Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Вестник Донского государственного технического университета
Статья научная
Целью данной работы является изучение влияния загруженности вычислительных ядер графического процессора и шаблона обращения к памяти на пропускную способность шины памяти и ускорение масштабирования. Предмет исследования - задача масштабируемости производительности параллельных вычислений и их ускорение. В ходе работы была проверена следующая гипотеза: при обработке изображений для мно-гоядерных систем с общей памятью закон Густафсона - Барсиса более важен, нежели шаблон обращения к памяти при недостаточной загруженности вычислительных ядер графического процессора. Методология проведения исследования - вычислительный эксперимент с последующим анализом полученных данных. В ходе исследования подтверждена выдвинутая гипотеза. Для этого был проведен ряд экспериментов на различных гетерогенных вычислительных системах с поддержкой стандарта OpenCL. Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы. Шаблон доступа к памяти начинает накладывать ограничения на производительность алгоритма только при достаточной загруженности вычислительных ядер. Видеокарты, оснащенные собственной памятью, показывают более стабильные результаты работы по сравнению с теми, что используют память, общую с центральным процессором. Область применения полученных данных - разработка алгоритмов и программного обеспечения для высокопараллельных вычислительных систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается возможность применения алгоритмов генетического поиска для реализации криптоанализа блочных методов шифрования. Отличительной особенностью применения биоинспирированных методов криптоанализа (в частности, генетических методов) является возможность использования самого алгоритма шифрования (или расшифрования) в качестве целевой функции для оценки пригодности ключа, определенного с помощью генетических операций. Вследствие этого при использовании биоинспирированных методов криптоанализа процесс определения секретного ключа (например, при криптоанализе второго типа) зависит не столько от сложности шифрующих преобразований, сколько от самого биоинспирированного метода, который должен обеспечивать достаточное разнообразие генерации ключей, что свидетельствует об актуальности задачи исследования возможности применения биоинспирированных алгоритмов (в частности, методов генетического поиска) для криптоанализа блочных криптосистем. Отмечается также, что поскольку отличительной особенностью как блочных методов шифрования, так и генетических алгоритмов, является их внутренний параллелизм, то задача разработки алгоритма криптоанализа на основе параллельной реализации составляющих этапов является актуальной. Предлагается алгоритм криптоанализа блочных методов на примере стандарта DES на основе его параллельной версии, приводятся результаты эксперимента при определении квазиоптимального ключа, полученные при параллельной реализации алгоритма на 8-буквенных блоках текста. Отмечается, что временные затраты алгоритма не превосходят временных затрат при реализации известных методов криптоанализа.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Представлен сравнительный анализ решений модифицированной модели Уитли при различных способах формирования элитных особей. В данном исследовании для формирования элитных особей используются алгоритмы Крона и Плотникова-Зверева. Целями работы являлись разработка модифицированной модели Уитли с применением алгоритмов Крона и Плотникова-Зверева для формирования элитных особей, а также программного средства для решения задачи теории расписаний. Необходимо было получить лучшее решение этой задачи при различных исходных данных с последующей обработкой результатов и выявлением модификации модели Уитли. Описана задача, которая подразумевает поиск оптимального распределения работ по процессорам с минимизацией максимального времени выполнения работ. Материалы и методы. Приведено описание всех алгоритмов, которые были реализованы при разработке программного средства решения задачи оптимизации построения расписания. Разработаны следующие алгоритмы: модифицированная модель Уитли, применение стратегии элитизма, алгоритм Крона, алгоритм Плотникова-Зверева. Результаты исследования. Разработано программное средство, с помощью которого проведён вычислительный эксперимент при различных исходных данных, с использованием одной, двух, трёх и четырёх элитных особей. Вычислительный эксперимент проведён для наиболее распространённых наборов данных при различном количестве элитных особей. Каждая модификация модели Уитли запускалась сто раз с каждым набором исходных данных. В результате сравнительного анализа было выявлено, какое влияние оказывает использование рассмотренных стратегий элитизма в разработанных модификациях генетического алгоритма (модели Уитли) на точность решения однородной минимаксной задачи при различном количестве элитных особей. Обсуждение и заключения. Определены лучшие результаты работы алгоритмов, выявлена эффективность применения элитизма в модифицированной модели Уитли при решении однородной минимаксной задачи теории расписаний. Проведено сравнение результатов работы алгоритма при одной, двух, трёх и четырёх элитных особях.