Введение: Современные сложные технические системы часто бывают критически важными. Критичность обусловлена последствиями нарушения функционирования таких систем, не выполнением ими требуемого перечня функций и задач. Процесс контроля и управления такими системами осуществляется с использованием систем и сетей связи, которые становятся для них критичными. Возникает потребность в обеспечении устойчивого функционирования, как самих сложных технических систем, так и их систем управления, контроля, систем и сетей связи. В работе предложена методика обеспечения функциональной устойчивости системы связи, основой которой является процесс выявления и устранения в ней конфликтов, обусловленных отличием профиля функционирования и профиля процесса функционирования системы. Предложенная модель процесса функционирования системы связи позволяет на основе анализа интенсивностей воздействия дестабилизирующих факторов на систему, выявления конфликтов и их устранения, определить вероятность обеспечения функциональной устойчивости системы. Цель исследования: разработка методики обеспечения функциональной устойчивости системы связи в условиях воздействия дестабилизирующих факторов и возникновения конфликтов, а также модели процесса функционирования системы связи, позволяющей определять вероятность нахождения системы в функционально устойчивом состоянии. Методы теории графов и теории матриц, теории Марковских процессов. Результаты: предложена модель процесса функционирования системы связи в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, позволяющая определять вероятность нарушения функционирования системы, разработана методика обеспечения функциональной устойчивости системы связи. Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы при проектировании и построении сложных технических систем, а также в системах поддержки принятия решений, контроля, связи и управления.
В работе рассматривается проблема получения наилучшей альтернативы с помощью методов принятия решений, основанных на опыте специалиста и математических расчетов. Для решения данной проблемы подходит групповое принятие решений, однако оно может привести к выбору нескольких наилучших альтернатив (мультивариантности результата). Учет компетентности позволит отдать приоритет решению более компетентных участников и устранить возникновение нескольких наилучших альтернатив в процессе группового принятия решений. Сформулирована задача определения коэффициентов компетентности для участников группового принятия решений, которые обеспечивают выбор наилучшей альтернативы при мультивариантности результата. Разработан метод решения поставленной задачи, который включает в себя дискретизацию диапазона изменения входных переменных и уточнение в нем значений коэффициентов компетентности участников группового принятия решений. Уточнение выполняется с использованием либо мажоритарного принципа, либо с помощью лица, принимающего решение. Последующее вычисление коэффициентов компетентности для участников группового принятия решений осуществляется при помощи локальной линейной интерполяции уточненного коэффициента компетентности в окружающих точках из дискретизированного диапазона. Использование предложенного метода решения поставленной задачи рассмотрено на примере группового принятия решений по основным разновидностям мажоритарного принципа для выбора варианта технологического процесса нанесения гальванического покрытия. В результатах показано, что предложенный метод расчета коэффициентов компетентности участников группового принятия решений через локальную линейную интерполяцию является наиболее эффективным для выбора наилучшей альтернативы при мультивариантности результата по мажоритарному принципу относительного большинства.
Точность систем автоматического распознавания спонтанной речи далека от тех, которые демонстрируют системы распознавания подготовленной речи. Обусловлено это тем, что спонтанная речь не характеризуется той плавностью и отсутствием сбоев, что подготовленная. Спонтанная речь варьируется от диктора к диктору: отличное произношение фонем, наличие пауз, речевых сбоев и экстралингвистических компонентов (смех, кашель, чихание, и цыканье при выражении эмоции раздражения и др.) прерывают плавность вербальной речи. Экстралингвистические компоненты очень часто несут важную паралингвистическую информацию, поэтому для систем автоматического распознавания спонтанной речи важно распознавать подобные явления в потоке речи. В данном обзоре проанализированы научные работы, посвященные проблеме автоматического анализа экстралингвистических компонентов спонтанной речи. Рассмотрены и описаны как отдельные методы и подходы по распознаванию экстралингвистических компонентов в потоке речи, так и работы, связанные с многоклассовой классификацией изолированно записанных экстралингвистических компонентов. Наиболее распространенными методами анализа экстралингвистических компонентов являются нейронные сети, такие как глубокие нейронные сети и сети на основе моделей-трансформеров. Приведены основные понятия, относящиеся к термину экстралингвистические компоненты, предложена оригинальная систематизация экстралингвистических компонентов в русском языке, описаны корпуса и базы данных звучащей разговорной речи как на русском, так и на других языках, также приведены наборы данных экстралингвистических компонентов, записанных изолированно. Точность распознавания экстралингвистических компонентов повышается при соблюдении следующих условия работы с речевым сигналом: предобработка аудиосигналов вокализаций показала повышение точности классификации отдельно записанных экстралингвистических компонентов; учет контекста (анализ нескольких фреймов речевого сигнала) и использовании фильтров для сглаживания временных рядов после извлечения векторов признаков показали повышение точности при пофреймовом анализе речевого сигнала со спонтанной речью.
Несмотря на широкое применение во многих областях, точная и эффективная идентификация деятельности человека продолжает оставаться интересной исследовательской проблемой в области компьютерного зрения. В настоящее время проводится много исследований по таким темам, как распознавание активности пешеходов и способы распознавания движений людей с использованием данных глубины, трехмерных скелетных данных, данных неподвижных изображений или стратегий, использующих пространственно-временные точки интереса. Это исследование направлено на изучение и оценку подходов DL для обнаружения человеческой активности на видео. Основное внимание было уделено нескольким структурам для обнаружения действий человека, которые используют DL в качестве своей основной стратегии. В зависимости от приложения, включая идентификацию лиц, идентификацию эмоций, идентификацию действий и идентификацию аномалий, прогнозы появления людей разделены на четыре различные подкатегории. В литературе было проведено несколько исследований, основанных на этих распознаваниях для прогнозирования поведения и активности человека в приложениях видеонаблюдения. Сравнивается современное состояние методов DL для четырех различных приложений. В этой статье также представлены области применения, научные проблемы и потенциальные цели в области распознавания человеческого поведения и активности на основе DL.
