Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика @vestnik-psu-mmi
Статьи журнала - Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика
Все статьи: 887
Модели амбивалентных эмоций роботов
Статья научная
Предложены формулы, позволяющие определять знак и единственное численное значение амбивалентной эмоции робота. Введено понятие превалирующей эмоции робота и дан способ ее определения.
Бесплатно
Модели восприимчивости робота к псевдовоспитанию
Статья научная
Предложены математические оценки способности роботов к псевдовоспитанию. Описан способ вычисления впервые введенной авторами психологической характеристики -способности человека к воспитанию, - основанной на теории роботов и компьютерной про -грамме постановки голоса оратора.
Бесплатно
Модели сегментации сердечных артерий по коронарографическим снимкам
Статья научная
Сердечно-сосудистые заболевания продолжают лидировать среди причин смертности. Снизить смертность и повысить точность диагностики можно с помощью разработки решений на основе искусственного интеллекта. При этом важнейшей из задач является сегментация сердечных артерий. Точная сегментация коронарных сосудов на ангиографических снимках критически важна для выявления стеноза и планирования интервенционных процедур. Однако автоматизированные методы сегментации сталкиваются с рядом проблем, связанных с затруднением распознания сердечных артерий: неравномерное распределение контрастного вещества, артефакты движения, наложение теней от анатомических структур. В данной работе представлена модель сегментации сосудов на основе модифицированной архитектуры U-Net, включающей residual-блоки и механизмы внимания (SCSE) с предварительным обучением энкодера на искусственном датасете для выделения сосудистых признаков. Особое внимание уделено устойчивости модели к шумам – ключевой проблеме ангиографических данных, с которой не справляются многие существующие методы. Модель обучалась на смешанном наборе данных из 1285 двумерных коронарографических снимках, аннотированных экспертами. Предложенный подход достиг значения IoU 0.54 и F1-score 0.79 на тестовой выборке, демонстрируя устойчивость к шуму и артефактам. Дополнительная постобработка с адаптивной фильтрацией улучшила качество бинарных масок, устраняя ложные срабатывания от катетеров и металлических объектов. Внешняя оценка на 50 изображениях из независимого клинического набора показала IoU 0.50 и F1-score 0.75, что превосходит базовые методы сегментации, такие как классическая U-Net (IoU 0.42). Результаты подчеркивают эффективность предложенной модели для сегментации сосудов в условиях реальных ангиограмм, а также демонстрируют потенциал подхода как основы для последующей 3D-реконструкции сосудистой сети, что может улучшить диагностику и планирование лечения стеноза коронарных артерий.
Бесплатно
Моделирование биоритмов в масштабах гена, клетки и всего организма
Статья научная
Выделяется три характерных масштаба описания биосистемы: микроскопический (размер гена), мезоскопический (размер клетки) и макроскопический (размер организма). Для каждого случая обсуждается подход к моделированию циркадианных ритмов на примере предложенной ранее модели с запаздыванием. На уровне гена использовалось стохастическое описание. Показана устойчивость механизма ритмов по отношению к флуктуациям. На мезоскопи-ческом уровне предложено детерминистское описание в рамках пространственно-распределенной модели. Обнаружен эффект групповой синхронизации колебаний в клетках. Макроскопические эффекты исследованы в рамках дискретной модели, описывающей коллективное поведение большого числа клеток. Обсуждается вопрос о сшивании результатов, полученных на разных уровнях описания.
Бесплатно
Моделирование влияния резервирования на энергопотребление самосинхронных схем
Статья научная
Вектор развития микро-, а скорее уже наноэлектроники направлен в сторону постоянного уменьшения базового напряжения питания, однако современные методы проектирования позволяют не только снижать базовое напряжение, но и варьировать рабочее напряжение питания. Вычислительные системы с адаптивным питаниям позволяют существенно увеличить энергоэффективность вычислительной техники. Важной задачей для построения таких систем является получение данных о динамике характеристик вследствие масштабирования входных параметров как экспериментальных, так и с помощью средств моделирования. Так как вычислительные системы с адаптивным питанием приобретают такое важное свойство как устойчивость к сбоям источника питания, то необходимо также оценить возможность их повсеместного внедрения в аппаратуру для критических областей применения. Такая аппаратура, как правило, проектируется с пассивной отказоустойчивостью. В статье приводятся данные моделирования отказоустойчивых самосинхронных полных сумматоров в системе схемотехнического моделирования.
Бесплатно
Моделирование дезаксиального двигателя для минимизации сил трения в паре "поршень - цилиндр"
Статья научная
На основании моделирования работы кривошипно-шатунной передачи показана зависимость величины работы силы трения между поршнем и цилиндром от смещения центральной оси поршня. При построении решения в модели учтены геометрические и кинематиче -ские характеристики реальной конструкции.