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны актуальный алгоритм построения тестовых материалов и методика оценивания результатов тестирования, позволяющие сочетать высокую оценочную способность и объективность тестов. Тестовую систему в таком случае можно рассматривать как аппарат оценивания уровня знаний при изучении соответствующих модулей. Для систематизации знаний производится декомпозиция знаний на множество разделов. При этом каждому разделу сопоставляется множество подразделов, которое, в свою очередь, состоит из подмножества вопросов, ответы на которые раскрывают уровень знаний каждого раздела. Задание теста формулируется таким образом, что при ответе на него должен быть дан набор ответов, раскрывающих уровень знания определенного подраздела. Поскольку процесс разработки тестового вопроса рассматривается как построение многофакторной зависимости, то предлагается к его построению подойти с позиции планирования многофакторных экспериментов. В этом случае множество ответов представляется как набор факторов, принимающих определенные значения. При их варьировании на двух уровнях, задача сводится к построению эксперимента, реализующего все возможные сочетания факторов, т.е. к полному факторному эксперименту. Предложена методика применения технологии планирования двухуровневых многофакторных экспериментов, позволяющих формализовать оценку частично неполных знаний и реализацию формирования многофакторных тестов различной сложности. Для иллюстрации данной методики рассмотрены примеры построения тестов для дисциплины «Теория автоматического управления», оценивающих степень сформированности уровня знаний. Статистическая обработка результатов тестирования показала уровень знаний испытуемых, а также степень доверия к этим знаниям.
Бесплатно
К вопросу о компьютерном моделировании
Статья научная
Введение. Моделирование служит методологической основой современной науки и инструментом познавательной деятельности. Его можно рассматривать как мыслительную деятельность, опосредованную и оптимизированную информационными моделями. В этом случае к информации применяются логические операции познания и приемы моделирования. Материалы и методы. Изучены и обобщены результаты научных исследований о том, как в памяти человека формируются, хранятся и обрабатываются знания, как они взаимодействуют с представлениями информации. Проанализированы информационные модели, применяемые в различных предметных областях. Сформулированы положения о рациональных способах представления информации в процессе моделирования и указаны компьютерные средства для построения таких представлений. Результаты исследования. Выявлены приемы, методы, техники визуализации информации об изучаемом объекте. Представлены программные средства и сервисы, которые позволяют создавать визуализации и выполнять исследовательские процедуры моделирования. Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации процедур моделирования. С помощью описанных приемов, методов и техник в специальных программах визуализируются образы, структуры, отношения и связи изучаемого объекта. Они, в свою очередь, опосредуют процесс мысленного моделирования и расширяют базу для его выполнения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена оценке эффективности методов и алгоритмов решения оптимизационных задач с векторным критерием и системой нелинейных ограничений. Описан подход, позволяющий после проведения эквивалентных преобразований перейти к оптимизационной задаче с одной целевой функцией (т. е. к задаче безусловной оптимизации). Однако полученная таким способом целевая функция обладает свойствами (нелинейность, мультимодальность, овражность, большая размерность), не позволяющими использовать для ее решения классические методы. Цель представленного исследования - разработать для решения данной задачи гибридные методы, основанные на комбинациях алгоритмов, инспирированных живой природой, с другими подходами (гравитационным и градиентным).Материалы и методы. Созданы новые методы для решения указанной задачи. Проведен компьютерный эксперимент на ряде тестовых функций, выполнен его анализ, показывающий эффективность различных комбинаций на различных функциях.Результаты исследования...