В стремительно развивающейся цифровой эпохе интерфейсы человеко-машинного взаимодействия непрерывно совершенствуется. Традиционные методы взаимодействия с компьютером, такие как мышь и клавиатура, дополняются и даже заменяются более интуитивными способами, которые включают технологии отслеживания глаз. Обычные методы отслеживания глаз используют камеры, которые отслеживают направление взгляда, но имеют свои ограничения. Альтернативным и многообещающим подходом к отслеживанию глаз является использование электроэнцефалографии, техники измерения активности мозга. Исторически ЭЭГ была ограничена в основном лабораторными условиями. Однако мобильные и доступные устройства для ЭЭГ появляются на рынке, предлагая более универсальное и эффективное средство для регистрации биопотенциалов. В данной статье представлен метод локализации взгляда с использованием электроэнцефалографии, полученной с помощью мобильного регистратора ЭЭГ в виде носимой головной повязки (компании BrainBit). Это исследование направлено на декодирование нейрональных паттернов, связанных с разными направлениями взгляда, с использованием продвинутых методов машинного обучения, в частности, нейронных сетей. Поиск паттернов выполняется как с использованием данных, полученных с помощью носимых очков с камерой для отслеживания глаз, так и с использованием неразмеченных данных. Полученные в исследовании результаты демонстрируют наличие зависимости между движением глаз и ЭЭГ, которая может быть описана и распознана с помощью предсказательной модели. Данная интеграция мобильной технологии ЭЭГ с методами отслеживания глаз предлагает портативное и удобное решение, которое может быть применено в различных областях, включающих медицинские исследования и разработку более интуитивных компьютерных интерфейсов.
Цифровые мультимедийные файлы 2D и 3D обладают многочисленными преимуществами, такими как отличное качество, сжатие, редактирование, надежное копирование и т. д. С другой стороны, эти качества мультимедийных файлов являются причиной опасений, в том числе боязни получить доступ к данным во время общения. Стеганография играет важную роль в обеспечении безопасности передаваемых данных. Изменение типа файла покрытия с цифровых мультимедийных файлов на протоколы повышает безопасность системы связи. Протоколы являются неотъемлемой частью системы связи, и эти протоколы также могут использоваться для сокрытия секретных данных, что снижает вероятность их обнаружения. Этот документ призван помочь улучшить существующие методы сетевой стеганографии за счет увеличения пропускной способности и снижения скорости обнаружения путем анализа предыдущей связанной работы. Были изучены, проанализированы и обобщены последние статьи о методах сетевой стеганографии за последний 21 год. Этот обзор может помочь исследователям понять существующие тенденции в методах сетевой стеганографии, чтобы продолжить работу в этой области для улучшения алгоритмов. Статья разделена по уровням модели OSI.
В сфере современной обработки изображений упор часто делается на инженерные подходы, а не на научные решения разнообразных практических задач. Одна из распространенных задач в этой области включает скелетирование бинарных изображений. Скелетонизация — это мощный процесс извлечения скелета объектов, находящихся в цифровом бинарном изображении. Этот процесс широко используется для автоматизации многих задач в различных областях, таких как распознавание образов, техническое зрение, анимация и анализ изображений. Существующие методы скелетизации в принципе основаны на трех подходах: эрозии границ, дистанционном кодировании и диаграмме Вороного для идентификации приблизительного скелета. В работе представлены результаты эмпирического оценивания набора хорошо известных методов. Затем выполнен расчет скелетов в двумерном бинарном изображении c выбором различных подходов и оценкой их эффективности. Визуальная оценка – это основной метод, используемый для демонстрации производительности выбранных алгоритмов скелетирования. Из-за отсутствия окончательного определения «истинного» скелета цифрового объекта точная оценка эффективности алгоритмов скелетирования представляет собой серьезную исследовательскую задачу. Были попытки проведения количественной оценки, однако применяемые меры обычно адаптировали для конкретных областей. Экспериментальные результаты, показанные в этой работе, иллюстрируют эффективность трех основных подходов к скелетизации изображений в различных перспективных приложениях.
Нейросетевой подход к ИИ, получивший особенно широкое распространение в последнее десятилетие, обладает двумя существенными ограничениями – обучение моделей, как правило, требует очень большого количества образцов (не всегда доступных), а получающиеся модели не являются хорошо интерпретируемыми, что может снижать доверие к ним. Использование символьных знаний как основы коллаборативных процессов с одной стороны и распространение нейросетевого ИИ с другой, обусловливают необходимость синтеза нейросетевой и символьной парадигм применительно к созданию коллаборативных систем поддержки принятия решений. В статье представлены результаты аналитического обзора в области онтолого-ориентированного нейро-символического интеллекта применительно к решению задач обмена знаниями при коллаборативной поддержке принятия решений. А именно, в ходе обзора делается попытка ответить на два вопроса: 1. как символьные знания, представленные в виде онтологии, могут быть использованы для улучшения ИИ-агентов, действующих на основе нейронных сетей (передача знаний от человека к ИИ-агентам); 2. как символьные знания, представленные в виде онтологии, могут быть использованы для интерпретации решений, принимаемых ИИ-агентами и объяснения этих решений (передача знаний от ИИ-агента к человеку). В результате проведенного обзора сформулированы рекомендации по выбору методов внедрения символьных знаний в нейросетевые модели, а также выделены перспективные направления онтолого-ориентированных методов объяснения нейронных сетей.
