Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)
Статья научная
Введение. В медицине и связанных с нею отраслях для анализа выживаемости используются биоинспирированные подходы, среди которых особое место занимает регрессионная модель Кокса. Практика ее применения описана в теоретической и прикладной литературе. Однако требует тщательной проработки существенный недостаток данного метода. Дело в том, что признаки коррелируют с функцией риска линейно, и модель не задействует более сложные зависимости. Это создает трудности при исследовании анализа выживаемости. Представленная работа нацелена на решение данной проблемы. Объект изучения - расширенная модель Кокса, в которой функция риска включает нелинейную комбинацию признаков.Материалы и методы. Использовалась база данных больных раком предстательной железы, так как в мировой онкологии это широко распространенный диагноз. Определен класс расширенных моделей Кокса с аддитивно-мультипликативной функцией риска. Для решения задачи методом оптимизации построена функция приспособленности, которая оценивает результаты прогнозов, количество признаков, а также степень переобучения модели - сложность и нагруженность составленной функции риска. Для оптимизации функции приспособленности разработан алгоритм муравьев-опылителей. Он имитирует размножение цветковых растений с помощью насекомых-опылителей и состоит из трех частей: муравьиный алгоритм, генетический алгоритм и алгоритм опыления. Качество обучения модели Кокса оценивали по С-индексу.Результаты исследования. Предложен метаэвристический алгоритм оптимизации муравьев-опылителей, позволяющий строить функции риска расширенной модели Кокса. Набор параметров для обучения стандартной модели Кокса - весь используемый комплекс признаков: распространенность опухолевого процесса, время удвоения простатспецифического антигена (ПСА), сумма баллов по шкале Глисона, сывороточная концентрация ПСА на момент постановки диагноза, возраст и образование пациента, резус-фактор. Значение c-индекса обученной модели - 0,853691. Расширенная модель Кокса с найденной аддитивно-мультипликативной функцией риска имеет более высокий показатель С-индекса - 0,856241 с меньшим количеством используемых признаков (распространенность опухолевого процесса, время удвоения ПСА и сумма баллов по Глисону). По качеству этот подход не уступает классической модели Кокса или превосходит ее. Сокращение числа задействованных признаков должно повысить оперативность врачебного решения и ускорить начало лечения.Обсуждение и заключение. Представленный алгоритм построения моделей анализа выживаемости повысил точность предсказания наступления терминального события и уменьшил количество используемых для этой цели признаков. Разница в точности для исследуемого набора данных представляется несущественной - С-индекс возрос с 0,853691 до 0,856241 (на 0,3 %). При этом количество принимаемых во внимание признаков сократилось с 7 до 3 (на 57,1 %). Следовательно, предложенный метод эффективно решает задачу выбора признаков и может быть применен для повышения качества прогнозирования.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Для повышения оперативности принятия решений на предприятии целесообразно использовать специальный программный комплекс интеллектуальной поддержки. Такой продукт необходим при проектировании системы защиты информации и повышении ее неуязвимости в ходе модернизации или изменения конфигурации. Цели исследования: создание алгоритма и математической модели программного комплекса интеллектуальной поддержки принятия решений.Материалы и методы. Метод поддержки принятия решений при проектировании системы защиты информации базируется на использовании нейронной сети (многослойный персептрон). Для объективной оценки исходной защищенности информационной системы (ИС) сформирована математическая модель анализа событий безопасности.Результаты исследования. Проанализирована статистика злоумышленных воздействий на ИС предприятий. Определена необходимость своевременной и точной модернизации системы защиты информации. Важными характеристиками процесса проектирования системы защиты информации являются скорость получения результата и снижение остаточного риска ИС...
