Информатика и управление. Рубрика в журнале - Труды Московского физико-технического института
Статья научная
В работе ставится задача определения пространственного распределения (на плоскости) вероятности ошибки на бит в беспроводной системе, которая состоит из разнесенных в пространстве двух групп сверхширокополосных (СШП) приемопередатчиков. Распределение ошибки анализируется по отношению к устройствам первой группы, которые имитируют беспроводную передачу информации между собой при помощи СШП хаотических радиоимпульсов. Вторая группа устройств играет роль источника помеховых СШП сигналов в том же частотном диапазоне, что и устройства первой группы. Интерес представляют условия, при соблюдении которых имеется возможность передачи информации между устройствами первой группы на фоне действия помех от второй. В качестве модели СШП сигнала используется СШП сигнал диапазона 100 500 МГц, полученный от реальных генераторов хаотических колебаний. Рассматривается несколько вариантов взаимного расположения устройств в пространстве, устанавливаются предельные отношения сигнал-помеха, при которых возможна передача информации с вероятностью ошибки на бит 10-3. Описывается разработанный метод расчета распределения вероятности ошибки на плоскости, существенно снижающий объем вычислений по сравнению с прямолинейной схемой расчета, в которой используется перебор всех возможных положений устройств на плоскости. Показано, что при превышении отношения сигнал-помеха в точке приема для любой пары приемопередающих устройств значения -3 дБ нет необходимости координировать работу устройств первой группы с устройствами второй группы, т.е. отслеживать уровень помех.
Бесплатно
Разложение весов на интерпретируемые компоненты и их связь сo статистиками слоя нормализации
Статья научная
В линейных пространствах существует определенный порог, описывающий уровень шума или уровень случайной корреляции. Линейные слои нейросетевых моделей, векторы (фичи) которых работают на взаимодействие с определенными фичами данных, также подвержены данному эффекту. Это позволяет OOD данным демонстрировать активации в пределах дисперсии обучающего домена в слоях нормализации (BatchNorm). Для оценки уровня случайного срабатывания используется декомпозиция матрицы весов линейного слоя на интерпретируемые компоненты: сигнальную (𝑊Δ) и шумовую (𝑊𝑟𝑎𝑛𝑑), основанная на границах распределении Марченко – Пастура. Эксперименты на ResNet-50 (обученная за счет ArcFace на MS1Mv3) с OOD-данными (COCO) показывают, что: (1) Взаимодействие обучающих данных с 𝑊Δ значимо выше, чем с 𝑊𝑟𝑎𝑛𝑑; (2) Распределение активаций OOD-данных при взаимодействии с 𝑊𝑟𝑎𝑛𝑑 и 𝑊Δ статистически неразличимо, что соответствует уровню случайного срабатывания. Мы заключаем, что 𝑊𝑟𝑎𝑛𝑑 служит эффективным индикатором порога случайной активации.
Бесплатно
Разложение функции Softmax на основе CosFace для интерпретации и анализа динамики обучения
Статья научная
С ростом числа прикладных применений искусственного интеллекта задача интерпретации поведения нейронной сети становится актуальнее. Существуют подходы интерпретации модели на основании градиентов, с помощью Activation Patching, а также с использованием Sparse Autoencoder. В работе предлагается метод декомпозиции функции SoftMax в рамках функции потерь CosFace для задачи распознавания лиц. Данная декомпозиция позволит упростить описание процесса обучения модели. Ключевой вклад работы: (1) замена зависящего от данных SoftMax на фиксированные веса взаимодействия логитов, (2) устранение артефактов обучения прототипов через максимальный марджин (исключение градиента отталкивания от целевого прототипа) и использование «чистых» прототипов (исключение негативной компоненты и балансировка обновления). Доказательство сохранения точности (±0.5%) приводится на датасетах LFW, CFP-FP, AgeDB, IJB при упрощении анализа динамики обучения.