Мозг считается одним из наиболее эффективных органов, контролирующих организм. Развитие технологий сделало возможным раннее и точное обнаружение опухолей головного мозга, что существенно влияет на их лечение. Применение искусственного интеллекта значительно возросло в области неврологии. В этом систематическом обзоре сравниваются последние методы глубокого обучения (DL), машинного обучения (ML) и гибридные методы для обнаружения рака мозга. В статье дается оценка 36 недавних статей, посвященных этим методам, с учетом наборов данных, методологии, используемых инструментов, достоинств и ограничений. Статьи содержат понятные графики и таблицы. Обнаружение опухолей головного мозга в значительной степени опирается на методы машинного обучения, такие как метод опорных векторов (SVM) и метод нечетких C-средних (FCM). Рекуррентные сверточные нейронные сети (RCNN), плотная сверточная нейронная сеть (DenseNet), сверточные нейронные сети (CNN), остаточная нейронная сеть (ResNet) и глубокие нейронные сети (DNN) — это методы DL, используемые для более эффективного обнаружения опухолей головного мозга. Методы DL и ML объединяются для разработки гибридных методов. Кроме того, приводится краткое описание различных этапов обработки изображений. Систематический обзор выявляет нерешенные проблемы и будущие цели для методов на основе DL и ML для обнаружения опухолей головного мозга. С помощью систематического обзора можно определить наиболее эффективный метод обнаружения опухолей головного мозга и использовать его для улучшения.
Обеспечение устойчивости маркирования цифровых аудиосигналов в условиях действия помех, различных преобразований и возможных атак является актуальной проблемой. Одним из наиболее используемых и достаточно устойчивых методов маркирования является метод лоскута. Его робастность обеспечивается применением расширяющих биполярных числовых последовательностей при формировании и внедрении маркера в цифровой аудиосигнал и корреляционного детектирования при обнаружении и извлечении маркерной последовательности. Анализ свойств биполярных последовательностей, реализуемых в методе лоскута, показал, что абсолютные значения величины отношения максимума автокорреляционной функции (АКФ) к её минимуму для расширяющих биполярных последовательностей и расширенных маркерных последовательностей, используемых при традиционном маркировании, с высокой точностью приближаются к 2. Это позволило сформулировать критерии для поиска специальных расширяющих биполярных последовательностей, обладающих улучшенными корреляционными свойствами и большей устойчивостью. В статье разработан математический аппарат для поиска и построения предельных расширяющих биполярных последовательностей, используемых при решении задачи робастного маркирования цифровых аудиосигналов по методу лоскута. Предельные биполярные последовательности определены как последовательности, у которых автокорреляционные функции обладают максимально возможными по абсолютному значению отношениями максимума к минимуму. Сформулированы и доказаны теоремы и следствия из них: о существовании верхней границы минимальных значений автокорреляционных функций предельных биполярных последовательностей и о значениях первого и второго лепестков АКФ. На этой основе дано строгое математическое определение предельных биполярных последовательностей. Разработаны метод поиска полного множества предельных биполярных последовательностей на основе рационального перебора и метод построения предельных биполярных последовательностей произвольной длины с использованием порождающих функций. Представлены результаты компьютерного моделирования по оценке значений абсолютной величины отношения максимума к минимуму автокорреляционной и взаимной корреляционных функций исследуемых биполярных последовательностей для слепого приема. Показано, что предложенные предельные биполярные последовательности характеризуются лучшими корреляционными свойствами в сравнении с традиционно используемыми биполярными последовательностями и обладают большей устойчивостью.
В статье рассматривается задача формирования цифровой тени процесса перемещения человека. Проведен анализ предметной области, который показал необходимость формализации процесса создания цифровых теней для имитации движений человека в виртуальном пространстве, тестировании программно-аппаратных комплексов, функционирующих на основе действий человека, а также в различных системах опорно-двигательной реабилитации. Выявлено, что среди существующих подходов к захвату движений человека нельзя выделить универсальный и стабильно работающий при различных условиях внешней среды. Разработан метод формирования цифровой тени на основе комбинирования и синхронизации данных из трех систем захвата движений (трекеры виртуальной реальности, костюм motion capture и камеры с использованием технологий компьютерного зрения). Объединение перечисленных систем позволяет получить комплексную оценку положения и состояния человека независимо от условий внешней среды (электромагнитные помехи, освещенность). Для реализации предложенного метода проведена формализация цифровой тени процесса перемещения человека, включающая описание механизмов сбора и обработки данных от различных систем захвата движений, а также этапы объединения, фильтрации и синхронизации данных. Научная новизна метода заключается в формализации процесса сбора данных о перемещении человека, объединении и синхронизации аппаратного обеспечения используемых систем захвата движений для создания цифровых теней процесса перемещения человека. Полученные теоретические результаты будут использоваться в качестве основы для программной абстракции цифровой тени в информационных системах для решения задач тестирования, имитации человека и моделирования его реакции на внешние раздражители за счет обобщения собранных массивов данных о его перемещении.