Бесплатно
Статья научная
Введение. В инженерной практике важное значение имеют динамические процессы, с помощью которых описывают и изучают механику взаимодействия деталей машин и элементов конструкций. Эти динамические процессы являются причиной возникновения больших деформаций, приводящих к разрушению. Целью исследования являлось создание алгоритма моделирования ударного процесса за счет управляемого преобразования механореологической модели ударного процесса из упруго-вязкой в упруго-вязко-пластичную. Материалы и методы. Предложены дифференциальные уравнения движения модели. Рассмотрены условия преобразования модели при переходе от упругих к пластическим деформациям, от этапа нагружения модели к этапу разгрузки при ударном взаимодействии с поверхностью. При расчете деформаций используется допущение о том, что упругие и пластические деформации возникают одновременно с самого начала удара. Подробно рассмотрена методика функционирования модели, составлен алгоритм работы модели, подробно описана логика его функционирования. Результаты исследования. Для исследования ударных процессов была разработана механореологическая упруго-вязко-пластичная модель. Важным параметром модели является усилие, соответствующее началу образования пластических деформаций. В результате исследований был создан более совершенный алгоритм и разработана новая компьютерная программа для исследования ударного процесса с помощью упруго-вязкопластичной модели с регулируемым упруго-пластическим преобразованием. Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы для повышения точности и достоверности моделирования ударных процессов с целью дальнейшего развития методик и способов определения физико-механических характеристик материалов ударными методами. Знание механических характеристик материалов необходимо при решении различных исследовательских задач путем математического моделирования вибрационных и ударных процессов. При этом важной задачей является адаптация расчетной модели к реальному ударному процессу, для чего необходима разработка соответствующих способов и методик.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из задач криптографии является обеспечение безопасного и честного проведения электронного голосования. При такой процедуре избиратели подают голоса в электронном виде - например, через электронные терминалы. В работе предложен новый алгоритм порогового разделения секрета для проведения электронного голосования. Материалы и методы. При решении поставленной исследовательской задачи использованы теория конечных полей, теория алгоритмов, проективная геометрия и линейная алгебра. Разработанная криптосистема основана на применении геометрических объектов из проективной геометрии, что позволяет задействовать аппарат линейной алгебры для эффективного решения криптографических задач. Для оценки сложности работы описанных алгоритмов использованы классические результаты из теории алгоритмов. Результаты исследования. В работе описаны криптографические алгоритмы разделения секрета и его последующего восстановления, основанные на использовании особенностей построения проективных пространств над конечными полями и их связи с полями Галуа подходящего порядка. Подробно описаны составные части данных алгоритмов, а именно: метод построения инъективного отображения, действующего из кольца вычетов по простому модулю в проективное пространство над конечным полем определенной размерности; способ генерации секретных долей и секрета; процедура разделение секрета и его последующего восстановления. Приведены алгоритмические оценки временной сложности описанных формальных алгоритмов. Обсуждение и заключения. Предложенная схема может быть применена для проведения электронных выборов, а также в иных областях, где естественным образом возникает необходимость в применении методов пороговой криптографии.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена анализу ЭЭГ-данных больных с дисциркуляторной энцефалопатией и здоровых испытуемых методом многомерного шкалирования. Объектом исследования являлись графики динамики расположения векторов в двумерном признаковом пространстве ЭЭГ-данных здоровых и больных испытуемых, соответствующих каждому из отведений и когнитивных тестов. Цель состояла в проверке возможности использования метода многомерного шкалирования в анализе ЭЭГ для классификации испытуемых на больных и здоровых. Задачи работы: съем ЭЭГ у испытуемых при одновременном тестировании на когнитивные нарушения; многомерное шкалирование корреляционных матриц в системе STATISTICA и визуальный анализ полученных графиков. Материалы и методы. Исследованы возможности многомерного метода статистической обработки экспериментальных данных - многомерного шкалирования - программного пакета STATISTICA. Обрабатываемые данные получены в результате записи ЭЭГ здоровых испытуемых и пациентов с дисциркуляторной энцефалопатией электроэнцефалографом «Энцефалан-131-03» от 16 монополярных отведений. Съем ЭЭГ осуществлялся при одновременном тестировании испытуемых по когнитивным тестам. Результаты исследования. Визуальный анализ графиков многомерного шкалирования здоровых испытуемых показал, что распределение попарных координат, соответствующих тестам (отведениям), для каждого из отведений (теста) характеризуется, в большинстве случаев, близким расположением координат относительно друг друга, в некоторых случаях - совпадением. У пациентов, больных дисциркуляторной энцефалопатией, для двумерных плоскостей многомерного шкалирования характерно более хаотичное распределение пространственных координат каждого из отведений или теста. Обсуждение и заключения. Подтверждена эффективность применения многомерного шкалирования в качестве классификатора испытуемых по ЭЭГ-показателям. Авторами выдвинуто предположение о возможности использования многомерного шкалирования как дополнительного метода в диагностике дисциркуляторной энцефалопатии.