Бесплатно
Моделирование дискретного управления противовирусным иммунным ответом в условиях неопределенности
Статья научная
Рассматривается численное решение задачи дискретного управления иммунным ответом при инфекционном заболевании в условиях неопределенности. Задача дискретного управления представлена нелинейной системой обыкновенных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом. Условия неопределенности означают, что значения параметров модели неизвестны, а их оценка корректируется по мере поступления новых клинико- лабораторных данных. Для решения данной задачи предложен алгоритм, позволяющий в рамках математической модели инфекционного заболевания одновременно строить управление и идентифицировать параметры. С помощью предложенного алгоритма построены программы лечения, основанные на реализации иммунотерапии, а также проведена идентификация параметров математической модели противовирусного иммунного ответа. Показано, что иммунотерапия позволяет проводить эффективное лечение при острой форме инфекционного заболевания.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен алгоритм расчета распределения коэффициента жесткости вдоль фронта трещины. В работе представлен междисциплинарный подход к анализу процессов разрушения, сочетающий расчетные методы механики разрушения с традиционным материаловедческим анализом микроструктуры. Предложена новая методика оценки склонности материала к хрупкому или вязкому разрушению, основанная на введении и анализе коэффициента жесткости напряженного состояния, распределенного вдоль фронта трещины. Разработан алгоритм численного расчета данного параметра, что позволило установить его взаимосвязь с T-напряжениями и радиусом зоны пластичности. Установлено, что при малом радиусе зоны пластичности и около-нулевых значениях T-напряжений наблюдается повышение склонности к хрупкому разрушению, в то время как увеличенные значения этих параметров способствуют формированию «мягкого» напряженного состояния и переходу к вязкому характеру разрушения. Полученные результаты позволяют восполнить существующий методический разрыв между фрактографическим анализом и количественными методами механики разрушения и могут быть использованы при прогнозировании характера разрушения конструкционных материалов.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен кинематический анализ двухзвенного манипуляционного робота типа SCARA с учетом непараллельности осей и мануального рабочего органа с четырьмя степенями свободы. Построена кинематическая модель с учетом рабочего органа, решена обратная задача кинематики. Рассмотрен пример медицинского манипуляционного робота для применения полученной модели в проведении операции по транспедикулярной фиксации позвоночника.
Бесплатно
Моделирование конвективных течений в CFD-пакетах
Статья научная
Проведено численное исследование формирования конвективных течений в цилиндрическом слое жидкости с локализованным нагревом в центральной части. Для численной реализации задачи использовался конечно-элементный программный комплекс ANSYS. Расчеты проводились двумя различными методами, реализованными в CFD-пакетах CFX и FLUENT. Получены интегральные характеристики, характеризующие временную эволюцию течений. Проведено сравнение решений, полученных различными решателями, с экспериментально полученными данными.
Бесплатно
Моделирование логических схем посредством теории множеств
Статья научная
На основании известных теорем о непротиворечивости лямбда-исчисления, доказанных в семантике самопринадлежности, описан способ моделирования логических схем посредст- вом теории множеств, использующий модель двузначной логики; из этих теорем о непро- тиворечивости следует непротиворечивость моделей логических схем.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного моделирования процессов переноса продуктов горения, выделяющихся при комбинированном пожаре. Комбинированный пожар представляет собой точечный торфяной пожар и распространяющийся от него низовой лесной пожар. Лесной пожар перемещается с течением времени и является нестационарным источником примеси и тепла.
Бесплатно
Моделирование механических свойств элементов надувных космических антенн из эпоксидного препрега
Статья научная
Предложена методика вычисления эффективных упругих свойств тканевых композитов из отвержденных эпоксидных препрегов с комплексным учетом особенностей неоднородности структуры таких композитных систем (механические свойства нитей ткани и эпоксидного связующего, геометрия нитей, тип плетения ткани, концентрация связующего). Она основана на использовании конечно-элементного пакета ANSYS и специализированного программного модуля "ANSYS material designer". Этот модуль позволяет строить сложные трехмерные конечно-элементные сетки для задаваемых расчетчиком различных тканевых плетений, используя комбинации из простых блоков и автоматически вычислять соответствующие эффективные механические константы таких материалов (линейно упругие). Надежность данного подхода проверена на решении трех тестовых краевых задач об изгибе консольной балки в виде тонкой пластины: 1) 3D балка из препрега как композитного материала со всеми особенностями его внутреннего строения; 2) 3D балка из однородного анизотропного материала с эффективными механическими характеристиками, рассчитанными для препрега предлагаемой методике материала; 3) 2D балка в виде анизотропной оболочки с теми же упругими характеристиками, что и для второго варианта. Расхождение по изгибу для всех вариантов составило меньше одного процента. Также проведен расчет изгиба трубчатой стойки надувной антенны эпоксидного препрега, предназначенной для искусственного наноспутника Земли из эпоксидного препрега и проведено сравнение ее массы относительно аналогичной трубы из алюминия, обладающей такими же "изгибными" характеристиками. Сравнение показало, что выигрыш по массе при использовании препрега может составлять примерно 20%.