Бесплатно
К проблеме использования автоматизированного рабочего места людьми с ограниченными возможностями
Статья научная
Введение. Сотрудники банковской сферы с ограничениями по здоровью имеют негативный опыт использования внутреннего программного обеспечения для взаимодействия с клиентами и выполнения служебных обязанностей. Многие сотрудники, например, с проблемами слуха, хотели бы работать в callцентрах, но не имеют такой возможности из-за устаревшего программного обеспечения (ПО). Целью исследования является анализ приоритетных задач для дальнейшей разработки ПО с учетом имеющихся у сотрудников нарушений.Материалы и методы. В качестве ПО выбрана одна из подсистем автоматизированного рабочего места, позволяющая сотруднику взаимодействовать непосредственно с клиентами данной организации. В ходе анализа использовался метод экспертного оценивания Т. Л. Саати при содействии одного из экспертов в разработке ПО для людей с ограниченными возможностями.Результаты исследования. Используя фундаментальную шкалу предпочтений и мнение эксперта в области разработки ПО для людей с инвалидностью, построены матрица приоритетов для каждого из критериев (субтитры, упрощённые шрифты, голосовое сопровождение, упрощённое и удаленное управление) и платформ (IOS, Android, Windows OS), а также глобальная матрица приоритетов для всех критериев и платформ.Обсуждение и заключения. Проведено экспертное оценивание нескольких характеристик ПО банковской коммерческой организации Российской Федерации для выявления недостатков использования сотрудниками, имеющими инвалидность. В ходе анализа сделаны промежуточные выводы: самым необходимым критерием для людей с проблемами слуха является «Субтитры»; для людей без возможности выходить из дома - «Удаленное управление»; для людей с ампутациями или необратимыми повреждениями конечностей - «Упрощённое управление». Остальные параметры для реализации не рекомендуются.
Бесплатно
Концепции управления мобильными строительно-дорожными объектами
Статья научная
Целью работы является определение свойств транспортных потоков мобильных строительно-дорожных объектов (МСДО) для повышения эффективности управления ими. Представлены результаты системного анализа задач управления МСДО, изложена концепция их решения и выполнена формализация задачи управления движением мобильных строительно-дорожных машин в постоянно изменяющихся условиях передвижения. Впервые сформулированы системные и структурные критерии оценки состояния мобильных строительно-дорожных объектов, проанализированы концепции управления группами подвижных объектов, даны рекомендации по выбору типа управления. Представлены математические модели транспортных потоков, устанавливающие зависимость скорости движения от плотности транспортного потока, а также математическая модель оптимизации маршрута движения мобильных строительно-дорожных объектов. В статье приведены стратегии адаптивного и интеллектуального управления группами подвижных объектов различной численности, а также представлены результаты регрессионного анализа модели движения мобильных объектов.
Бесплатно
Статья научная
Цель работы состоит в изучении корректирующей способности нового мягкого декодера кодов Рида - Маллера. Метод достижения цели заключается в экспериментальном исследовании декодера с использованием специально построенной имитационной модели помехоустойчивого канала передачи данных. Источник и приемник сообщений модели оперируют цифровыми данными, заданными полем F 3. Линия связи построенной модели в зависимости от настроек выдает цифровые или непрерывные сигналы. В случае непрерывных сигналов рассматриваются два варианта базовых искажений сигнала и их комбинации. Помехоустойчивость моделируемых каналов связи обеспечивается применением кодов Рида - Маллера второго порядка, заданных над полем F 3, и нового декодера мягких решений для этих кодов. Результаты проведенных имитационных экспериментов показали, что исследуемый декодер как в цифровых, так и в полунепрерывных каналах позволяет исправлять ошибок больше, чем гарантируется минимальным кодовым расстоянием. Наибольшую эффективность декодер показал при использовании его в полунепрерывных каналах связи. Корректирующая способность декодера значительно зависит от типа линии связи и вида искажений, поражающих сигналы, и не чувствительна к местоположению ошибок внутри кодового слова. Сделаны выводы о возможности использования нового декодера в каналах связи низкого качества для обеспечения помехоустойчивости, а также в ряде криптографических приложений.