Программные системы: теория и приложения @programmnye-sistemy
Статьи журнала - Программные системы: теория и приложения
Все статьи: 433
Применение сиамских нейронных сетей для классификации биомассы растений по визуальному состоянию
Статья научная
В настоящей статье предложен метод классификации биомассы растений по визуальному состоянию с использованием изображений, снятых в специально сконструированной теплице, и технологий искусственных нейронных сетей Сиамской архитектуры. Определены критерии различных состояний биомассы растений. Сформирован собственный набор данных для обучения Сиамских нейронных сетей, содержащий в себе образцы состояний биомассы в форме текстур. В результате была получена точность при обучении в 91.6% и средняя точность классификации отдельных состояний биомассы в 73.6%.
Бесплатно
Статья научная
Цель разработки - создание технологии сопряжения измерительных систем и суперкомпьютера для проведения экспериментов с обратной связью. Технология используется для экспериментального исследования формирования циклонического вихря над локализованным источником тепла при наличии связи между интенсивностью нагрева и скоростью течения. Характеристики течения, полученные в результате обработки на суперкомпьютере изображений методом цифровой трассерной визуализации (Particle Image Velocimetry PIV), служат входными параметрами для системы нагрева лабораторной установки в ходе проведения измерений. Основная сложность при реализации данного подхода связана с решением целого ряда научно-технических задач, которые рассматриваются в данной статье.
Бесплатно
Принципы организации системы ввода/ вывода параллельной потоковой вычислительной системы
Статья научная
В статье рассматриваются основные принципы работы блока ввода/вывода данных параллельной потоковой вычислительной системы «Буран», приводится анализ влияния различных алгоритмов ввода данных на эффективность решения задач. Описываются средства, позволяющие уменьшать необходимый размер ассоциативной памяти ключей и анализируются результаты экспериментов на программной модели параллельной потоковой вычислительной системы. Ключевые слова и фразы: блок ввода/вывода, алгоритмы ввода данных, ассоциативная память, параллельная потоковая вычислительная система
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке вычислительной технологии для сценарного моделирования и прогнозирования взаимосвязанного развития национальных топливно-энергетических комплексов России и Монголии с учетом межстрановой торговли топливно-энергетическими ресурсами. Целью исследования является создание методологической базы для определения наиболее перспективных вариантов двухстороннего взаимодействия, которая позволит давать обоснованные оценки эффективности проектам сотрудничества России и Монголии в области энергетики. Научной основой для создаваемой технологии послужили принципы агентного имитационного моделирования, в соответствии с которыми изучаемые объекты рассматриваются как элементы многоагентной системы.Для создания агентной имитационной модели (АИМ) топливно-энергетического комплекса России и Монголии выбрано инструментальное средство разработки агентных имитационных моделей Adskit. Проведено обоснование выбора программных средств, разработаны методические принципы и архитектура АИМ. Построена математическая модель для задачи прокладки маршрутов протяженных энергетических объектов, имеющая вид специальной задачи вариационного исчисления, для её решения предложен авторский алгоритм на основе принципов геометрической оптики.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены проблемы и принципы формирования в ресурсах глобальных сетей универсально и бесшовно программируемой среды распределённых вычислений. Проанализированы недостатки современных компьютерных сред, разнородность которых является причиной комбинаторной сложности проблем расширения систем распределённых вычислений и обеспечения их кибербезопасности. Для перехода к универсальному бесшовно программируемому и кибербезопасному алгоритмическому пространству распределённых вычислений использована математически замкнутая форма представления данных и программ, воплощаемая в едином адресном пространстве оперативной памяти, которое распространяемо на любую совокупность компьютеров, связанных сетями. Сформулированы требования к новой элементной базе — сетевому компьютеру с немикропроцессорной архитектурой со встроенными на аппаратном уровне функциями ядра операционных систем, обеспечивающих бесшовную программируемость компьютеров, связанных сетями, их кибербезопасность и сетевую маршрутизацию.