Получение из растрового изображения объектов в векторном виде необходимо во многих сферах. Существующие методы векторизации спутниковых снимков не обеспечивают нужной точности автоматизации. В данной области требуется применять ручной труд, но объём поступающей информации зачастую превышает скорость обработки. Поэтому необходимы новые подходы для решения подобного рода задач. В статье предложен метод векторизации объектов на снимках с использованием разложения изображения на топологические особенности, который разбивает изображение на отдельные связанные структуры и при дальнейшей работе опирается уже на них. В результате уже на этом этапе изображение разбивается на древовидную структуру. Данный метод уникален по своему образу работы и в корне отличается от традиционных способов векторизации снимков. Большинство методов работает с помощью пороговой бинаризации, и основной задачей для них становится подбор порогового коэффициента. Главной проблемой в таком случае становится ситуация, когда на изображении имеется несколько объектов, для которых необходим разный порог. Метод отходит от непосредственной работы с яркостной характеристикой в сторону анализа топологической структуры каждого объекта. Предлагаемый метод имеет корректное математическое обоснование, в основе которого лежит алгебраическая топология. На основе метода разработана геоинформационная технология для автоматической векторизации растровых снимков с целью поиска находящихся на нем объектов. Тестирование проводилось на спутниковых снимках с разных масштабов. Разработанный метод сравнивался со специальным инструментом для векторизации R2V и превзошел его по средней точности. Средний процент у автоматической векторизации предложенного метода составил 81%, а у полуавтоматического векторизующего модуля R2V – 73%.
В работе выполнен анализ современного состояния проблемы извлечения знаний из клинических рекомендаций, представленных в виде слабоструктурированных корпусов текстовых документов на естественном языке с учетом их периодического обновления. Рассматриваемые методы интеллектуального анализа накопленных массивов медицинских данных позволяют автоматизировать ряд задач, направленных на повышение качества медицинской помощи за счет значимой поддержки принятия решений в процессе диагностики и лечения. Выполнен обзор известных публикаций, освещающий подходы к автоматизации построения нейросетевых языковых моделей, онтологий и графов знаний в задачах семантического моделирования проблемно-ориентированного корпуса текстов. Представлена структурно-функциональная организация системы извлечения знаний и автоматического построения онтологии и графа знаний проблемно-ориентированного корпуса для конкретной предметной области. Рассмотрены основные этапы извлечения знаний и динамического обновления графа знаний: извлечение именованных сущностей, семантическое аннотирование, извлечение терминов, ключевых слов, тематическое моделирование, идентификация тем и извлечение отношений. Формализованное представление текстов получено с помощью предобученной модели-трансформера BERT. Использовано автоматическое выделение триплетов «объект»-«действие»-«субъект» на основе частеречной разметки корпуса текстов для построения фрагментов графа знаний. Проведен эксперимент на корпусе медицинских текстов заданной тематики (162 документа обезличенных историй болезни пациентов педиатрического центра) без предварительной разметки с целью проверки предложенного решения по извлечению триплетов и конструирования на их основе графа знаний. Анализ экспериментальных результатов подтверждает необходимость более глубокой разметки корпуса текстовых документов для учета специфики медицинских текстовых документов. Показано, что модели общего назначения не позволяют приблизиться по качеству выделения именованных сущностей к специализированным моделям, однако, позволяют предварительно разметить корпус для дальнейшей верификации и уточнения разметки (оценка F1-меры для модели общего назначения – 20,4% по сравнению с вариантом использования словаря – 16,7%). Для неразмеченного корпуса текстов предложенное решение демонстрирует удовлетворительную работоспособность ввиду выделения атомарных фрагментов, включаемых в автоматически формируемую онтологию.
В современных сетях передачи данных для постоянного мониторинга сетевого трафика и обнаружения в нем аномальной активности, а также идентификации и классификации кибератак, необходимо учитывать большое число факторов и параметров, включая возможные сетевые маршруты, времена задержки данных, потери пакетов и новые свойства трафика, отличающиеся от нормальных. Все это является побудительным мотивом к поиску новых методов и методик обнаружения кибератак и защиты от них сетей передачи данных. В статье рассматривается методика обнаружения аномалий и кибератак, предназначенная для использования в современных сетях передачи данных, которая основывается на интеграции методов фрактального анализа и машинного обучения. Методика ориентирована на выполнение в реальном или близком к реальному масштабе времени и включает несколько этапов: (1) выявления аномалий в сетевом трафике, (2) идентификации в аномалиях кибератак и (3) классификации кибератак. Первый этап реализуется с помощью методов фрактального анализа (оценки самоподобия сетевого трафика), второй и третий – с применением методов машинного обучения, использующих ячейки рекуррентных нейронных сетей с долгой краткосрочной памятью. Рассматриваются вопросы программной реализации предлагаемой методики, включая формирование набора данных, содержащего сетевые пакеты, циркулирующие в сети передачи данных. Представлены результаты экспериментальной оценки предложенной методики, полученные с использованием сформированного набора данных. Результаты экспериментов показали достаточно высокую эффективность предложенной методики и разработанных для нее решений, позволяющих осуществлять раннее обнаружение как известных, так и неизвестных кибератак.