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Существенная нелинейность химических реакций кислот и оснований определяет алгоритмы управления в режиме подкисления или подщелачивания, то есть периодической дозации минимального объема кислоты или щелочи. Такое регулирование может быть малоэффективным, т. е. допускает недостаточную или избыточную концентрацию контролируемого вещества. Статья посвящена проблеме точного регулирования водородного показателя в мини-биореакторах. Предлагается использовать цифровую модель системы управления кислотностью для подбора концентраций доливаемых растворов, определения методики регулирования и повышения точности. Цель работы - обеспечение требуемой точности регулирования рН в in vitro мини-модели желудочно-кишечного тракта статического типа.Материалы и методы. Исходная структурная схема модели включает накопители и потоки. Она представляет собой базу для основных дифференциальных уравнений, характеризующих изменение объема и кислотности. Для корректировки показаний кислотности результирующего раствора по температуре создана статическая модель, основанная на полиномиальной аппроксимации экспериментальных данных методом наименьших квадратов. В прикладном пакете Matlab Simulink исследованы структурные элементы математической модели. На реальной системе in vitro моделирования искусственного желудочно-кишечного тракта домашней птицы определены переходные характеристики для подтверждения адекватности математической модели.Результаты исследования. В рамках данной работы авторы создали и проанализировали нелинейную математическую модель изменения pH в биореакторе с учетом внешних управляющих воздействий. Потоки раствора соляной кислоты, раствора щелочи и слива раствора из реактора представлены как элементы дифференциального уравнения, описывающего накопление жидкости в реакторе. Для повышения точности решение доработали с учетом температурной зависимости водородного показателя. Предложена математическая модель дозирования на основе регулятора с каналами щелочи и кислоты. Полученные данные позволили генерировать объединенную модель процесса регулирования pH в биореакторе. Адекватность решения подтвердили опытным путем. В виде структурных схем показаны модели: регулятора pH, регулирования объема содержимого в реакторе и химических реакций. Сравниваются переходные процессы математической модели и реальной системы управления. Установлено, что переходные характеристики математической модели и реальной системы идентичны по времени регулирования. Относительная погрешность регулирования реальной системы составила 0,35 %, а математической модели - 0,1 %, что соответствует требуемой точности регулирования ±0,1 pH. В виде графиков показано влияние исследованных потоков на реакцию нейтрализации.Обсуждение и заключения. Предлагаемая математическая модель позволит подобрать оптимальные методы и алгоритмы регулирования кислотности, что ускорит создание регулятора нелинейного процесса регулирования водородного показателя. В будущем эти наработки можно интегрировать в комплексную цифровую модель всего искусственного желудочно-кишечного тракта домашней птицы для оптимизации алгоритмов управления (дозации, перемешивания, периодичности и т. п.), а также аппроксимации к объектам in vivo.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассматривается новый вид устройств для сбора и аккумулирования энергии - воздушный надувной коллектор. Как правило, надувные коллекторы устанавливаются стационарно, что не подразумевает ориентацию коллектора вслед за движением Солнца. Ввиду низкой себестоимости рассматриваемых изделий, необходимо предложить и исследовать максимально эффективную конструкцию. Материалы и методы. Рассматривается коллектор, состоящий из последовательно соединенных замкнутых цилиндрических сегментов. Полости цилиндров заполнятся воздухом, что обеспечивает постоянство конструкции. Математическое моделирование определения температурного поля воздушного надувного коллектора выполнено с помощью метода конечных элементов. Результаты исследования. Распределение температурного поля, в зависимости от направления потока солнечной радиации, были подтверждены экспериментально. Математические модели признаны адекватными. Прирост температуры теплопоглощающего слоя по отношению к температуре окружающей среды составил от 7° до 26,2° в зависимости от части сегмента коллектора. Обсуждение и заключения. В ходе имитационных и экспериментальных исследований было установлено, что на эффективность коллектора, кроме инсоляции Солнца, оказывают воздействие комплекс факторов окружающей среды: влажность воздуха, сила ветра и др. При этом необходимо учитывать конструктивное исполнение устройства, а также эксплуатационные и теплофизические характеристики применяемых материалов. Детальное исследование степени воздействия внешних и внутренних факторов на температурное поле коллектора требует последующей разработки программного комплекса.