Бесплатно
Статья научная
За прошедшее десятилетие активная господдержка ускорила развитие суперкомпьютерной отрасли в России. Сегодня в стране работают несколько суперкомпьютеров большой производительности, на которых решается все большее число научно-технических задач. Набирает силу суперкомпьютерное образование в ВУЗах. В то же время можно констатировать «однобокое» развития отрасли в отношении представленных в стране суперкомпьютерных архитектур и недостаточное развитие работ в области развития массового параллелизма при решении прикладных задач. В статье кратко рассмотрены основные тенденции того, как развивалась архитектура и коммутационные сети лучших суперкомпьютеров мира, начиная с 1990х гг. Выделено главное направление, которое побеждает в условиях жесткой конкуренции возрастающего спроса на вычисления, использующие все большее число процессоров (вычислительных ядер) в одной задаче. Сформулированы предложения того, что нужно предпринять, чтобы суперкомпьютерная отрасль в России не отстала бы от мирового уровня, а встала бы на это же главное направление. Критический настрой статьи ни в коей мере не нацелен на преуменьшение достигнутых успехов в развитии суперкомпьютерной отрасли нашей страны. Задача авторов состоит в попытке акцентирования внимания суперкомпьютерного сообщества России на вызовах, которые чувствует сегодня российский ученый, использующий высокопроизводительные вычисления, при проведении исследований, которые могли бы стать конкурентными в международном контексте.
Бесплатно
Ред. заметка
В связи с ростом объемов данных геномики о положении сайтов связывания транскрипционных факторов, хромосомных контактах, аннотации геномных характеристик, полученных с помощью современных технологий секвенирования, растет потребность в разработке нового программного обеспечения для их статистической обработки и анализа. Рассмотрены технологии получения и программы анализа геномных данных секвенирования на основе технологий ChIA-PET и Hi-C. Представлена разработанная компьютерная программа для обработки геномных данных о хромосомных контактах и их функциональной аннотации
Бесплатно
Ред. заметка
Статья продолжает публикации автора о подходе к использованию конструктивной математики и применении языка с зависимыми типами для доказуемого программирования вычислительной алгебры. Получено конструктивное выражение понятия области с разложением на простые множители для моноидa и кольца с некоторыми дополнительными свойствами. Описан способ построения машинно-проверяемых доказательств для теорем, связывающих понятия разложения на простые множители в областях различного вида. Все описываемые построения и доказательства воплощены полностью в виде программы на функциональном языке Agda
Бесплатно
Программирование графических процессоров (GPU) на языке MC#
Статья научная
В статье рассматриваются базовые принципы и средства программирования графических процессоров (graphical processor units – GPU) на языке MC#, являющимся расширением языка C#. Приводится пример программы на языке MC#, предназначенной для исполнения на GPU, и разбираются средства задания конфигурации GPU, средства работы с разделяемой памятью и использование CUDA-средств в MC#-программах. В заключение, перечисляются нерешенные вопросы и пути дальнейшего развития системы программирования MC# для GPU.
