющие и облегчающие работу медицинского персонала при оценке адаптационных возможностей развивающихся систем.
Бесплатно