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является построение и исследование адаптивного метода минимальных поправок (МАММП), предназначенного для численного моделирования процессов фильтрации двухфазной сжимаемой жидкости в пористых средах. Описанный подход позволяет преодолеть известные ограничения использования других методов решения сеточных уравнений, определяемые такими условиями, как: значительные перепады давления, действующего на нефтеводоносный пласт; сжимаемость среды при значительном содержании газа в нефтяной фазе.В качестве основы исследования выбран метод аппроксимации - явный для определения функции водонасыщенности и неявный для расчета функции давления.При постановке начально-краевой задачи и ее дискретизации рассмотрен процесс фильтрации сжимаемой двухфазной жидкости в пространственно-трехмерной области с боковой поверхностью, ограниченной снизу поверхностью подошвы пласта, а сверху - поверхностью его кровли. Построен двухслойный итерационный метод вариационного типа - модифицированный метод минимальных поправок, адаптированный для решения сеточных уравнений двухфазной сжимаемой жидкости с несамосопряженным оператором при самых общих предположениях относительно свойств оператора сеточной задачи. Показано, что МАММП обладает асимптотической скоростью сходимости, характерной для «классического» ПТМ, не использующего технику чебышевского ускорения и применяемого для задач с самосопряженным оператором. Численные эксперименты подтвердили высокую эффективность МАММП. Установлено, что для достижения заданной точности число итераций при МАММП сокращается в 3-20 раз по сравнению с методом Зейделя и методом верхней релаксации.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является создание и исследование метода выбора между ручным и автоматизированным тестированием программного продукта (ПП). Суть предлагаемого метода состоит в организации процедуры взаимодействия тестировщиков с программистами, которые завершили процесс написания программного кода и провели модульное тестирование. Предложен специальный вопросник из 20 пунктов, который заполняется программистом. Полученные таким образом, обработанные и проанализированные ответы позволяют судить о важных для работы тестировщика особенностях функционирования будущего программного продукта. В результате установлена общая связь свойств, определяющих полезность программного продукта, с методом тестирования. Если требуется проверка функциональных возможностей и (или) надежности, рекомендуется применять смешанное тестирование - ручное и автоматизированное. Если требуется проверка практичности и (или) сопровождаемости, рекомендуется применять ручное тестирование. Если требуется проверка эффективности и (или) мобильности, рекомендуется применять автоматизированное тестирование. Методика направлена на улучшение качества тестирования и основана на ГОСТ РИСО/МЭК 9126-93.
Бесплатно
Метод кластеризации в системе оценки результатов работы экспертов по проверке экзаменов в форме ЕГЭ
Статья научная
Цель данного исследования - рассмотрение возможности использования метода нечеткой кластеризации в автоматизированной системе оценивания эффективности работы экспертов по проверке результатов государственной итоговой аттестации в форме ЕГЭ. Представлены различные показатели результатов работы экспертов и их расчетные формулы. Параметры разбиты на следующие группы: базовые, статистические оценки базовых, нормированные и качественные. Применение метода нечеткой кластеризации с использованием взвешенной метрики Евклида показано на примере оценивания работы экспертов предметной комиссии по математике (профильный уровень). Эксперименты проводились с учетом и без учета шумов с последующими выводами о влиянии, которое оказывают шумы на результаты. Также по результатам экспериментов были представлены таблицы и графики с разбиением экспертов на кластеры.