В статье решается задача верификации разливов нефти на водных поверхностях рек, морей и океанов по оптическим аэрофотоснимкам с использованием методов глубокого обучения. Особенностью данной задачи является наличие визуально похожих на разливы нефти областей на водных поверхностях, вызванных цветением водорослей, веществ, не приносящих экологический ущерб (например, пальмовое масло), бликов при съемке или природных явлений (так называемые «двойники»). Многие исследования в данной области основаны на анализе изображений, полученных от радаров с синтезированной апертурой (Synthetic Aperture Radar (SAR) images), которые не обеспечивают точной классификации и сегментации. Последующая верификация способствует сокращению экологического и материального ущерба, а мониторинг размеров площади нефтяного пятна используется для принятия дальнейших решений по устранению последствий. Предлагается новый подход к верификации оптических снимков как задачи бинарной классификации на основе сиамской сети, когда фрагмент исходного изображения многократно сравнивается с репрезентативными примерами из класса нефтяных пятен на водных поверхностях. Основой сиамской сети служит облегченная сеть VGG16. При превышении порогового значения выходной функции принимается решение о наличии разлива нефти. Для обучения сети был собран и размечен собственный набор данных из открытых интернет-ресурсов. Существенной проблемой является несбалансированность выборки данных по классам, что потребовало применения методов аугментации, основанных не только на геометрических и цветовых манипуляциях, но и на основе генеративной состязательной сети (Generative Adversarial Network, GAN). Эксперименты показали, что точность классификации разливов нефти и «двойников» на тестовой выборке достигает значений 0,91 и 0,834 соответственно. Далее решается дополнительная задача семантической сегментации нефтяного пятна с применением сверточных нейронных сетей (СНС) типа кодировщик-декодировщик. Для сегментации исследовались три архитектуры глубоких сетей, а именно U-Net, SegNet и Poly-YOLOv3. Лучшие результаты показала сеть Poly-YOLOv3, достигнув точности 0,97 при среднем времени обработки снимка 385 с веб-сервисом Google Colab. Также была спроектирована база данных для хранения исходных и верифицированных изображений с проблемными областями.
Сложность современных объектов с перестраиваемой структурой приводит к необходимости учета различных факторов взаимодействия их с окружающей средой и связана с увеличением числа входящих в их состав элементов и подсистем, а также, соответственно, стремительным ростом числа внутренних связей, и проявляется в таких аспектах, как структурная сложность, сложность функционирования, сложность выбора поведения, сложность моделирования и сложность развития. Данные системы функционируют в условиях существенной неопределённости, связанной с изменением содержания целей и задач, стоящих перед объектом, воздействием возмущающих факторов со стороны внешней среды и имеющих целенаправленный и/или нецеленаправленный характер. Указанные аспекты сложности системы связаны не только с неопределенными воздействиями внешней среды, но и с множеством различных режимов (видов) функционирования, соответствующих множественности решаемых задач и множественности показателей качества их решения. Как правило, системы с фиксированной структурой, настраиваемые обычно на установившийся (какой-то заданный) режим, не обеспечивают наилучшего качества управления в других режимах. Поэтому многорежимность и неопределенность условий функционирования обуславливают необходимость решения проблемы анализа и синтеза конфигурации и реконфигурации рассматриваемых объектов, основанных на интеллектуальных подходах. При этом на этапах создания и проектирования объектов с перестраиваемой структурой должны быть синтезированы такие взаимосвязанные множества режимов функционирования и структур, а также, возможно, внесён такой уровень избыточности в указанные множества с учетом пространственно-временных, технических и технологических ограничений, при которых на этапе их применения по целевому назначению имелась бы возможность гибко реагировать на все расчётные и нерасчётные нештатные ситуации, вызывающие структурные изменения объекта. С формальной точки зрения, решение указанных задач возможно в рамках такого важнейшего класса современных научно-технических задач, как задачи многокритериального структурно-функционального синтеза конфигураций многорежимных объектов на различных этапах их жизненного цикла. В настоящей статье приведен метод решения указанных задач, основанный на предложенной авторами концепции параметрического генома сложных многорежимных объектов. Применение данной концепции позволяет в концентрированном виде хранить явные и неявные знания экспертов о взаимодействии элементов и подсистем объекта при выполнении различных вариантов реализации режимов функционирования, а также осуществлять оперативное вычисление значений оптимистических и пессимистических оценок показателей структурно-функциональной надежности однородных/неоднородных, монотонных/немонотонных, равноценных/неравноценных многорежимных объектов. Для решения задачи многокритериального выбора требуемого количества недоминируемых вариантов конфигураций многорежимного объекта, равномерно расположенных в множестве эффективных (паретовских) альтернатив, была предложена комбинация метода интервального лексикографического упорядочения (последовательных уступок) и операторного решающего правила. При этом для проведения детального анализа возможности реализации объектом совместного или раздельного задействования режимов функционирования с равноценной или неравноценной интенсивностью их применения было предложено нечетко-возможностное представление обобщенного показателя структурно-функциональной надежности в виде трапециевидного числа и определения его центра тяжести. Эффективность использования разработанного метода структурно-параметрического синтеза конфигураций многорежимного объекта с перестраиваемой структурой проиллюстрирована на примере решения задачи структурно-параметрического синтеза конфигураций системы управления движением малого космического аппарата «Аист-2Д».
В работе исследованы структурные зависимости рабочих выходов логических комбинационных схем с целью последующей идентификации вида возможных ошибок. Приведены виды возникающих ошибок и классификация рабочих выходов логических комбинационных схем. Показано, что наличие внутренней структурной связи дискретных устройств приводит к увеличению кратности возможных ошибок. Приводится условие определения функциональной зависимости выходов от проявления ошибок исследуемой кратности. Отмечено, что из множества видов ошибок, на выходах схем могут проявляться однонаправленные (монотонные) ошибки. Приведен известный метод определения монотонно зависимых рабочих выходов дискретных устройств и указан его недостаток, заключающийся в необходимости только попарного сравнения каждого выхода с остальными из целого множества. Для удобства процесса поиска подобных выходов автором статьи предложен новый метод идентификации монотонно зависимых рабочих выходов, отличающийся от известных методов тем, что данный метод применим для любого числа выходов, что требует значительно меньшего времени для поиска вышеприведенных выходов. Показано, что логические комбинационные схемы могут обладать функциональными особенностями, при которых на рабочих выходах могут проявляться только монотонные ошибки. Следовательно, предложен новый метод идентификации любого числа монотонно независимых рабочих выходов комбинационных схем. Показано, что предлагаемые в статье методы поиска монотонно зависимых и монотонно независимых выходов логических комбинационных схем требуют выполнения несложных математических вычислений. В программной среде Multisim смоделированы внутренние неисправности диагностируемых схем и зафиксированы все возможные ошибки на рабочих выходах. По результатам экспериментов также подтверждена справедливость полученных теоретических результатов.
