Информатика и управление. Рубрика в журнале - Труды Московского физико-технического института
Численное сравнение алгоритмов инициализации следов объектов
Статья научная
Алгоритмы обнаружения разладки могут быть использованы в большинстве задач инициализации следов объектов. Раньше, когда вычислительная сложность была проблемой, свою популярность завоевал алгоритм K/N благодаря вычислительной легкости. Существенно более эффективный алгоритм инициализации следов может быть построен на основе метода последовательного обнаружения разладки. В данной статье мы рассматриваем алгоритм движущегося среднего. Мы сравниваем характеристики алгоритмов K/N и движущегося среднего. Критерием оптимальности является максимизация вероятности правильного обнаружения в определенном временном интервале при заданном уровне риска ложной тревоги, измеряемом как локальная вероятность ложной тревоги. Для рассматриваемых рабочих характеристик мы получаем теоретическую оценку и оценку методом Монте-Карло. Результаты показывают, что предложенный алгоритм движущегося среднего демонстрирует рабочие характеристики значительно лучшие, чем алгоритм K/N .
Бесплатно
Численное сравнение наиболее популярных быстрых процедур обнаружения разладки
Статья научная
Проводится исследование проблемы последовательного обнаружения момента изменения свойств случайного процесса, встречающейся в различных областях науки и техники. В статье проведен сравнительный анализ трех наиболее популярных процедур: Ширяева, Ширяева-Робертса, кумулятивных сумм (КУСУМ) для задачи с гауссовским наблюдением (сигнал на фоне белого шума). Для этого же наблюдения из интегральных уравнений Фредгольма 2 рода получены характеристики с помощью численного решения интегральных уравнений методом коллокаций. Исследование показало, что в данной постановке задачи наиболее популярная на практике процедура КУСУМ работает заметно хуже процедур Ширяева и Ширяева-Робертса.
Бесплатно
Численные методы нелинейной фильтрации для оценки состояния квадрокоптера с поворотными роторами
Статья научная
Рассматривается задача оценки состояния сложной системы с существенно нелинейной динамикой. Проведен сравнительный анализ производительности расширеного фильтра Калмана, сигма-точечного фильтра Калмана и кубатурного фильтра Калмана в контуре системы управления квадрокоптером с поворотными роторами. Беспилотные летательные аппараты (БЛА) такого типа обладают повышенной маневренностью в сравнении со стандартными квадрокоптерами, однако введение дополнительных степеней свободы значительно усложняет динамику системы, что требует тщательного проектирования как самой системы управления, так и её подсистемы, отвечающей за обработку измерительной информации.Кратко описана математическая модель динамики, указаны особенности практической реализации алгоритмов оценки состояния в рассматриваемой задаче, приведены результаты численных экспериментов и выполнен их сравнительный анализ.
Бесплатно
Шумоподавление на уровне набора данных: пределы и сравнение с нейросетями
Статья научная
Метод главных компонент (Principal Component Analysis, PCA) является классическим линейным инструментом, который в эпоху глубоких нейронных сетей редко рассматривается как полноценный метод шумоподавления на уровне набора данных. Мы исследуем PCA в этой роли на наборах изображений в оттенках серого, искажённых симметричным пиксельным шумом, уделяя внимание зависимости качества шумоподавления от ранга реконструкции. Вместо оценки только отдельных изображений мы используем двухуровневый протокол. На уровне изображений измеряется доля случаев, где косинусное расстояние до чистого изображения уменьшается после реконструкции, что задаёт процент изображений, очищенных от шума, 𝜌(𝑅, 𝜉), и интервал безопасных рангов [𝑅1(𝜉),𝑅2(𝜉)]. На уровне набора данных оценивается точность идентификации: как часто очищенное изображение сопоставляется со своим истинным чистым источником поиском ближайшего соседа. PCA сравнивается с восстановлением по шумным данным и нейронной моделью шумоподавления отдельных изображений (DRUNet). Эксперименты на наборах данных Swimmer, Olivetti faces, Fashion-MNIST и UTKFace показывают устойчивую картину: малые ранги приводят к недообучению, большие ранги — к переобучению на шум, а промежуточные ранги образуют режим полезного шумоподавления на уровне набора данных. В этом режиме PCA может достигать или превосходить нейронные сети на структурированных данных и остаётся конкурентоспособным на более сложных наборах реальных изображений. Результаты показывают, что простейшая линейная словарная модель является сильной и интерпретируемой точкой отсчёта для анализа более сложных методов устранения шума.