Бесплатно
Метод трехмерного захвата движений человека на основе компьютерного зрения
Статья научная
Введение. Проведенный анализ существующих подходов к отслеживанию тела человека выявил наличие проблем при захвате движений в трехмерной системе координат. Отмечена перспективность систем захвата движений на основе компьютерного зрения. В существующих исследованиях по безмаркерным системам захвата движений рассматривается позиционирование только в двумерном пространстве. Поэтому целью исследования являлось повышение точности определения координат человеческого тела в трехмерных координатах за счет разработки метода захвата движения на основе компьютерного зрения и алгоритмов триангуляции.Материалы и методы. Представлен метод захвата движений, включающий калибровку нескольких камер и формализацию процедур обнаружения человека в кадре с использованием сверточной нейронной сети. На основе полученных от нейронной сети скелетных точек осуществляется трехмерная реконструкция модели тела человека с использованием различных алгоритмов триангуляции.Результаты исследования. Проведены экспериментальные исследования по сравнению четырех алгоритмов триангуляции: прямого линейного переноса, линейного метода наименьших квадратов, L2 триангуляции и полиномиального методов. Определен оптимальный алгоритм триангуляции (полиномиальный), обеспечивающий погрешность не более 2,5 пикселей или 1,67 сантиметров.Обсуждение и заключение. Выявлены недостатки существующих систем захвата движения. Предложенный метод направлен на повышение точности захвата движений в трехмерных координатах с использованием компьютерного зрения. Полученные результаты интегрированы в программное обеспечение позиционирования тела человека в трехмерных координатах для удаленного мониторинга, использования в виртуальных тренажерах и системах захвата движений.
Бесплатно
Метод формирования графа локальной сети на основе анализа множеств адресов
Статья научная
Введение. Статья посвящена вопросам автоматизированного построения схемы локальной вычислительной сети с использованием средств и методов анализа трафика на канальном уровне модели OSI. Проблема обусловлена двумя факторами. Это сложности ручного определения связей между оборудованием и отсутствие физического доступа к линиям связи уже функционирующей сети. Цель работы - сокращение времени, затрачиваемого на построение схемы локальной сети, за счет автоматизации процесса определения связей между оборудованием.Материалы и методы. Для решения поставленных задач предложен метод определения взаимного расположения устройств. Задействованы направленные в противоположные стороны сетевые адаптеры специализированного программно-аппаратного комплекса, подключаемого в разрыв линии связи в разных точках сети. Используемый метод базируется на вычислениях пересечений множеств адресов, полученных с этих адаптеров. Приведены структурные схемы построения такого программно-аппаратного комплекса и требования к нему. Описаны способы получения MAC-адресов из транзитных пакетов. Приводятся примеры библиотек программных компонентов для выполнения этой операции. Для хранения полученных данных предложена структура реляционной базы данных. Описаны формат и содержание полей ее таблицы.Результаты исследования. С использованием разработанных методов на типовом примере сети стандарта Ethernet показан способ определения взаимного расположения конечных устройств, заданных своими MACадресами, а также как минимум двух коммутаторов, находящихся между ними. Определены признаки, по котором можно судить о наличии коммутационного оборудования в том или ином сегменте. Предложен метод, позволяющий с использованием набора реляционных операций последовательно уточнять топологию сети до достижения требуемой точности.Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при администрировании крупных локальных сетей с разветвленной структурой. Предложенный подход позволяет сократить время на построение схемы. Это возможно благодаря автоматизации процесса получения информации о работающих в сети устройствах и их взаимном расположении.
