Прикладные информационные технологии. Рубрика в журнале - Проблемы информатики
Применение методов машинного обучения для классификации немаркированных элементов питания
Статья научная
Актуальность исследования предопределяется необходимостью сортировки опасных и ценных объектов в составе твердых коммунальных отходов (ТКО), в частности немаркированных элементов питания, с целью их дальнейшей утилизации или переработки, что приобретает особую важность в условиях изменения мировой экологической политики. Предложен подход к идентификации немаркированных цилиндрических элементов питания стандартных типоразмеров на основе компьютерного зрения. Источником анализируемых изображений являются видеокамера и рентгеновская установка. Идентификация выполняется на основе последовательно применяемых процедур, позволяющих обнаруживать и распознавать элементы питания в потоке ТКО на конвейерной ленте. При наличии неповрежденной маркировки на корпусе элементов питания обработка изображений, распознавание надписей и анализ идентификаторов обеспечивают достаточно достоверную классификацию. При существенном повреждении маркировки распознавание затруднено, поэтому предложен дополнительный этап обработки изображений в рентгеновском диапазоне. Нейронные сети, составляющие основу системы идентификации элементов питания, обучаются на подготовленных наборах данных, содержащих множество рентгеновских снимков элементов питания разных типов, которым сопоставлены искомые классы. Обученная модель позволяет классифицировать тип элементов питания для последующей сортировки. Предложенный способ нейросетевой классификации элементов питания на основе обработки оптических изображений и рентгеновских снимков составляет основу программно-аппаратного комплекса, предназначенного для автоматизированных линий сортировки ТКО.
Бесплатно
Статья научная
Благодаря увеличению вычислительной мощности и генерации больших объемов данных алгоритмы искусственного интеллекта в настоящее время активно используются для выполнения широкого круга медицинских задач. Одной из важнейших областей, в которых может быть полезно применение искусственного интеллекта, в частности, методов машинного обучения, - это диагностика заболеваний и прогнозирование их возможных исходов. В настоящей статье описывается процесс использования алгоритмов машинного обучения для предсказания риска развития неблагоприятных сердечно-сосудистых событий у пациентов с диагностированной артериальной гипертензией в ближайшие 12, 24 и 36 месяцев. Отличительной чертой данной задачи является использование в качестве обучающего дата-сета локальных данных, собранных в отдельном регионе РФ. Данная особенность может улучшить адаптированность предсказательной модели к возможным локальным особенностям развития сердечно-сосудистых заболеваний, однако и имеет существенный недостаток - малое количество обучающих данных. В работе рассмотрена одна из возможных формальных математических постановок рассматриваемой задачи, указаны этапы формирования дата-сета и исследованы предсказательные алгоритмы машинного обучения на малых наборах для создания модели расчета рисков сердечно-сосудистых заболеваний. Представленные результаты позволяют говорить о возможности использования моделей машинного обучения для повышения точности прогнозирования сердечно-сосудистых рисков.
Бесплатно
Программная среда и методика разработки интеллектуальных СППР
Статья обзорная
В статье рассматриваются наиболее известные доступные программные среды, используемые для построения интеллектуальных СППР, jColibri и CLIPS, анализируются их назначение, функциональные возможности, области использования. Подробно описывается фреймворк СПОРА+, предназначенный для комплексной поддержки разработки интеллектуальных СППР. Описываются модель комплексной поддержки и предлагаемые ею средства онтология поддержки принятия решений, информационно-аналитический интернет-ресурс, репозиторий методов поддержки принятия решений и методика разработки интеллектуальных СППР. Предлагаемые средства основываются на принципах и подходах, хорошо зарекомендовавших себя при разработке систем такого класса, и используют технологии разработки интеллектуальных научных интернет-ресурсов и Semantic Web. Описываются методика и алгоритм использования СПОРА+. Подчеркиваются отличительные особенности данного фреймворка.
Бесплатно
Статья научная
Несущие элементы многих стратегических оборудований являются стержнями ограниченной длины и переменного поперечного сечения. Большинство из них испытывает воздействия определенных видов источников тепла. Для обеспечения надежной работы этих оборудований необходимо знать изменение тсилофизичсских характеристик стержня но длине стержня и но времени. В работе предлагаются вычислительный алгоритм и метод для определения тсилофизичсских характеристик стержня ограниченной длины и переменного поперечного сечения но времени. Они основаны на фундаментальных законах сохранения энергии. Получено численное решение задачи.