Бесплатно
Эвристические алгоритмы поиска маршрутов передачи данных в спутниковых системах и их валидация
Статья научная
В последнее время технологии спутникого интернета активно развиваются крупными корпорациями, такими как Boeing, SpaceX, Telesat. Перспективные спутниковые системы насчитывают несколько тысяч аппаратов. Задача разработки моделей формирования оптимальных с точки зрения определённых критериев маршрутов передачи данных, как и задача разработки самих критериев оптимальности, имеет большое значение для таких систем. Разработка моделей формирования маршрутов передачи данных осложнена тем, что для неё нет достоверных тестовых данных. В работе рассматриваются простейшие эвристики поиска маршрутов передачи данных и методы валидации соответствующих алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы механизмы эмерджентной самоорганизации и устойчивость автономных многоагентных систем (МАС) на базе больших языковых моделей (БЯМ) к внешним возмущениям. Проведены два цикла вычислительных экспериментов суммарным объёмом 8680 задач на трёх архитектурах координации: усреднённое взаимодействие (УВ), разреженный граф (РГ) и спектральная иерархия (СИ). Спектральная иерархия показала наивысшую устойчивость к шокам: индекс устойчивости ИУ = 0,959 при Δ𝑄 = +0,007 и баланс-индексе Б = 0,570. Эксперименты с масштабированием системы (𝑁 = 4, 8, 16, 32, 64) подтвердили, что спонтанная специализация ролей усиливается с ростом числа агентов (ИСР растёт с 0,750 до 0,906), тогда как глубина управленческой иерархии остаётся плоской (≈1,0). Показано, что из трёх типов возмущений лишь гетерогенность моделей (замена БЯМ у 25% агентов) приводит к необратимому остаточному дефициту качества (−5%). Результаты значимы для проектирования отказоустойчивых промышленных МАС.
Бесплатно
Эффективные алгоритмы выделения слаборазличимых следов космических объектов
Статья научная
Рассматривается задача совместного обнаружения и оценивания параметров следов малоконтрастных космических объектов (КО) с неизвестными орбитами в оптическом изображении (кадре). В работе предлагается эффективный двухэтапный алгоритм обнаружения малоконтрастных следов КО и оценивания их параметров. На первом этапе для локализации объекта и предварительного определения начала и конца следа КО используется метод последовательного обнаружения момента «разладки», т.е. обнаружения скачкообразного изменения статистических характеристик сигнала вдоль направления следа КО. На втором этапе применяется метод максимального правдоподобия для уточнения положения следа. Такой подход позволяет значительно сократить количество перебираемых гипотез по сравнению с популярным методом максимизации отношения правдоподобия. Проведены исследования разработанного алгоритма как на симулированных кадрах, так и на реальных кадрах звездного неба, включающих, помимо шума и полезного сигнала, сильную помеху от звезд. В случае работы на реальных кадрах предварительно проводилось их обеление с использованием метода пространственно-временной регрессии. Тестирование показало, что алгоритм позволяет обнаруживать следы КО и весьма точно оценивать их параметры при отношении сигнал-шум (ОСШ) менее 1.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа описывает способ решения дифференциального уравнения эллиптического типа с использованием тензорного разложение Quantized Tensor Train (QTT) в качестве структуры для хранения данных. QTT позволяет хранить разреженные матрицы в компактном представлении в памяти ЭВМ. Преимуществом данного тензорного разложения является наличие эффективных реализаций базовых математических операций, таких как сложение и умножение на число, вектор или матрицу и т.д. Также существуют готовые итерационные методы решения СЛАУ и их программные реализации, сохраняющие одновременно матрицу системы и решение в QTT-формате, такие как AMEN и TT-GMRES. Оба этих решателя используются в данной работе. Для предотвращения экспоненциального роста рангов в QTT представлении использовалась z-перестановка строк и столбцов матрицы. В качестве метода поиска численного решения взят итерационный метод Дирихле. Данный метод позволяет искать численное решение уравнения на отдельных подобластях задачи параллельно, после чего происходит согласование решения на границах подобластей. В результате выполнения данной работы был предложен итерационный алгоритм решения дифференциальных уравнений эллиптического типа. Следствием этого алгоритма является реализованный код решателя. Данный алгоритм демонстрирует ограниченное сверху константой число итераций во время поиска решения. Алгоритмическая сложность данного решателя O (︀nr2)︀, где r - это ранг в QTT представлении, n - число узлов сетки.
Бесплатно