Бесплатно
Разработка 8-канальной антенной MIMO системы с двойной поляризацией для связи 5G
Статья научная
В статье представлены результаты проектирования и моделирования излучающих элементов для MIMO антенных систем диапазона и79 (4.85.0 ГГц), применимых в сетях 5G. Рассмотрены три конфигурации: единичный элемент, линейный массив 1 х 8 и MIMO массив 4 х 8. Оптимизация параметров по минимуму коэффициента отражения, таких как диаметр патча и директора, позволила улучшить согласование антенны. Моделирование проведено с использованием современных электромагнитных методов и охватывает анализ S-параметров, диаграмм направленности и характеристик поляризации.
Бесплатно
Разработка алгоритма укладки паллет на полностью автоматизированном складе
Статья научная
Решается задача трехмерной укладки коробок в паллету, относящаяся к классу NP-полных задач. Предложено несколько эвристических подходов к ее решению: на основе эвристик слоев и на основе генетического алгоритма. Предложен подход к оценке качества укладки на основе коэффициента перколяции и коэффициента устойчивости. Показана слабая зависимость качества укладки от точности задания размеров коробок.
Бесплатно
Разработка инструментария для динамического анализа вредоносного программного обеспечения
Статья научная
Рассматривается разработка инструментов для глубокого динамического анализа вредоносного программного обеспечения. Наша основная идея - обеспечить полный контроль над исполнением образца программного обеспечения на тестовом сервере. Для этого мы отделяем код приложения от системного кода путём составления карты памяти и контроля над доступом к её участкам. Модуль, осуществляющий глубокий динамический анализ, следит за внутренними событиями исследуемого образца, при этом используя инвазивные методы исследования, такие как перехват вызовов систем- ных функций или патч исполняемого файла. В работе описаны ключевые стадии созда- ния базового прототипа модуля глубокого динамического анализа, а также некоторые технические идеи решения проблем анализа многопоточных приложений, маскиров- ки аналитических инструментов и снижения нагрузки на операционную систему. В будущем авторы собираются применить разрабатываемые инструменты для детекти- рования вредоносной активности и определения подозрительных паттернов поведения с использованием модели машинного обучения.
Бесплатно
Разработка математической модели интеллектуальной транспортной системы
Статья научная
В статье описывается подход к созданию комплексной имитационной модели дорож- ного движения в современном городе. Имитационная модель разрабатывается с целью отработки алгоритма управления дорожным движением, который учитывает маршрут и график движения каждого транспортного средства в масштабах города в целом.
Бесплатно
Разработка надёжного программного обеспечения для малых спутников с одноплатным бортовым компьютером
Статья научная
В этой статье мы представим наш подход для решения проблемы отсутствия строгого и надежного способа разработки программного обеспечения для малых спутников, основанный на фреймворке Behavior-Interaction-Priorities (BIP), а также обсудим возможность его использования на одноплатных бортовых компьютерах и решим возникающие при этом подходе сложности и задачи.
Бесплатно
Статья научная
Современные компиляторы реализуют значительное количество оптимизационных проходов, и существенно повлиять на характеристики полученного в результате компиляции бинарного файла может последовательность, в которой они применяются. Однако любое ПО, использующее GCC как систему компиляции, не может настраивать последовательность оптимизаций ввиду отсутствия поддержки такой возможности со стороны компилятора. В данной работе рассматривается разработка способа и имплементация программного комплекса на базе GCC, позволяющего автоматически настраивать последовательности применения оптимизационных проходов компилятора при изначально заданной целевой функции. Комплекс включает в себя программы для взаимодействия непосредственно с компонентами компилятора и его оптимизационными проходами, а также ПО для интеграции с уже существующими библиотеками машинного обучения. С использованием разработанной инфраструктуры авторами реализовано два подхода для автонастройки компилятора: на основе генетического алгоритма и на основе обучения с подкреплением. Для тестирования подходов был сформирован набор открытых бенчмарков, состоящий из утилит с открытым исходным кодом, программ моделирования и уже существующих открытых бенчмарков. В ходе экспериментального сравнения подходов был получен и проанализирован выигрыш в размере бинарных файлов набора открытых бенчмарков без увеличения времени исполнения.