Бесплатно
Программирование основ вычислительной алгебры на языке с зависимыми типами
Статья научная
В статье описываются главные черты разработанной автором на основе доказательного программирования библиотеки вычислительной алгебры. Обсуждается опыт доказательного программирования некоторых классических категорий вычислительной алгебры («группа», «кольцо» и так далее) на основе подхода конструктивизма, применения языка с зависимыми типами, построения машинно-проверяемых доказательств (dependent types, proof carrying code). Выявляются проблемы, связанные с этим подходом, и отмечаются дополнительные возможности, даваемые применением аппарата зависимых типов. В качестве инструмента используется функциональный язык Agda. Статья является продолжением вводной статьи автора в данном журнале за 2014 год
Бесплатно
Программно-техническая платформа высокопроизводительных вычислений для нефтегазовой промышленности
Статья научная
Рассматривается необходимость создания комплексного программно-аппаратного решения организации высокопроизводительных вычислений, взаимодействия с большими данными и трехмерной визуализации в реальном времени для обеспечения производственных процессов в нефтегазовой отрасли. Приводятся технические решения и результаты, полученные при создании соответствующего высокопроизводительного специализированного комплекса, рассматриваются проблемы и направления дальнейшего развития данного технологического направления
Бесплатно
Ред. заметка
В статье представлен исторический обзор и текущее состояние в области разработки программных комплексов, предназначенных для обеспечения процесса исследования социо-эколого-экономических систем на основе моделей «Регион». Обзор охватывает разработки в период с середины 1970-х годов по настоящее время. На основе анализа публикаций, отчетов и, где это было возможно, документаций проведен анализ архитектур программных систем, их основных функций и способов реализации. Модели программ представлены на языке UML с применением диаграммы прецедентов и компонентов. К основным задачам, решаемым рассматриваемыми программными комплексами, относятся следующие: вычислительный эксперимент и сценарные расчеты, решение задач оптимизации и нормирования, анализ свойств модели и идентификация параметров. В зависимости от набора решаемых задач и моделируемых компонент социо-эколого-экономических систем выполнена классификация множества программ, сделаны выводы о вкладе отдельных разработок в общий фонд программного обеспечения моделей «Регион», проведена оценка дальнейших перспектив исследований в данном направлении.
Бесплатно
Программный инструментарий для трафаретных вычислений на гибридных суперкомпьютерах
Статья научная
Рассматривается проблема переноса программ на гибридные суперкомпьютеры. В общем случае эта проблема сложна и требует вложения значительного количества высококвалифицированного труда, однако для ограниченных классов программ перенос всё же поддается автоматизации. Одним из таких классов являются трафаретные программы, имеющие широкое применение в научных вычислениях. Излагаются идеи и описывается реализация программного инструментария, разработанного авторами в рамках проекта Кентавр, направленного на автоматическое распараллеливание трафаретных программ для исполнения на гибридных суперкомпьютерах. Основная задача, решаемая инструментарием Кентавр,~— автоматизация обменов между вычислительными узлами суперкомпьютера, а также между ускорителем и центральным процессором в рамках узла.
Бесплатно
Программный комплекс обработки изображений на основе модели зрения человека
Статья научная
Рассматривается задача компьютерного моделирования методов обработки изображений, основанных на принципах работы зрительной системы человека. Предложена структура программного комплекса (ПК), моделирующего первые этапы обработки зрительного сигнала мозгом человека: сглаживание изображений (удаление шума), выделение границ объектов (контуров изображения) и ориентационный анализ (определение угла наклона контуров). Эти этапы моделировались с помощью фильтров Гаусса для сглаживания и представления изображения, аппарата гауссовых производных для выделения границ и фильтра Габора для определения ориентаций. На языке Си, tcl/tk с использованием библиотек http://www.libpng.org/pub/png/libpng.htmllibpng, https://www.gnu.org/software/gsl/libgsl разработан ПК Visual Processing, выполняющий следующие функции: размытие изображений по Гауссу; дифференцирование изображений с помощью гауссовых производных, выделение границ объектов с помощью лапласиана гауссиана (LoG фильтра); определение направления контуров и подъем изображения на группу Ли $SE_2$ с помощью фильтров Габора. ПК основан на принципах открытой архитектуры и является платформой для реализации и тестирования алгоритмов обработки изображений в сфере математического моделирования зрения.
Бесплатно
Программный комплекс оптимизации динамических систем на множествах управлений
Статья научная
Представлены результаты разработок алгоритмической и программной части программного комплекса оптимизации динамических систем на множествах управлений простой структуры, в котором реализован параллельный алгоритм поиска кусочно-линейного управления нелинейной динамической системы, удобного для практического применения. Применение алгоритма и анализ эффективности распараллеливания на кластерном вычислительном устройстве демонстрируется на ряде примеров.