Бесплатно
Анализ скорости и кривизны траектории в задаче преследования множества целей
Статья научная
Введение. Рассматривается кинематическая модель группового преследования множества целей на плоскости. Преследователи при достижении целей используют метод, подобный параллельному сближению. В отличие от метода параллельного сближения векторы скоростей преследователей и целей направлены произвольно. В методе параллельного сближения мгновенные направления движений преследователя и цели пересекаются в точке, принадлежащей окружности Аполлония. В групповой модели преследования множества целей преследователи стараются придерживаться сети прогнозируемых траекторий.Материалы и методы. В модели поставлена задача достижения целей преследователями в назначенные моменты времени. Она решается методами многомерной начертательной геометрии при помощи эпюра Радищева. Прогнозируемая траектория является составной линией, которая при передвижении цели перемещается параллельно самой себе. На плоскости проекций «Радиус кривизны - значение скорости» выводится допустимый диапазон скоростей преследователя в виде линий уровня (это прямые, параллельные одной из плоскостей проекций). На плоскость проекций «Радиус кривизны - время достижения цели» выводятся образы линий уровня скоростей. Ведется поиск точек пересечения образов линий скоростей с линией уровня назначенного времени. По линиям связи значения точек пересечения опускаются на плоскость «Радиус кривизны - значение скорости». По полученным точкам строим аппроксимирующую кривую и ищем точку пересечения с линией назначенной скорости. В результате получаем значения радиуса окружности при прогнозируемой линии траектории движения преследователя.Результаты исследования. По результатам проведенных исследований созданы тестовые программы и изготовлены анимированные изображения в системе компьютерной математики.Обсуждение и заключения. Данный метод построения траекторий преследователей для достижения множества целей в заданные значения времени может быть востребован разработчиками автономных беспилотных летательных аппаратов.
Бесплатно
Анализ управляемости и оптимизация формы сопла гидропушки на основе прямого экстремального подхода
Статья научная
Введение. Анализ управляемости является необходимым этапом для корректной постановки и решения любой задачи оптимального управления. Эта проблема становится особенно актуальной в рамках оптимизации систем с распределенными параметрами, которые описываются уравнениями в частных производных. К таким задачам относится рассматриваемая задача оптимизации формы сопла гидропушки. Оптимальное сопло должно обеспечивать максимальное значение функционала, выражаемого через среднюю силу импульса струи гидропушки. Актуальность данного исследования обусловлена отсутствием единого подхода к анализу управляемости систем с распределёнными параметрами, что затрудняет корректную постановку и решение задач оптимизации. В частности, предыдущие попытки решения задачи оптимизации сопла гидропушки с использованием классического вариационного исчисления не увенчались успехом из-за игнорирования аспектов управляемости. Целью данной работы являлось применение нового подхода, предложенного Толстых В.К., к анализу управляемости для решения задачи оптимального дизайна формы сопла гидропушки.
Бесплатно
Аналитическая модель буферной памяти OpenFlow коммутатора программно управляемой сети SDN
Статья научная
Введение. Достоверное выявление вероятностно-временных особенностей узлов коммутации необходимо для оценки количественных характеристик программно конфигурируемых сетей. Широко используемые методы теории массового обслуживания (ТМО) лишь приближенно определяют и моделируют процессы в коммутаторе OpenFlow и его буферной памяти. Это ведет к получению заниженных, не реалистичных характеристик проектируемых сетевых устройств, перегрузке буферной памяти коммутаторов и потере сетевых пакетов. Проблему может решить иной подход к моделированию. Цель представленной работы — создание и исследование аналитической модели буферной памяти OpenFlow коммутатора программно управляемой сети SDN с использованием усовершенствованных методов ТМО. Материалы и методы. Задействовали аппарат дискретного преобразования Лапласа-Стилтьеса. Учитывались статистические характеристики потоков пакетов и пропускная способность каналов связи при заданной вероятности потерь пакетов. Модель буферной памяти коммутатора OpenFlow базируется на математическом аппарате ТМО. Его строили в предположении рекуррентности входных потоков данных с групповым поступлением. Исходили из схематически представленных структур коммутатора, набора его записей и графового описания передачи выходящих из коммутатора сетевых пакетов. Приняли как допустимые два ограничения модели: произвольное распределение зависимости между объемом потоков данных и временем их обслуживания; дискретность распределения структуры информационных потоков. Результаты исследования. Созданная модель интегрирует вероятность потери потоков пакетов, их статистические характеристики, пропускную способность вычислительных устройств и процедуру многофазного обслуживания. При