Бесплатно
Методика оценки уровня зрелости организации на основе нечеткого моделирования
Статья научная
Введение. В статье излагается разработанная авторами методика объективной оценки уровня зрелости организации в направлении достижения устойчивого успеха на основе самооценки. Методика основана на использовании экспертной информации и математического аппарата теории нечетких множеств. Дано обоснование выбранного подхода, позволяющего оперативно анализировать состояние организации с учетом полной экспертной информации. Предлагается использовать экспертные оценки уровней зрелости по каждому направлению деятельности в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9004-2010. Приведено краткое описание содержания этапов фаззификации, композиции и дефаззификации, составляющих суть нечеткого моделирования процесса получения достоверной оценки. Материалы и методы. В результате анализа построена обобщенная модель предметной области «оценка уровня зрелости организации», разработаны модели входных и выходной лингвистических переменных согласно наименованиям основных критериев зрелости, представленных в ГОСТ Р ИСО 9004-2010, определены базовые терм-множества. Согласно оценкам четырех экспертов построены функции принадлежности всех лингвистических переменных, для чего использованы типовые функции трапециевидной формы. Приведена развернутая форма нечеткого логического вывода для рассматриваемой системы знаний. С учетом рассчитанных коэффициентов значимости основных критериев зрелости создана база знаний, содержащая 729 продукционных правил, на которой основан логический вывод оценки уровня зрелости организации. Результаты исследования. Для вычисления точного значения уровня зрелости используется метод центра тяжести, который реализуется в среде MatLab с помощью пакета прикладных программ Fuzzy Logic Toolbox. Построены поверхности отклика, отражающие взаимосвязи лингвистических переменных. Приведен модельный пример нечеткого логического вывода оценки уровня зрелости организации с использованием предложенной методики. Обсуждение и заключения. Представленная методика, использующая математический аппарат теории нечетких множеств, позволяет объективно оценить уровень зрелости организации с точки зрения достижения устойчивого успеха и предназначена для оперативного анализа состояния организации на основе выполненной экспертами самооценки
Бесплатно
Методы имитационного математического моделирования российского срочного рынка на современном этапе
Статья научная
Введение. Работа посвящена имитационному моделированию. Описаны основные методы имитационного математического моделирования на срочном рынке. Рассмотрена группа реалистичных негауссовских процессов Леви, которые обобщают классическую модель Блэка-Шоулса. Целью работы явилось исследование наиболее эффективных методов прогнозирования рынка, а также программная реализация метода имитационного математического моделирования российского срочного рынка, основанного на модели Леви. Данное исследование актуально в связи со спросом на приложения, позволяющие симулировать динамику финансовых активов и оценивать опционы в реалистичных моделях срочного рынка, допускающих скачки.Материалы и методы. Рассмотрены основные методы прогнозирования срочного рынка, способы определения уровня волатильности при известной цене опциона. Выделены наиболее эффективные виды процессов Леви для имитационного математического моделирования российского срочного рынка на современном этапе. Рассмотрены возможности языка Java для реализации математических методов...
Бесплатно
Методы применения матриц при создании моделей группового преследования
Статья научная
Введение. Очевидно, что в ближайшее время сохранят актуальность вопросы оснащения движущихся робототехнических комплексов элементами автономного управления. Это требует развития моделей группового преследования. Отметим, что оптимизация в задачах преследования сводится к построению оптимальных траекторий (кратчайшие траектории, траектории с дифференциальными ограничениями, показатели расхода топлива). При этом не рассматриваются аспекты автоматизированного распределения по целям при групповом преследовании. Для восполнения этого пробела выполнена представленная научная работа. Ее результатом должно стать построение модели автоматизированного распределения преследователей по целям в групповом преследовании.Материалы и методы. Для изучения группового преследования множества целей сформирована матрица. Управляющие параметры движения преследователей модифицированы по минимальной кривизне траектории. Детально рассмотрены методы погони и сближения. Показаны возможности модификации метода параллельного сближения. Матричное моделирование задействовали для построения схемы группового преследования множества целей. Перечисленные процессы проиллюстрированы функциями в заданных системах координат и анимацией. Как база функций построены блок-схемы фазовых координат преследователя на следующем шаге, времени и расстояния достижения преследователем цели. В ряде случаев расположение целей и преследователей определено как точки на окружности Аполлония. Матрица сформирована по выборкам, соответствующим распределению преследователей по целям.