Бесплатно
Раскраски би-однородных гиперграфов
Статья научная
Рассматриваются би-однородные гиперграфы, т.е. такие гиперграфы, в которых размеры ребер бывают двух типов. Для гиперграфа H пусть f(H) равно математическому ожиданию количества одноцветных ребер, когда синий и красный цвет присваивается каждой вершине независимо с вероятностью 1/2. Известно, что если минимальный размер ребра в неоднородном гиперграфе равен k и f(H) C log k, то такой гиперграф H можно правильно раскрасить в два цвета. В работе мы улучшаем оценку на функцию f(H) рассматривая раскраску, при которой в би-однородном гиперграфе H = (V, E1, E2) нет красных ребер из E1 и одновременно нет синих ребер из E2.
Бесплатно
Реализация блочного шифра "кузнечик" с использованием векторных инструкций
Статья научная
Целью данной работы является создание оптимизированной программной реали- зации блочного шифра ГОСТ Р 34.12 2015, известного как «Кузнечик». В ходе ис- следования был проведён анализ возможных средств улучшения скорости работы шифра. Основное внимание уделено использованию SIMD (Single Instruction MultipleData) инструкций и учёту строения Execution Engine процессоров Intel➤CoreTM.Отличительной особенностью статьи является то, что в ней представлены измерения скорости зашифрования и расшифрования в режимах ECB, CBC, CFB, OFB на процес- сорах четырёх различных поколений, в открытом доступе выложен исходный код высо- коскоростной реализации. Предлагается использование 256-битных регистров ymm для ускорения зашифрования и расшифрования в режиме ECB, расшифрования в режиме CFB.
Бесплатно
Регулирование частот в ЭЭС на основе аппроксимации возмущений
Статья научная
Регулирование частоты в электроэнергетических системах (ЭЭС) является одной из наиболее важных проблем электроэнергетики. Частота является индикатором баланса мощности в ЭЭС, и любые нарушения баланса приводят к отклонениям частоты от номинального значения (50 Гц), что может привести к повреждению оборудования или полному отключению сети. В рамках данной работы представлена схема регулирования частоты, основанная на аппроксимации возмущений в сети. Численные эксперименты показывают, что разработанная схема является более эффективной, чем используемое на сегодняшний день регулирование, так как в случае возникновения возмущений возвращает частоты к номинальному значению значительно быстрее.
Бесплатно
Решение оптимизационных задач на когнитивных моделях на основе использования генетических алгоритмов
Статья научная
Когнитивные модели являются одним из эффективных инструментов при решении задач стратегического управления. Традиционное использование когнитивных моделей ограничивается задачами моделирования - задачи оптимизации на этих моделях не решаются из-за их неполиномиальной сложности при невозможности использовать алгоритмы отбраковки решений. В статье оценивается вычислительная сложность оптимизационных задач наиболее общего вида и предлагается для их решения использовать генетические алгоритмы вещественного кодирования. Рассматриваются специфика кодирования информации о параметрах вариантов решения задачи в хромосомах генетического алгоритма и основные особенности различных этапов алгоритма.
Бесплатно
Решение оптимизационных задач при формировании стратегий разработки группы газовых месторождений
Статья научная
Рассматриваются математический аппарат и программные средства, обеспечивающие формирование наилучших стратегий разработки группы газовых месторождений на основе совместного использования имитационного моделирования, сеточных методов, дискретной и многокритериальной оптимизации. Непрерывная задача максимизации накопленной добычи для группы газовых месторождений сводится к дискретной за счет введения равномерной сетки и решается при помощи метода ветвей и границ. Помимо приближенного оптимального, находятся все близкие к нему решения, что позволяет решать задачи многокритериальной оптимизации.
Бесплатно
Статья научная
Построены фейнмановские интегралы как аналитические продолжения интеграла модели 𝜙4 в евклидовом случае для разрывных траекторий. Установлена формула связи фейнмановского интеграла с интегралом по мере Винера по непрерывным траекториям.
Бесплатно
Себестоимость добычи в модели газового месторождения: исследование и применение
Статья научная
Исследуется непрерывная динамическая модель газового месторождения с взаимо- влияющими скважинами. Основным критерием разработки газового месторождения является минимальная себестоимость добычи газа. Устанавливается зависимость ми- нимальной себестоимости от горизонта планирования. Рассматриваются проекты раз- работок двух месторождений, из которых необходимо выбрать одно с наименьшей се- бестоимостью для последующего освоения, причем пересмотр выбора в дальнейшем невозможен. Решается задача о правильности сделанного выбора для различных зна- чений горизонта планирования. Найдены условия, при которых выбор был сделан пра- вильно и при которых он был ошибочным.