проверке работоспособности модели приняли, что загрузка коммутатора увеличивается от 0,1 до 0,9, а вероятность потери — от 10–3 до 10–6. Для этих показателей выяснили, как от загрузки коммутатора зависят объем буферной памяти и время ожидания. В первом случае минимальное значение (объем памяти) — 0,201, максимальное — 10564. Во втором — 0 и 470 мс соответственно. Для имитационного моделирования минимум по времени — 0 мс, максимум — 2300 мс. Показатели имитационного и аналитического моделирования близки при загрузке менее 50 % и увеличиваются в несколько раз при загрузке более 50 %. Показатели резко возрастают с загрузкой до 70 %, а затем кратно увеличиваются. Обсуждение. При невысокой сетевой загрузке очереди не переполняются, пакеты не теряются, сохраняются линейные зависимости. При средней и высокой загрузке обработка потоков пакетов описывается нелинейными зависимостями. Результаты аналитического и имитационного моделирования расходятся из-за взрывообразного характера самоподобного сетевого трафика и его приближенного описания распределением Парето. Загруженность коммутатора определяет целесообразность применения предложенного подхода. Модель подойдет при проектировании элементов программно конфигурируемых сетей для анализа их устойчивости при различных информационных воздействиях. Заключение. Предложенная аналитическая модель SDN определяет значения и дисперсии объема буферной памяти коммутатора, а также объемы памяти для построения таблиц потоков адресации. Работоспособность решения проверили при загрузке коммутатора от 0,1 до 0,9. Планируется создать модель, учитывающую потоки заявок как из внешней сети, так и от сервера.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Автоматизация высокотемпературных процессов (например, лазерной сварки) требует отказоустойчивых систем управления в реальном времени. Традиционные микропроцессоры имеют критические программные задержки, а перспективные платформы вычислений в памяти (MRAM, RRAM) подвержены термической нестабильности и дрейфу состояний в горячих зонах. Существует научный пробел в знаниях о разработке контроллеров, использующих физику теплопереноса в качестве вычислительной среды, превращая тепловую помеху в логический сигнал. Цель данной работы — компьютерное моделирование тепловых потоков в элементах тепловой памяти (ЭТП) для обоснования аппаратной реализации нечеткого вывода. В исследовании решаются задачи топологического формирования вентилей AND/OR и анализа влияния диэлектрической изоляции на настройку весовых параметров. Материалы и методы. Исследование тепловых процессов в ячейках памяти (алюминиевая плёнка, 2–5 мкм, на кремниевой подложке) были проведены методом конечных элементов в модуле Transient Thermal платформы ANSYS Workbench. Ячейки изготовлены методом вакуумного электронно-лучевого испарения: алюминиевые дорожки шириной 75 мкм и длиной 4 мм формировались на подложке кремния. Воздействие осуществлялось прямоугольными токовыми импульсами с амплитудой тока (2–2,5) ⋅ 10¹⁰ А/м² и длительностью 1–2 мс, локальный нагрев структур доходил до 30 °C. Для реализации логических вентилей AND и OR менялись межэлементные расстояния — 0,1 и 0,5 мм соответственно — топологическим способом. Для направленного управления тепловыми потоками в конструкцию были введены диэлектрические карманы из SiO₂ глубиной 30 мкм. Результаты исследования. На основе разработанных компьютерных моделей в среде ANSYS Workbench проведено комплексное исследование нестационарных тепловых полей в структурах ЭТП. Доказано, что внедрение диэлектрической изоляции из SiO2 позволяет эффективно управлять направлением и мощностью теплового потока, исключая паразитное рассеивание энергии. В ходе моделирования физически обоснована возможность аппаратного формирования базы правил нечеткого вывода непосредственно в топологии кристалла. Установлено, что варьирование межэлементных расстояний является ключевым фактором настройки логики: дистанция в 0,1 мм между входными и выходным элементами обеспечивает реализацию логической операции OR, а дистанция 0,5 мм — операции AND. Обсуждение. Полученные данные подтверждают, что использование пространственного наложения тепловых полей позволяет реализовать нечеткие операции без программных задержек. Время реакции разработанных моделей логических вентилей (1–2 мс) на порядок превосходит показатели стандартных программируемых логических контроллеров (ПЛК) — 20–50 мс. В отличие от памяти на фазовых переходах предложенный метод демонстрирует устойчивость к внешним температурным помехам за счет алгоритмической коррекции логических порогов. Основным ограничением работы является тепловая инерционность кремниевой подложки, которая обуславливает расхождение между результатами моделирования в ANSYS и натурными экспериментами на уровне 5–7 %. Заключение. Полученные результаты подтверждают возможность аппаратного задания топологии базы правил нечеткого вывода и реализацию вычислений в памяти (in-memory computing). Это открывает перспективы для внедрения периферийного искусственного интеллекта (Edge AI) непосредственно в горячие зоны промышленного оборудования.