Бесплатно
Моделирование отсрочки поимки цели в ADT-игре с тремя защитниками
Статья научная
Рассматривается вариант Attacker-Defender-Target задачи с тремя защитниками. Задача рассматривается в простых движениях в плоской постановке: цель и защитники двигаются прямолинейно с постоянной скоростью. Начальное положение цели и атакующего задано. В этом случае движение цели определяется её начальным вектором скорости, а защитников – моментом и углом выпуска. Считается, что все защитники выпускаются сразу в начальный момент времени обнаружения атаки, так как их выпуск позже может быть шумным и демаскировать цель для атакующего. Защитники представляют собой ложные цели, фактически задача заключается в определении таких траекторий защитников, при которых атакующий вначале занимается их перехватом, и только после этого переключается на преследование основной цели. Тем самым время перехвата основной цели увеличивается, и при некоторых значениях параметров она может стать недостижима для имеющего ограниченный запас энергоресурса атакующего. В исследовании рассматривается модель работы системы самонаведения автономного атакующего аппарата, основанная на пропорциональной навигации, при этом сначала атакующий решает задачу совместного преследования целей, затем обходит цели по очереди. Разработан программный комплекс, проведено численное моделирование, определены оптимальные углы выпуска трех защитников для различных курсовых углов цели. Для каждого из рассмотренных случаев найдено решение, при котором атакующему не хватает энергоресурса для перехвата основной цели.
Бесплатно
Статья научная
Описана программная реализация приближенного моделирования пропускной способности дорожной сети города на примере города Березники Пермского края. В модели учтены ос-новные транспортные потоки, применен алгоритм поиска максимального потока. Посредст-вом модели рассмотрены малые возможные изменения дорожной сети с целью повышения пропускной способности всей дорожной сети города в целом; эффективность предложен-ных изменений оценена количественно.
Бесплатно
Моделирование процесса деформирования и разрушения образцов соляных пород при сжатии
Статья научная
Модернизированный деформационный критерий разрушения по предельной главной де-формации как функции коэффициента жесткости напряженного состояния использован при численном моделировании в пакете Ansys процесса сжатия образцов соляных пород Верх-некамского месторождения. Представлен анализ развития зон разрушения образцов различ-ной геометрии, а также соответствующие расчетные кривые напряжение-деформация, включая ниспадающую ветвь. Рассмотрены варианты образцов с включениями глинистых прослоев.
Бесплатно
Статья научная
Проведено теоретическое моделирование процесса коробления вентилятора из полиэтилена, наполненного наночастицами титаната-цирконата свинца Pb(Ti,Zr)O 3, имеющими отрицательный коэффициент температурного расширения. Показано, что при объемном наполнении порядка 30% удается практически полностью устранить эффект коробления, возникающий при остывании данной конструкции.
Бесплатно
Моделирование радиационно-устойчивой ячейки памяти SRAM
Статья научная
Выполняется анализ радиационно-устойчивой ячейки памяти SRAM DICE - SRAM, как дублированного SR триггера с инверсными входами и автомата Мура. Получаются характеристические уравнения, описывающие DICE - SRAM. Устанавливаются путем моделирования в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 фирмы National Instruments Electronics Workbench Group виды отказов, парируемых ячейкой.
Бесплатно
Статья научная
В рамках работы исследовано распространение сетевого вируса в локальной компьютерной сети. Были предложены две перколяционные модели, описывающие два вида сетей: проводные и беспроводные. Порог перколяции соответствует доле зараженных компьютеров в сети, при которой сеть теряет работоспособность. Для моделей были разработаны и реализованы алгоритмы заполнения решетки занятыми узлами, распределения занятых узлов по кластерам, поиска перколяционного кластера, определения порога перколяции. Был проведен численный эксперимент по оценке порога перколяции и его зависимость от различных характеристик вируса.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача управления подъемом и горизонтальной ориентацией беспилотного трикоптера с тяговыми двигателями, расположенными в одной плоскости, в вершинах правильного треугольника. Построена математическая модель динамики трикоптера с учетом наличия нагрузки с переменной массой и координатой приложения опрокидывающей силы. Представлены алгоритм управления для стабилизации по высоте и ориентации с учетом углов крена и тангажа, основанный на ПИД-регуляторе и алгоритм управления тягой двигателей трикоптера для стабилизации его только по высоте без учета отклонения ориентации, использующий быстрый алгоритм 2-го порядка. Построена компьютерная модель системы управления трикоптером в пакете Simulink. С помощью модели исследована работа быстрого алгоритма для управления взлетом и посадкой летательного аппарата.
Бесплатно