В статье рассматриваются основные методы решения проблемы малых наборов обучающих данных для создания автоматических систем распознавания речи для так называемых малоресурсных языков. Рассматривается понятие малоресурсных языков и формулируется рабочая дефиниция на основании ряда работ по этой тематике. Определены основные трудности, связанные с применением классических схем автоматического распознавания речи к материалу малоресурсных языков, и очерчен круг основных методов, использующихся для решения обозначенных проблем. В статье подробно рассматриваются методы аугментации данных, переноса знаний и сбора речевого материала. В зависимости от конкретной задачи, выделяются методы аугментации аудиоматериала и текстовых данных, переноса знаний и мультизадачного обучения. Отдельный раздел статьи посвящен существующему информационному обеспечению, базам данных и основным принципам их организации с точки зрения работы с малоресурсными языками. Делаются выводы об оправданности методов аугментации данных и переноса знаний для языков с минимальным информационным обеспечением. В случае полного отсутствия данных для конкретного языка и родительских моделей структурно схожих языков предпочтительным вариантом является сбор новой базы данных, в том числе, при помощи краудсорсинга. Многозадачные модели переноса знаний оказываются эффективными в том случае, если исследователь располагает набольшими наборами данных. Если доступны данные по языку с достаточными ресурсами, предпочтительной является работа с языковой парой. Сделанные в результате данного обзора выводы в дальнейшем предполагается применить при работе с малоресурсным карельским языком, для которого авторы статьи создают систему автоматического распознавания речи.
Развитие технологий секвенирования следующего поколения (NGS) внесло существенный вклад в тенденции снижения затрат и получения массивных данных секвенирования. В Институте аналитического приборостроения РАН разрабатывается аппаратно-программный комплекс (АПК) для расшифровки последовательности нуклеиновых кислот методом массового параллельного секвенирования (Нанофор СПС). Алгоритмы обработки изображений, входящие в состав АПК, играют существенную роль в решении задач расшифровки генома. Финальной частью такого предварительного анализа сырых данных является процесс base-calling. Base-calling — это процесс определения нуклеотидного основания, которое генерирует соответствующее значение интенсивности в каналах флуоресценции для различных длин волн на кадрах изображения проточной ячейки для различных циклов секвенирования методом синтеза. Приведен обширный анализ различных подходов к решению задач base-calling и сводка распространенных процедур, доступных для платформы Illumina. Рассмотрены различные химические процессы, включенные в технологию секвенирования методом синтеза, вызывающие смещения в значениях регистрируемых интенсивностей, включая эффекты фазирование / префазирование (phasing/prephasing), затухания сигнала (signal decay) и перекрестные помехи (cross-talk). Определена обобщённая модель, в рамках которой рассматриваются возможные реализации. Рассмотрены возможные подходы машинного обучения (machine learning) для создания и оценки моделей, реализующих этап обработки base-calling. Подходы ML принимают различные формы, включая обучение без учителя (unsupervised), обучение с ча-стичным привлечением учителя (semi-supervised), обучение с учителем (supervised). В работе показана возможность применения различных алгоритмов машинного обучения на основе платформы Scikit-learn. Отдельной важной задачей является оптимальное выделение признаков, выделенных в обнаруженных кластерах на проточной ячейке для машинного обучения. Наконец, на ряде данных секвенирования для приборов MiSeq Illumina и Нанофор СПС показана перспективность метода машинного обучения для решения задачи base-calling.
Рассматривается задача уменьшения вычислительной сложности методов выделения контуров на изображениях. Решение поставленной задачи достигается модификацией детектора Канни двумя нечетко-логическими методами, позволяющими сократить число проходов по исходному изображению: в-первом случае, путем исключения двух проходов, связанных с определением наличия соседства претендующего на границу пикселя со смежными в рамке размером 3´3, а во-втором случае, исключением операции определения угла направления градиента путем формирования данной величины комбинацией нечетких правил. Целью работы является уменьшение времени детектирования границ объектов на фото- видео-изображениях, за счет уменьшения вычислительной сложности применяемых методов. Интеллектуализация процесса детектирования границ осуществляется частичным повтором вычислительных операций, используемых в детекторе Канни, с дальнейшей заменой наиболее сложных вычислительных процедур. В предлагаемых методах после определения величины градиента и угла его направления осуществляется фаззификация восьми входных переменных, в качестве которых используется разность градиентов между центральной и смежными ячейками в рамке размером 3´3. Затем строится база нечетких правил. В первом методе в зависимости от угла направления градиента используются четыре нечетких правила и исключается один проход. Во втором методе шестнадцать нечетких правил сами задают угол направления градиента, при этом исключается два прохода вдоль изображения. Разность градиентов между центральной ячейкой и смежными ячейками позволяет учитывать форму распределения градиента. Затем на основе метода центра тяжести осуществляется дефаззификация результирующей переменной. Дальнейшее использование нечетких a-срезов позволяет осуществить бинаризацию результирующего изображения с выделением на нем границ объектов. Для оценки вычислительной скорости работы предложенных нечетких методов детектирования границ в среде Microsoft Visual Studio было разработано программное обеспечение. Представленные экспериментальные результаты показали, что уровень шума зависит от величины a-среза и параметров меток трапециевидных функций принадлежности. Ограничением двух методов является использование кусочно-линейных функций принадлежности. Экспериментальные исследования работоспособности предложенных методов детектирования контуров показали, что время первого нечеткого метода на 18% быстрее по сравнению с детектором Канни и на 2 % по отношению ко второму нечеткому методу. Однако при визуальной оценке установлено, что второй нечеткий метод лучше определяет границы объектов.