Бесплатно
Аппроксимация профиля лопаток газотурбинных двигателей
Статья научная
Введение. Повышение долговечности лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) достигается за счет применения специальных защитных покрытий их поверхности. Для разработки таких покрытий основной исходной информацией является геометрический профиль сечения лопатки. Для передачи заданного профиля сечения лопатки в соответствующую CAD/CAM-систему или пакет инженерного анализа применяются методы параметрического моделирования, позволяющие автоматизировать данную операцию. Однако известные подходы к созданию параметрической модели профиля лопатки не лишены ряда недостатков, и общепринятой методики ее создания в настоящее время не существует. Целью данной работы является создание методики аппроксимации профиля лопаток ГТД, удобной для использования при последующем анализе условий работы специальных покрытий поверхности лопаток.Материалы и методы. При построении параметрических моделей профиля лопаток газотурбинных двигателей авторами использован метод, основанный на применении ортогональных полиномов Лежандра. Это позволило обеспечить высокую точность аппроксимации и построение непрерывного отображения для параметров аппроксимации профиля лопатки. Для автоматизированной обработки исходных профилей создано приложение на языке Python, позволяющее вычислять коэффициенты аппроксимирующих полиномов для линий контура лопатки, визуализировать результаты расчета и создавать по точкам аппроксимирующих функций dxf-файл для передачи его в CAD-систему. Далее геометрические модели лопаток использовали для решения задачи обтекания лопатки стационарным аэродинамическим потоком. Результаты решения этой задачи использованы при исследовании влияния профиля лопатки на ее остывание в аэродинамическом потоке.Результаты исследования. В качестве примера рассмотрены три варианта профилей лопаток, относящихся к разным типам ГТД. Показано, что для всех трех изученных профилей предложенная методика позволяет получать параметрические модели, обеспечивающие высокую точность построения аппроксимирующих линий, что подтверждается близкими к единице значениями коэффициентов детерминации. Для иллюстрации возможности использования полученных моделей приведены примеры решения задачи газовой динамики при потенциальном обтекании лопатки в стационарном аэродинамическом потоке. Методом конечных элементов рассчитаны распределения давлений и температур на поверхности лопатки.Обсуждение и заключение. Результаты вычислений показали, что предлагаемая методика аппроксимации профиля лопатки ГТД, основанная на использовании ортогональных многочленов, является удобным инструментом, позволяющим автоматизировать создание геометрической модели лопатки и проводить сравнение различных типов и профилей лопаток, решая соответствующие задачи газовой динамики. При этом для заданного профиля лопаток и условий работы ГТД можно получить распределение температур и усилий, действующих на поверхности лопатки, что необходимо для прогнозирования долговечности специальных покрытий
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассмотрена возможность автоматизации проверки работ участников олимпиад по программированию. Описана архитектура и работа серверной части системы проверки выполнения олимпиадных задач по программированию. Материалы и методы. В качестве средств создания приложения были рассмотрены технологии MySQL, PHP, C++, JavaScript, HTML, CSS. Программа-тестировщик реализована на языке C++ для операционных систем семейства Windows NT. Результаты исследования. Реализована возможность автоматизации проверки работ участников олимпиады в режиме реального времени. Для проверки олимпиадных работ по программированию разработана программа-тестировщик системы. Обсуждение и заключения. В результате анализа функционирования глобальной сети Internet и технологии «клиент-сервер» были определены возможности для организации взаимодействия приложения с Internet-ресурсами. Разработанное приложение доказало целесообразность и эффективность организации взаимодействия приложения с Internet-ресурсами.
Бесплатно
Бионический поиск решения задач транспортного типа на основе стратегии адаптации
Статья научная
Разработка методов и алгоритмов для решения задачи трассировки осуществляется на протяжении многих лет, но по-прежнему является актуальной. Это связано, в первую очередь, с тем, что эта задача является NP -полной, и разработать универсальный алгоритм, позволяющий находить точное оптимальное решение за приемлемое время, затруднительно. В связи с этим, с целью снижения временной сложности алгоритма (ВСА), актуальным является разработка последовательных и параллельных бионических алгоритмов для решения задач транспортного типа на основе эволюционных стратегий. Бионические алгоритмы (БА) доказали свою эффективность при решении трудоемких задач оптимизации, аппроксимации, интеллектуальной обработки данных. К преимуществам можно отнести возможность выполнения эволюционного и генетического поиска, а также то, что БА состоит в параллельной генерации наборов квазиоптимальных альтернативных решений с возможной «миграцией» решений между этими наборами. Для моделирования бионического поиска предложены схемы, отличающиеся от известных структурой построения и учетом вариации параметров. В работе приведен процесс преобразования размера популяции при переходе из одной итерации в другую в процессе работы бионического алгоритма. Проведенные исследования разработанных бионических алгоритмов решения задач транспортного типа показали преимущество по качеству решений в сравнении с известными методами. Разработанные алгоритмы позволяют получать набор квазиоптимальных альтернативных результатов
Бесплатно
Визуальная когерентность в дополненной реальности
Статья научная
Введение. 2020-е годы ознаменовались появлением нового поколения компьютерных тренажеров с применением технологии дополненной реальности. Одно из преимуществ данной технологии - возможность безопасного моделирования опасных ситуаций в реальном мире. Необходимым условием использования этого преимущества является обеспечение визуальной когерентности сцен дополненной реальности: виртуальные объекты должны быть неотличимы от реальных. Все мировые IT-лидеры рассматривают дополненную реальность как следующую волну радикальных изменений в цифровой среде, поэтому визуальная когерентность становится ключевым вопросом для будущего IT, а в аэрокосмических приложениях визуальная когерентность уже приобрела практическое значение. Примером может служить разработка корпорацией Боинг пилотского тренажера с дополненной реальностью (2022). Визуальная когерентность - сложная комплексная проблема, одним из аспектов которой является обеспечение корректной колористической тонировки виртуальных объектов в сцене дополненной реальности. Цель работы - разработка нового метода такой тонировки.Материалы и методы. В разработанном методе (названном спектральной трансплантацией) используются двумерные спектральные преобразования изображений.Результаты исследования. Предложена технология спектральной трансплантации, обеспечивающая прямую передачу характеристик цвета, яркости и контраста от реального фона к виртуальным объектам. Разработан алгоритм автоматического выбора оптимального вида спектрального преобразования.Обсуждение и заключение. Будучи полностью автоматическим процессом без регистрации условий освещенности, спектральная трансплантация решает ряд сложных проблем визуальной когерентности. Спектральная трансплантация может стать ценным дополнением к другим методам обеспечения визуальной когерентности.