Бесплатно
Программное обеспечение для обнаружения границ на примере изображений сейсмического волнового поля
Статья научная
В статье производится оценка эффективности программного обеспечения (ПО) для обнаружения границ на примере изображений картин сейсмического волнового ноля. Для обнаружения границ на изображениях применяются фильтры Соболя, Превитта, Робертса, Габора и алгоритм Канин. Оценка ПО производится количественными и качественными характеристиками. Результаты будут использованы в работе но исследованию нейронной сети неокогнитрон для распознавания геолого-физических моделей сред (ГФМС).
Бесплатно
Проектирование электронной базы данных для зоологической коллекции Республики Казахстан
Статья научная
В последние годы исследования в области биологии и генетики привели к увеличению биологической информации, хранящейся в базах данных. Такое же увеличение объема информации произошло в области зоологии, но развитие баз данных в этой области не рассматривалось. В статье описана разработанная электронная база хранения зоологической коллекции Института зоологии Министерства образования и науки Республики Казахстан. Создание базы и банка данных но государственной научной зоологической коллекции позволит использовать ее в научных, образовательных и прикладных целях, которая будет использована для учета, контроля состояния и долговременного сохранения единой национальной зоологической коллекции и управления ценными зоологическими коллекционными материалами. Государственная зоологическая научная коллекция является важнейшим источником информации для различных направлений биологических исследований. Она является не только основой для проведения научных изысканий но систематике, молекулярной генетике животных, но и документальным подтверждением корректности выполненных фаунистических работ. При решении этой важной в теоретическом и практическом отношении проблемы особую актуальность приобретает инвентаризация образцов видового разнообразия. На основе MySQL разработана электронная база данных е удобным интерфейсом для ввода данных из государственной зоологической коллекции Республики Казахстан. Разработанная ЭБД включает информационно-поисковую систему и обеспечит дальнейшее формирование виртуальной научной зоологической коллекции. Электронная база данных предназначена для зоологов, а также для специалистов других профилей, нуждающихся в зоологической информации.
Бесплатно
Прототип базы активных знаний на основе вычислительных моделей
Статья научная
В статье представлен результат разработки системы, которая позволяет сохранять информацию о программных модулях и связях между ними в форме, подходящей для автоматического применения при конструировании прикладных программ. В основе системы лежит теория структурного синтеза программ. Знания в такой системе представляются в виде вычислительных моделей, а в качестве атомарной единицы знаний рассматривается программный модуль. В результате проведенного исследования была разработана архитектура системы, разработан алгоритм автоматического конструирования прикладных программ и проверена работа системы на ряде тестов.
Бесплатно
Радиолокационные методы дистанционного зондирования лесных массивов
Статья научная
На основе анализа набора статистической информации по данным радиолокационной съемки определен оптимальный уровень фильтрации для автоматического выделения основных объектов наблюдаемой поверхности. Анализ производился по данным с космического аппарата TerraSAR-X в согласованной и кросс-поляризациях (VV, VH). Показано, что территория, покрытая растительностью, имеет максимальные различия в кросс-поляризационных изображениях, выделены контуры лесного массива.
Бесплатно
Разработка и моделирование принципиальной схемы устройства приведения по модулю
Статья научная
Выполняется разработка принципиальной схемы устройства приведения но модулю для аппаратной реализации асимметричных криптоалгоритмов е оптимальными аппаратными затратами в САПР Quartus Prime Lite Edition. Выполнено функциональное и временное моделирование для проверки корректности работы устройства. Приводятся результаты временного моделирования устройства и блока регистра сдвига одного из основных блоков устройства приведения по модулю. Получена схема устройства быстрого приведения чисел по модулю на уровне регистровых передач (RTL). Сравнительный анализ использованных и имеющихся ресурсов FPGA Cyclone VE 5CEBA4F23C7 показал, что для реализации устройства приведения по модулю при n = 6 было задействовано порядка 0,6 % от имеющихся ресурсов низкобюджетной FPGA. Это подтверждает возможность использования FPGA Cyclone VE 5CEBA4F23C7 для реализации устройства приведения но модулю для многоразрядных чисел.