Современные методы решения задач планирования выполнения пакетов заданий в многостадийных системах характеризуются наличием ограничений на их размерность, невозможностью гарантированного получения лучших результатов в сравнении с фиксированными пакетами при различных значениях входных параметров задачи. В статье автором решена задача оптимизации составов пакетов заданий, выполняющихся в многостадийных системах, с использованием метода ветвей и границ. Проведены исследования различных способов формирования порядков выполнения пакетов заданий в многостадийных системах (эвристических правил упорядочивания пакетов заданий в последовательностях их выполнения на приборах МС). Определен способ упорядочивания пакетов в последовательностях их выполнения (эвристическое правило), обеспечивающий минимизацию общего времени реализации действий с ними на приборах. На основе полученного правила сформулирован способ упорядочивания типов заданий, в соответствии с которым их пакеты рассматриваются в процедуре метода ветвей и границ. Построена математическая модель процесса реализации действий с пакетами на приборах системы, которая обеспечивает вычисление его параметров. Выполнено построение метода формирования всех возможных решений по составам пакетов заданий для заданного их количества. Решения по составам пакетов заданий разных типов интерпретируются в процедуре метода ветвей и границ с целью построения оптимальной их комбинации. Для реализации метода ветвей и границ сформулирована процедура ветвления (разбиения), предполагающая формирование подмножеств решений, включающих пакеты разных составов заданий одного типа. Построены выражения для вычисления нижних и верхних оценок значений критерия оптимизации составов пакетов для сформированных в процедуре ветвления подмножеств. Процедура отсева предполагает исключение подмножеств, нижняя оценка которых не меньше рекорда. Для поиска оптимальных решений применена стратегия поиска в ширину, предусматривающая исследование всех подмножеств решений, включающих различные пакеты заданий одного типа, полученных в результате процедуры разбиения подмножеств заданий, не исключенных из рассмотрения после реализации процедуры отсева. Разработанные алгоритмы реализованы программно, что позволило получить результаты планирования выполнения пакетов заданий в многостадийной системе, являющиеся в среднем на 30 % лучшими, чем для фиксированных пакетов.
В данной работе рассмотрены вопросы реализации методов защиты беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) от атак спуфинга глобальной системы позиционирования (GPS), для обеспечения безопасной навигации. Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) широко используется для определения местоположения БПЛА и на сегодняшний день является самым популярным навигационным решением. Это связано с простотой и относительно невысокой стоимостью данной технологии, а также точностью передаваемых координат. Тем не менее, существует множество угроз безопасности GPS-навигации. Это в первую очередь связано с природой сигнала GPS, т.к. сигнал передается в открытом виде, поэтому злоумышленник может заблокировать или подделать его. В данном исследовании проведен анализ существующих методов защиты GPS. В рамках исследования был разработан экспериментальный стенд и сценарии атак на систему GPS БПЛА. Далее были собраны данные из журнала полетов БПЛА и проведен анализ кибер-физических параметров, чтобы увидеть влияние атаки на показания бортовых датчиков. Исходя из этого, был предложен новый метод обнаружения аномалий БПЛА, основанный на анализе изменений внутренних параметров БПЛА. Этот метод самодиагностики позволяет БПЛА самостоятельно оценивать наличие изменений в его подсистемах, и выявлять признаки кибератаки. Для выявления атаки БПЛА собирает данные об изменении кибер-физических параметров на протяжении определенного периода времени, затем обновляет эти данные. В результате БПЛА необходимо определить степень различий между двумя временными рядами собранных данных. Чем больше будет степень различий между обновленными данными и предыдущими, тем больше вероятность того, что на БПЛА проводится атака.
Энергоемкость аккумуляторов, применяемых в качестве основного источника питания в мобильных робототехнических средствах, определяет время автономной работы робота. Для планирования выполнения группой робототехнических средств задач с точки зрения затрат времени актуально учитывать время, в течение которого заряжается аккумулятор каждого отдельного робота. При использовании беспроводной передачи энергии это время зависит от эффективности системы передачи энергии, а также от мощности передающей части системы, необходимой для пополнения энергоемкости. В настоящей работе предлагается метод оценки времени передачи энергетических ресурсов между двумя роботами с учетом данных параметров. Предлагаемый метод учитывает применение алгоритма конечного позиционирования роботов, оценку линейных смещений между роботами, включает вычисление эффективности, а также определение времени подзарядки с учетом параметров, полученных на предыдущих этапах метода. Алгоритм конечного позиционирования роботов использует алгоритмы обработки данных системы технического зрения робота для поиска реперных маркеров и определения их пространственных характеристик для обеспечения конечного позиционирования мобильных робототехнических платформ. Данные характеристики также применяются для определения линейных смещений между роботами, от которых зависит эффективность передачи энергии. Для ее определения в методе используется математическая модель энергетических характеристик системы беспроводной передачи энергии и полученные линейные смещения. На последнем этапе метода вычисляется время подзарядки аккумулятора мобильного робота с учетом данных с предыдущих этапов. Применение предложенного метода для моделирования позиционирования роботов в некотором наборе точек рабочего пространства позволит уменьшить временные затраты на зарядку аккумулятора робота при использовании беспроводной передачи энергии. В результате моделирования было определено, что передача энергетических ресурсов между роботами происходило с эффективностью в диапазоне от 58,11% до 68,22%, а также из 14 точек позиционирования были определены 3 с наименьшим временем передачи энергии.