Бесплатно
Возможности использования элитных особей при решении задачи коммивояжера моделью Гольдберга
Статья научная
Целью данной работы является исследование актуальной задачи коммивояжера, которая является NP сложной задачей дискретной оптимизации. Показано, что для достижения поставленной цели пригодны лишь эвристические методы. Для решения задачи представлен результат совместного использования муравьиного (МА) и генетического (ГА) алгоритмов. Особенностью предложенного генетического алгоритма является то, что задача решается только с помощью различных мутаций (без кроссовера). Исследуемый ГА был улучшен введением элитарной стратегии. Испытания проводились на графах средней и большой размерности. Элитная особь, получаемая с помощью муравьиного алгоритма, в среднем улучшалась на 11 %. Показано, что эффективность генетического алгоритма напрямую зависит от количества особей в поколении и количества итераций алгоритма. Ввод элитарной стратегии улучшил получаемые значения целевой функции более чем в 2 раза. Увеличение числа запусков МА при выборе элиты позволило повысить эффективность алгоритма приблизительно на 2 %.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Качество производственных процессов во многом зависит от инфраструктуры управления — в частности, от эффективности информационной системы (ИС). Менеджмент компаний уделяет все большее внимание обеспечению безопасности этой сферы, на ее поддержку регулярно направляются финансовые, материальные и другие ресурсы. В представленной работе рассмотрены вопросы построения комплекса защиты информационной системы предприятия.Материалы и методы. Охрана ИС предприятия учитывает особенности объекта защиты и актуальные угрозы информационной безопасности. В рамках данного исследования принято, что ИС представляет собой комплекс информационных ресурсов. По результатам специального анализа определены категории угроз информационной безопасности предприятия: взлом; утечка; искажение; утрата; блокирование; злоупотребление. Выявлена связь данных угроз, компонентов ИС и элементов комплекса защиты. Рассмотрены требования нормативно-правовых актов Российской Федерации и международных стандартов, регулирующих данную сферу. Показано, каким образом результаты данного анализа позволяют обосновать выбор элементов комплекса защиты ИС.Результаты исследования. Сравнительный анализ регламентирующей литературы, относящейся к данному вопросу, позволил выявить следующее. Разные документы предлагают разный набор элементов (подсистем) комплекса защиты ИС предприятия. Разрабатывая программу защиты ИС, следует руководствоваться Приказом ФСТЭК № 239 и стандартом 800-82 Revision 2 Guide to ICS Security.Обсуждение и заключения. Результаты представленного исследования являются основой для формирования программного комплекса интеллектуальной поддержки принятия решений при проектировании системы защиты информации на предприятии. В частности, можно разрабатывать гибкие комплексы, позволяющие расширять состав элементов (подсистем).
Бесплатно
Статья научная
Введение. Среди актуальных задач криптографии можно выделить задачу обеспечения безопасного и честного проведения электронного голосования. В настоящей работе описан метод проведения электронных выборов с точки зрения обеспечения криптографической безопасности. Материалы и методы. При решении поставленной исследовательской задачи использованы теоретические результаты из теории конечных полей, проективной геометрии и линейной алгебры. Разработанная криптосистема основана на применении геометрических объектов, рассматриваемых в проективной геометрии над конечными полями. Результаты исследования. Разработанный алгоритм основан на схеме шифрования Эль-Гамаля и на новом геометрическом способе разделения секрета между избирательными комиссиями. Данный способ использует особенности построения аффинных пространств над конечными полями для создания подходящих геометрических конструкций и генерации секрета, поиск которого, с точки зрения злоумышленника, является сложной алгоритмической задачей. Использование порогового метода разделения секрета обосновывается необходимостью исключить возможность фальсификации результатов голосования со стороны членов избирательной комиссии. Авторами определено, с какой вероятностью злоумышленнику удастся сгенерировать верную секретную долю в случае, когда ему известна лишь ее некоторая часть. Обсуждение и заключения. Предложенная криптографическая система может быть применена для проведения электронных выборов, а также в тех областях, где возникает необходимость в использовании методов пороговой криптографии.