Бесплатно
Семейство точных решений уравнений Навье-Стокса для верификации компьютерных программ
Статья научная
Найдено линейное по скорости семейство осесимметричных решений уравнений Навье-Стокса. Любая линейная комбинация полей скорости этого семейства является полем скорости некоторого решения уравнений Навье-Стокса, входящего в найденное семейство. Разные решения, вообще говоря, имеют различные картины линий тока, которые меняются со временем. В отличие от известных винтовых решений, нелинейные и вязкие члены уравнений Навье-Стокса не равны нулю. Поэтому новые решения соответствуют невырожденным уравнениям Навье-Стокса. Полученные точные решения предлагаются для верификации различных приближенных методов и комплексов программ, предназначенных для расчета течений вязкой несжимаемой жидкости.
Бесплатно
Симуляция жидкости с помощью трехмерных свёрточных нейронных сетей
Статья научная
Рассматривается решение задачи аппроксимации классического метода симуляции жидкости - позиционного метода симуляции (PBF) [1]. Предлагаемое решение основывается на использовании субпиксельных свёрточных нейронных сетей, которые часто применяются в глубоком обучении для задачи умного повышения размерности изображений и видео. В нашем методе с их помощью повышается размерность поля коррекций скоростей частиц, которыми представлена жидкость. Итоговый метод симуляции поддерживает возможность интерактивного взаимодействия между жидкостью и окружением в реальном времени. В зависимости от точности приближения и соотношения между объемом домена вычислений и количеством частиц предлагаемый метод способен работать до 200 раз быстрее, чем метод-учитель (PBF).
Бесплатно
Статья научная
Данная работа представляет систему поддержки моделирования социально-экономических процессов на основе платформы с открытым исходным кодом. Данная система опирается на подход системы «Экомод», разработанной научной школой академика А. А. Петрова, член.-корр. РАН И. Г. Поспеловым и к.ф.-м.н. Л. Я. Поспеловой совместно с коллективом специалистов ВЦ РАН. Текущая реализация системы поддержки отличается от предыдущей использованием открытых решений, в отличие от коммерческих решений (Maple, Matlab и др.). Этим определяется специфика задач, встающих при создании системы поддержки моделирования. Данная статья представляет предлагаемый подход к вводу и выводу записи модели, описанию принятия решения агентами и взаимодействий агентов, технологических средств работы с математической записью модели. Система позволяет показать совокупность нескольких агентов, поведение каждого из которых определяется рациональным принятием оптимальных решений или сценарием, возможность объединить их описания в сложную систему нелинейных соотношений, которую трудно записать без ошибок математическими выражениями на бумаге или на компьютере. В систему включены элементы проверки корректности записи модели.
Бесплатно
Система рекомендаций на основе сетей экстраполяции взвешенных предпочтений
Статья научная
Системы рекомендаций последовательностей направлены на прогнозирование будущих интересов пользователей на основе данных об их историческом поведении. Существующие подходы в основном следуют либо «эволюционной», либо «интерполяционной» парадигме, оценивая следующее состояние путем агрегирования исторических последовательностей, но не способны явно зафиксировать динамическую эволюцию предпочтений пользователей в их латентном пространстве. Для решения этой проблемы в данной статье предлагается новая модель - сеть экстраполяции взвешенных предпочтений (weighted preference extrapolation network), переформулирующая проблему рекомендаций из статического сопоставления шаблонов в динамическое прогнозирование тенденций предпочтений. Основной механизм этой модели заключается в «экстраполяции направления предпочтений». В частности, WPEN сначала динамически агрегирует исторические взаимодействия пользователей с помощью модуля внимания, учитывающего время, генерируя вектор предпочтений, представляющий их текущее состояние интереса. Затем модель строит «историческую траекторию» эволюции предпочтений, вычисляя разницу векторов между соседними элементами взаимодействия. Эксперименты с несколькими общедоступными наборами данных показывают, что модель WPEN значительно превосходит ряд основных базовых моделей по ключевым показателям, таким как Hit Rate@K и NDCG@K.
Бесплатно