Бесплатно
Статья научная
Возрастающие объемы геномных данных о положении сайтов связывания транскрипционных факторов, хромосомных контактах, аннотации геномных характеристик, полученных с помощью современных технологий секвенирования, требуют разработки нового программного обеспечения для их анализа, оптимизации существующих алгоритмов обработки. Суперкомпьютерные вычисления позволяют решать задачи исследования регуляции транскрипции генов на качественно новом уровне. Рассмотрены задачи анализа геномных данных секвенирования, полученных на основе технологий ChIP-seq, ChIA-PET и Hi-C. Представлены компьютерные подходы и разработанные авторами программы для решения предложенных задач геномики, приведена дискуссия о дальнейших направлениях развития.
Бесплатно
Проект распределенной сети суперкомпьютерных центров коллективного пользования
Ред. заметка
Одним из ключевых методов повышения доступности и эффективности использования ресурсов суперкомпьютерных центров коллективного пользования (СКЦ) является их объединение в единую распределенную сеть.Подобное объединение дает возможность оперативного перераспределения нагрузки между ресурсами путем перенаправления пользовательских заданий из очереди одного СКЦ в очередь другого, менее загруженного в определенный момент времени. В статье рассматриваются цель, задачи и ожидаемые результаты проекта по созданию распределенной сети СКЦ.В статье приводятся результаты экспериментов по исследованию характеристик защищенного канала связи между СКЦ пилотной зоны проекта распределенной сети ---МСЦ РАН (г. Москва) и ССКЦ СО РАН (г. Новосибирск).
Бесплатно
Производительность Riak KV в задаче сохранения сенсорных данных
Ред. заметка
Система хранения сенсорных данных является важной частью систем анализа данных. Ее задача принимать данные с временными метками от удалённых источников, сохранять данные и предоставлять доступ к ним по идентификатору датчика и временному интервалу. С ростом числа датчиков становится актуальной задача масштабирования системы. В данной статье мы экспериментально исследуем применение Riak KV масштабируемого распределённого хранилища типа «ключ-значение» в качестве основы системы хранения сенсорных данных.
Бесплатно
Процессный подход к эволюционированию информационных систем. Ретроспективное индексирование
Статья научная
Прорабатывается навеянный идеями ISO9000 процессный подход к архитектуре масштабируемой информационной поддержки коллаборативной творческой активности. Подход базируется на непосредственном ретроспективном доступе к информации, раздельной записи данных и функционально-реактивном исполнении. Предоставляя пользователям возможности перемещений во времени и организации параллельных миров, он обещает высокую реактивность, постоянную доступность, повышенную устойчивость к ошибкам исполнения и администрирования, неожиданным перегрузкам, поломкам и внезапным перестройкам системы. Кратко рассматривается архитектура будущей системы и более подробно ретроспективное индексирование информации.
Бесплатно
Разные неблокируемые самомаршрутизируемые системные сети с прямыми каналами
Статья научная
Разработаны три новых варианта неблокируемой самомаршрутизируемой сети с прямыми каналами, в которой конфликты пакетов обнаруживаются и разрешаются на входе в сеть. Заблокированные в конфликтах пакеты повторно передаются источниками с минимальными задержками. В сеть добавлены сквозные цепи обратной связи для быстрого обнаружения конфликтов пакетов. Наличие цепей обратной связи позволяет осуществлять произвольный трафик без потери пакетов. Сети разработаны в 1-, 2-, 4-, и 8-каскадном вариантах с масштабированием числа каналов от нескольких сот до многих миллионов с оценкой достигаемого быстродействия сетей на перестановочном трафике. Практическая ориентация предложенных сетей - это системные сети с передачей маршрутной информации в заголовках пакетов с использованием в каждом каскаде управляющей маршрутной информации. Предложенные сети выполнены в расширенном схемном базисе, состоящем из коммутаторов, мультиплексоров и демультиплексоров. В работе представлены характеристики построенных сетей и дана их сравнительная оценка. Новизна разработанных сетей состоит как в самом факте их построения, так и в использованной структуре сетей и их характеристиках.
Бесплатно