Бесплатно
Двухкритериальный метод обеспечения ресурсосбережения в краевом и туманном слоях сети
Статья научная
Введение. В настоящее время концепции туманных и краевых вычислений используются широким кругом приложений самой различной направленности. Одной из ключевых проблем организации вычислений в группах мобильных устройств, составляющих краевой/туманный слой, является обеспечение выполнения миссии на основе наличия заряда батареи. В связи с этим к настоящему времени представлено немало разработок, направленных на энергосбережение систем устройств. Однако очень важный аспект остается за рамками рассмотрения проблемы ресурсосбережения, а именно - вопрос сбережения остаточного ресурса вычислительного устройства. Целью данного исследования является формализация задачи распределения нагрузки как двухкритериальной задачи оптимизации и выбор базового метода ее решения.Материалы и методы. В рамках данной статьи предлагается подход к ресурсосбережению на основе оценивания двух критериев устройств: ресурса батареи и остаточного ресурса вычислительного устройства. Остаточный ресурс вычислительного устройства может быть оценен при помощи значений вероятности безотказной работы устройства или как величина, обратная интенсивности отказов с учетом того, что при моделировании используется экспоненциальный закон распределения отказов. На основе этого сформулирована модель задачи двухкритериальной оптимизации с учетом динамики топологии сети в процессе выполнения пользовательской миссии. Динамика топологии отражена в модели как последовательность топологий, каждая из которых соответствует определенному отрезку времени функционирования системы.Результаты исследования. На основании представленной модели задачи двухкритериальной оптимизации предложен метод обеспечения ресурсосбережения в краевом и туманном слое сети, отражающий специфику динамических слоев сети, а также учитывающий важность критериев оценивания расхода ресурсов устройств. Проведен эксперимент, позволяющий оценить влияние способа распределения задач по сетевому кластеру на вероятность безотказной работы устройств и на средний остаточный ресурс.Обсуждение и заключения. Проведенный эксперимент демонстрирует целесообразность применения разработанного метода, поскольку распределение задач по исполняющим устройствам оказывает существенное влияние (до 25 % по итогам эксперимента) на средний остаточный ресурс вычислительного устройства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Полиномы нескольких переменных над полями Галуа лежат в основе теории кодов Рида-Маллера, а также используются в ряде криптографических задач. В работе изучаются свойства таких полиномов, заданных над произвольными полями Галуа нечетной мощности. Для полученных результатов предложены два практических приложения: схема разделения данных и декодер кодов Рида-Маллера.Материалы и методы. С использованием линейной алгебры, теории полей Галуа и общей теории полиномов нескольких переменных получены результаты, связанные с дифференцированием и интегрированием полиномов нескольких переменных над полями Галуа нечетной мощности. Для векторов построен и изучен аналог оператора дифференцирования.Результаты исследования. На основе полученных результатов о дифференцировании и интегрировании полиномов предложен новый декодер для кодов Рида-Маллера второго порядка и предложена схема организации разделенной передачи конфиденциальных данных, т.е. такой системы связи, в которой исходные данные на стороне отправителя разделяются на несколько частей и, независимо друг от друга, передаются по различным каналам связи, а на стороне получателя из принятых частей восстанавливаются исходные данные. Особенностью предлагаемой схемы является то, что она позволяет защищать данные, как от нелегитимного доступа, так и от непреднамеренных ошибок, при этом в обоих случаях используется один и тот же математический аппарат. Разработанный декодер для кодов Рида-Маллера второго порядка, заданных над произвольным нечетным полем Галуа, может иметь некоторое ограничение по числу исправляемых ошибок, однако, его использование целесообразно для ряда каналов связи.Обсуждение и заключения. Предложенные практические приложения полученных результатов представляются полезными для организации надежных систем связи. В дальнейшем планируется исследование процесса восстановления исходного полинома по его производным, в случае их частичного искажения, и разработка соответствующих приложений.