Результаты исследования. Рассмотрены девять вариантов погони, параллельного, пропорционального и трехточечного сближения на плоскости и в пространстве. Рассчитано максимальное значение времен достижений целей. Отмечены случаи, когда вектор скорости преследователя направлен произвольно и в точку на окружности Аполлония. Отмечено, что трехточечный метод сближения удобен, если цель движется по баллистической траектории. Для модификации метода параллельного сближения на плоскости строится сеть параллельных линий. При этом учтены длина дуги линии (которая может быть произвольной формы) и массив опорных точек траектории цели. С данными элементами составлено и решено уравнение. На массиве выборок с соответственными значениями времен найдено минимальное время, то есть определено оптимальное время одновременного группового достижения множества целей. Для унифицированного обращения к библиотеке выражен управляющий вектор через однопараметрическое семейство параллельных плоскостей. Сформирована библиотека расчетов управляющих векторов. Показан пример применения матричного моделирования к групповому преследованию. Представлена схема группового преследования множества целей. Для двух целей и трех преследователей рассмотрены шесть выборок, соответствующих распределению преследователей по целям. Данные представлены в виде матрицы. По итогам научных изысканий создана и зарегистрирована программа для ЭВМ «Модель параллельного сближения на плоскости группы преследователей с одновременным достижением цели».Обсуждение и заключение. Исследованы методы использования матриц при моделировании группового преследования. Показана возможность модификации метода параллельного сближения. Матричное моделирование группового преследования позволяет выстроить его схему для множества целей. Матрица распределения преследователей по целям будет генерироваться в каждый момент времени. Методы формирования матриц распределения преследователей и целей представляют интерес при проектировании систем виртуальной реальности, для задач с моделированием процесса группового преследования, убегания, уклонения. Метод динамического программирования при формировании матрицы распределения преследователей по целям открывает возможность автоматизации распределения с оптимизацией по заданным параметрам.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Работа посвящена численному решению задач динамики фитопланктона в прибрежных системах на примере Азовского моря. При этом учитывается трансформация форм фосфора, азота и кремния, а также движение водной среды, распределение температур и соленостей по акватории моря. Речной сток, меняясь по объему и по химическому составу, существенно влияет на изменчивость гидрофизических и биогеохимических параметров процессов, происходящих в прибрежной системе. Этим обусловлена необходимость статистической обработки данных многолетних наблюдений за характеристиками речного стока.Материалы и методы. Математическая модель биогеохимических циклов основана на системе нестационарных уравнений конвекции - диффузии - реакции параболического типа с нелинейными функциями источников и младшими производными, к которой добавлены соответствующие начальные и граничные условия. В ходе статистического анализа рядов многолетних наблюдений за стоками рек найдены значения следующих показателей: коэффициенты асимметрии, эксцесса, дисперсия и стандартное отклонение, коэффициент вариации, коэффициент автокорреляции, отношение Неймана и критерий Андерсона.Результаты исследования. Статистический анализ рядов многолетних наблюдений за гидрохимическими показателями реки Дон свидетельствует о неоднородности натурных данных. Это связано со стохастичностью поступлений биогенных веществ и объема пресноводного стока в море в результате воздействия природных и антропогенных факторов. Натурные данные целесообразно соотносить с сезонными изменениями температуры водной среды. В работе представлены результаты вычислительного эксперимента по моделированию динамики фитопланктонных популяций в летний период, когда температуры благоприятны для их размножения и роста. Предложенная математическая модель учитывает пространственно-неоднородное распределение и трансформации форм фосфора, азота и кремния, а также изменения солености, температуры и движения водной среды.Обсуждение и заключения. Рассмотрена многовидовая математическая модель динамики фитопланктонных популяций с учетом трансформации форм фосфора, азота и кремния в прибрежных системах. Проведен анализ данных натурных наблюдений, для чего рассчитаны его основные статистические параметры. В итоге сделан вывод о существенной изменчивости данных многолетних наблюдений. Это обусловлено двумя причинами. Первая: случайный характер поступления биогенных веществ и объемов стока рек в результате воздействия антропогенных факторов. Вторая: чередование в последние 12-15 лет относительно многоводных и маловодных периодов по пресному стоку. Гидрологический режим меняется главным образом за счет сокращения среднегодового пресноводного стока Дона и частично Кубани. Эта тенденция, по-видимому, будет усиливаться из-за климатических изменений, а также при дальнейшем регулировании стока Дона после ввода Багаевского гидроузла. Численные эксперименты на основе натурных данных подтвердили предсказательную ценность разработанных моделей и программ. С их помощью можно прогнозировать изменение состава и численности (концентраций) в Азовском море основных планктонных популяций, которые определяют, с одной стороны, кормовую базу, а с другой - состояние водной среды в условиях продолжающегося осолонения моря.
Бесплатно