Бесплатно
Разработка информационной системы для электроэнергетических систем
Статья научная
В данной статье рассматриваются объекты информационной системы для электроэнергетических систем (ЭЭС). Приводятся мировой опыт разработки информационных систем и подробная схема информационной системы для ЭЭС. Рассматриваются математические модели электроэнергетических систем. На основе математической модели приводится численный пример, который показывает достаточную эффективность предложенного метода. В настоящее время к основным областям применения систем передачи данных можно отнести системы релейной защиты и автоматики, диспетчерского и автоматизированного технологического управления электроэнергетическими объектами, а также системы автоматизированного учета энергоресурсов. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных машин является одним из наиболее эффективных способов обеспечения устойчивости работы энергосистем. Однако, многообразие возможных параметров и режимов даже в отдельно взятой энергосистеме создает значительные препятствия на пути разработки оптимальных средств обеспечения устойчивости. Таким образом, применение АРВ для обеспечения устойчивости в ряде случаев может оказаться недостаточным. Поэтому появляется необходимость в разработке информационных систем.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель искусственной иммунной системы такого заболевания организма, как пиелонефрит, лечение которого производится на основе сульфаниламидных препаратов. Получены результаты построения схемы нечеткой системы управления терапевтическими дозами сульфаниламидов. Разработанная математическая модель описывает формирование специальных реакций организма в зависимости от фаз хронического пиелонефрита. Для разработки иммунной модели реакции организма на сульфаниламиды учитывалась неопределенность в описании параметров, обусловленная характером протекающих в организме процессов. Для описания на основе нечеткой логики процесса влияния сульфаниламидных препаратов на организм проведен структурный анализ данных препаратов и даны сценарии их влияния на организм человека, включая побочные эффекты.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы моделирования нестационарных дискретных систем на примерах экономических процессов, которые осуществляются в условиях временных ограничений и запаздывания. Целью исследования является построение систем мониторинга, реализующих функции контроля достоверности, сглаживания, регулирования факторов, приводящих к невыполнению назначенных объемов и сроков. Разработаны модели адаптивного статистического и нейросетевого прогнозирования. Приведены результаты экспериментального анализа на конкретных числовых примерах.
Бесплатно
Статья научная
В научном численном моделировании на суперЭВМ часто возникает проблема статического или динамического обеспечения баланса вычислительной нагрузки. Эта проблема не имеет эффективного универсального решения, вследствие чего на практике используются различные частные и эвристические алгоритмы балансировки нагрузки на вычислительные узлы. Несмотря на то, что эта тема хорошо разработана в литературе и имеется большое количество методов, алгоритмов и программ балансировки нагрузки, их применение в каждом конкретном случае представляет собой проблему. Даже настройка параметров подходящего алгоритма балансировки нагрузки может стать непреодолимым препятствием для пользователя суперЭВМ. Это обуславливает актуальность автоматического обеспечения балансировки нагрузки на узлы как подзадачи автоматического конструирования параллельных программ. Если в системе программирования имеется набор алгоритмов балансировки в виде, допускающем их автоматическое применение, то обозначенная проблема снимается с пользователя. В системе автоматического конструирования параллельных программ LuNA имеются средства для накопления и автоматического применения алгоритмов статической и динамической балансировки вычислительной нагрузки на узлы. В статье рассматривается подход, на основе которого такое накопление и применение возможно в системе LuNA.
Бесплатно
Разработка программного приложения для оптимизации радиопокрытия сети LTE
Статья научная
Операторы мобильной свяли проектируют есть е помощью эмпирических моделей распространения радиосигнала, точность которых вызывает сомненья. Одна из таких моделей модель COST 231 Hata. Данная модель разработана для учета таких факторов как дифракция, отражение и рассеивание сигнала в условиях городской застройки. Она прогнозирует общие потери при распространении сигнала в сотовых сетях. В данной работе авторами был разработан программно-аппаратный комплекс, позволяющий вычислить корректирующий коэффициент к эмпирической модели COST 231 Hata в сети LTE на основании измерений, выполненных мобильными устройствами. В частности, было разработано приложение на базе Android и серверная часть на базе языка Python.