Бесплатно
Зонная структура и магнитные свойства кубических кристаллов InxGa1-xN: ab initio расчёты
Статья научная
Зонная структура твёрдых растворов InxGa1-xNсо сфалеритной структурой и большим содержанием индия ( x = 0,25; 0,5; 0,6; 0,7; 0,75; 0,9; 0,95; 0,97; 0,99; 1,0) рассчитана методами теории функционала плотности (DFT) и кластерной версии локального когерентного потенциала, в рамках теории многократного рассеяния. Проведено сравнение электронной структуры тройных растворов InxGa1-xNсфалеритной кристаллографической модификации, дана интерпретация их особенностей. Получена концентрационная зависимость ширины запрещённой полосы для всего диапазона изменения содержания индия в растворе. Обнаружен эффект спиновой поляризации состояний In, Ga и N для растворов с большим молярным содержанием In и переход тройных систем In0.75Ga0.25Nв состояние магнитного полупроводника. Определены магнитные моменты на атомах In, Ga и N и намагниченность насыщения полупроводниковой системы InxGa1-xN.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Методы обработки информации, содержащейся в изменении интенсивности оптического потока, регистрируемого в процессе движения объекта, широко востребованы в различных сферах деятельности: в космических исследованиях, технической диагностике, машинном (техническом) зрении, отслеживании объектов на цифровых изображениях, автономной навигации беспилотных объектов и др. В классе данных методов наибольшую эффективность на практике демонстрируют монокулярные методы оценки параметров собственного движения видеокамеры, как построенные на картографическом анализе подстилающей поверхности, так и использующие различные алгоритмы оценки параметров оптического потока (поля скоростей). Несмотря на то, что существующие алгоритмы оценки поля скоростей обладают такими преимуществами, как работоспособность при отсутствии карт местности и вычислительные затраты, легко реализуемые в бортовых процессорах, их применение на практике существенно осложнено неизбежными помехами оптических измерений, имеющих самую разную физическую природу и резко снижающих точность оценки параметров оптического потока. В связи с этим цель представленного исследования — решение задачи одновременной высокоточной оценки интенсивности оптического потока и идентификации его параметров в условиях помех измерения с неизвестными вероятностными характеристиками. Теоретическое решение данной задачи позволит сформировать оригинальный подход к синтезу робастных алгоритмов высокоточной обработки оптических потоков в системах видеомониторинга, что при практическом использовании данных алгоритмов обеспечит помехоустойчивость и требуемые точностные характеристики систем технического зрения, автономных навигационных систем беспилотных объектов и др. Материалы и методы. Решение основано на монокулярных методах определения собственного движения видеокамеры и минимизации регуляризованного квадратичного критерия. Его отправной точкой стала формулировка поставленной задачи как задачи стохастической оценки и параметрической идентификации дискретной линейной нестационарной системы при наблюдении ее вектора состояния в условиях помех с неизвестным вероятностным распределением. Синтез алгоритма оценки-идентификации в подобной постановке был реализован в виде процедуры, гарантирующей наивысшую точность в минимаксном смысле. Минимизация полученного минимаксного критерия позволила построить алгоритм оценки и параметрической идентификации оптического потока в виде устойчивой векторной рекуррентной процедуры, легко реализуемой в бортовых вычислителях подвижных объектов. Результаты исследования. Авторами решена задача одновременной высокоточной оценки интенсивности оптического потока и идентификации его параметров в условиях помех измерения с неизвестными вероятностными характеристиками, которая до настоящего времени не рассматривалась в научной литературе. Это решение позволит сформировать подход к синтезу робастных алгоритмов высокоточной обработки оптических потоков в системах видеомониторинга и обеспечить при практическом использовании помехоустойчивость и требуемые точностные характеристики систем технического зрения, автономных навигационных систем беспилотных объектов и др. Оценка возможности практического применения разработанного алгоритма оценки-идентификации параметров оптического потока была проведена в условиях негауссовских помех измерения путем численного моделирования. Несмотря на заданный высокий уровень помех измерения, погрешности оценки интенсивности оптического потока во всех протестированных координатных точках оказались как быстро сходящимися к стационарным значениям, так и весьма малыми в установившемся режиме (единицы процентов от максимального значения интенсивности оптического потока). Обсуждение. Полученные данные подтверждают, что предложенный алгоритм обладает такими преимуществами перед известными алгоритмами обработки оптического потока, как возможность оценивания интенсивности оптического потока и идентификации его параметров в условиях помех, вероятностные распределения которых априори неизвестны. Ему присущи высокая точность и устойчивость, и он не требует больших вычислительных затрат. Заключение. Практическая значимость разработанного алгоритма состоит, во-первых, в возможности высокоточной устойчивой обработки оптического потока в условиях неопределенного вероятностного характера помех измерения, во-вторых, в вычислительной эффективности разработанной процедуры оценки-идентификации. Это, в свою очередь, обеспечивает ее успешное использование при решении задач обработки оптической информации в системах машинного зрения, в задачах навигации автономных робототехнических комплексов, в космических исследованиях, технической диагностике и др.
Бесплатно