Бесплатно
Разработка системы извлечения информации из текстов на русском языке в области криминалистики
Статья научная
В данной статье описывается подход к разработке системы извлечения информации из текстов на русском языке в предметной области «Криминалистика». Для начала опишем подробнее поставленную задачу. Разрабатываемая система должна извлекать из текстов встречающиеся в них именованные сущности, такие как люди и организации, события. Также для извлеченных сущностей должны заполняться их атрибуты, такие как имя, фамилия, пол, дата рождения для людей, название и тип для организаций, время и место для событий. Между событиями и именованными сущностями должны выделяться семантические связи, с указанием семантической роли зависимых сущностей (например, субъект и объект). Разные семантические сущности описывающие один реальный объект (человека, организацию или событие) должны склеиваться посредством разрешения кореференции с объединением их аттрибутов. Для анализа текстов в системе используется библиотека RCO FX Ru, которая использует подход, основанный на правилах. Эта библиотека предоставляет следующую информацию: список всех семантических сущностей, выделенных из текста, их морфологические и синтаксические атрибуты, а также синтактико-семантический граф каждого предложения. Для решения задачи был построен и размечен корпус текстов, разработана онтология предметной области, на основе RCO FX реализована система правил и шаблонов, извлекающих необходимые сущности, события и связи между ними. После анализа текст преобразовывается в модель rdf и сохраняется в rdf-хранилище. Также в системе реализован модуль визуализации, позволяющий пользователю просматривать результаты анализа текстов, осуществлять поиск среди выделенной информации, и использовать различные фильтры, отсеивающие наиболее важную информацию. Используемый в системе подход позволяет извлекать информацию из предметных текстов с точностью 70-80% при полноте 30-35%.
Бесплатно
Ранжирование узлов взвешенной сети соавторства: анализ данных БД Repec
Статья научная
Изучаются взвешенные сети соавторства, построенные на основе извлеченной из библиографической БД информации. Узлами сетей являются авторы научных публикаций, а связи устанавливаются на основе бинарного отношения соавторства. Рассматриваются два метода установления весов ребер, отражающие вклад каждого соавтора, если эти сведения не указаны явно. Вычислены меры центральности но степени, близости, посредничеству и собственному вектору. Приведены результаты ранжирования авторов, исследована их зависимость от выбора метода назначения весов. Показано, что меры центральности имеют высокий уровень корреляции, наивысший для центральности но посредничеству.
Бесплатно
Расчет ожидаемой площади покрытия беспроводной сенсорной сети с ненадежными узлами
Статья научная
Рассматривается беспроводная сенсорная сеть, в которой сенсоры подвержены случайным отказам. Сеть задается с помощью случайного графа с ненадежными вершинами, распределенными в двумерной области. Для каждого узла заданы его координаты и вероятность исправной работы, а также радиус окрестности, в пределах которой сенсор ведет мониторинг. В качестве показателей надежности рассматриваются математическое ожидание площади области покрытия и вероятность того, что площадь области мониторинга не меньше заданного наперед порогового значения. Предлагаются точные методы для расчета данных показателей. Для вычисления площади покрытия в частных реализациях сети предложено несколько подходов. Представлены результаты численных экспериментов
Бесплатно
Статья научная
Существующее на текущий день большое разнообразие архитектур ставит вопрос разработки универсального программного обеспечения. В связи с этим появляются и развиваются различные программные средства, позволяющие создавать единый кроссплатформенный код для запуска на CPU, GPU, FPGA и других архитектурах. Тем не менее, остается вопрос эффективности и переносимости производительности разработанного кода. В данной работе мы исследуем этот и другие аспекты применительно к библиотеке Kokkos, которая на сегодняшний день является одним из наиболее популярных средств для создания кроссплатформенного кода. В качестве бенчмарка мы рассматриваем задачу из области биоинформатики по поиску наиболее часто встречающихся последовательностей ДНК, которая решается с использованием строковых алгоритмов. Мы приводим несколько алгоритмов решения задачи, реализуем их с использованием технологий OpenMP, Cuda и Kokkos и демонстрируем, что потери производительности при использовании Kokkos не превышают 10 %, в то время как код может быть запущен как на CPU, так и на GPU.
Бесплатно
Создание и развитие многокомпонентного комплекса моделей гидродинамических процессов земли
Статья научная
В статье представлен обзор современного состояния исследований в ИВМ и МГ СО РАН в направлении математического моделирования процессов в атмосфере, гидросфере и криосфере Земли. Рассмотрены вопросы создания и развития многокомпонентного комплекса моделей гидродинамических процессов для исследования климата, Арктического региона, для моделирования подводной мерзлоты, для изучения термического режима водоемов и водохранилищ и сложных речных систем. Особое внимание уделяется вопросам мониторинга и анализа состояния окружающей среды.
Бесплатно
Спектральный анализ сети цитирования журналов. Часть II
Статья научная
Представлены два спектральных алгоритма разбиения, основанные на минимизации нормализованного разреза графа. Выполнен кластерный анализ сети цитирования научных журналов БД RePEe и приведены его результаты.
Бесплатно