Анализ применения технологии умный дом указывает на недостаточный уровень управляемости его инфраструктурой, что приводит к избыточному потреблению энергетических и информационных ресурсов. Проблема управления цифровой инфраструктурой жилого пространства человека, связана с большим числом узкоспециализированных решений по домашней автоматизации, которые усложняют процесс управления. Умный дом рассматривается как множество независимых киберфизических устройств направленных на достижение своей цели. Для согласованной работы киберфизических устройств предлагается обеспечивать их совместную работу через единый информационный центр. Моделирования режимов работы устройств в цифровой среде сохраняет ресурс физических устройств, производя виртуальный расчет для всевозможных вариантов взаимодействия устройств между собой и физической средой. Разработана методика управления микроклиматом умного дома с применением ансамбля нечетких искусственных нейронных сетей, на примере совместного использования кондиционера, вентиляции и отопления. Алгоритм работы нейронной сети позволяет контролировать параметры состояния физической среды, прогнозировать режимы работы киберфизических устройств и формировать сигналы управления для каждого из них, обеспечивая совместную работу устройств с минимальным ресурсопотреблением и информационным трафиком. Предложен вариант практической реализации системы управления микроклиматом умного дома на примере многофункционального учебного компьютерного класса. Разработаны гибридные нейронные сети систем кондиционирования, вентиляции и отопления. Произведено тестирование работы системы управления микроклиматом многофункциональной аудитории университета с применением гибридных нейронных сетей, в качестве устройства управления использован программируемый логический контроллер отечественного производства. Целью управления на основе взаимодействующих киберфизических устройств является достижения минимума используемой мощности и информационного трафика при их совместной работе.
Рассматривается задача обнаружения аномальных документов в текстовых коллекциях. Существующие методы выявления аномалий не универсальны и не показывают стабильный результат на разных наборах данных. Точность результатов зависит от выбора параметров на каждом из шагов алгоритма, и для разных коллекций оптимальны различные наборы параметров. Не все из существующих алгоритмов обнаружения аномалий эффективно работают с текстовыми данными, векторное представление которых характеризуется большой размерностью при сильной разреженности. Задача поиска аномалий рассматривается в следующей постановке: требуется проверить новый документ, загружаемый в прикладную интеллектуальную информационную систему (ПИИС), на соответствие хранящейся в ней однородной коллекции документов. В ПИИС, обрабатывающих юридически значимые документы, на методы обнаружения аномалий накладываются следующие ограничения: высокая точность, вычислительная эффективность, воспроизводимость результатов, а также объяснимость решения. Исследуются методы, удовлетворяющие этим условиям. В работе изучается возможность оценки текстовых документов по шкале аномальности путем внедрения в коллекцию заведомо инородного документа. Предложена стратегия обнаружения в документе новизны по отношению к коллекции, предполагающая обоснованный подбор методов и параметров. Показано, как на точность решения влияет выбор вариантов векторизации, принципов токенизации, методов снижения размерности и параметров алгоритмов поиска аномалий. Эксперимент проведен на двух однородных коллекциях нормативно-технических документов: стандартов в отношении информационных технологий и в сфере железных дорог. Использовались подходы: вычисление индекса аномальности как расстояния Хеллингера между распределениями близости документов к центру коллекции и к инородному документу; оптимизация алгоритмов поиска аномалий в зависимости от методов векторизации и снижения размерности. Векторное пространство строилось с помощью преобразования TF-IDF и тематического моделирования ARTM. Тестировались алгоритмы Isolation Forest (изолирующий лес), Local Outlier Factor (локальный фактор выброса), OneClass SVM (вариант метода опорных векторов). Эксперимент подтвердил эффективность предложенной оптимизационной стратегии для определения подходящего метода обнаружения аномалий для заданной текстовой коллекции. При поиске аномалии в рамках тематической кластеризации юридически значимых документов эффективен метод изолирующего леса. При векторизации документов по TF-IDF целесообразно подобрать оптимальные параметры словаря и использовать метод опорных векторов с соответствующей функцией преобразования признакового пространства.
Рассматривается процедура корректировки траектории движения робототехнической платформы (РТП) на плоскости с целью снижения вероятности её поражения/обнаружения в поле конечного числа источников-репеллеров. Каждый из таких источников описан математической моделью некоторого фактора противодействия целостности или скрытности РТП. Указанная процедура основана, с одной стороны, на понятии характерной вероятностной функции системы источников-репеллеров, позволяющем оценивать степень влияния этих источников на движущуюся РТП. Из этого понятия вытекает используемая здесь в качестве показателя оптимизации целевой траектории вероятность её успешного прохождения. С другой стороны, эта процедура базируется на решении локальных оптимизационных задач, позволяющих корректировать отдельные участки исходной траектории с учетом нахождения в их окрестностях конкретных источниковрепеллеров с заданными параметрами. Каждый из таких источников характеризуется потенциалом, частотой воздействия, радиусом действия и параметрами спада поля. Корректировка траектории происходит итерационно и учитывает целевое значение вероятности прохождения. Основным ограничением на вариацию исходной траектории является максимально допустимое отклонение измененной траектории от исходной. Если такого ограничения нет, то задача может потерять смысл, поскольку тогда можно выделить область, охватывающую все препятствия и источники, и обойти её по периметру. Поэтому осуществляется поиск такого локального экстремума, который соответствует допустимой кривой в смысле указанного ограничения. Предлагаемая в настоящей работе итерационная процедура позволяет проводить поиск соответствующих локальных максимумов вероятности прохождения РТП в поле нескольких произвольно расположенных и ориентированных источников в некоторой окрестности исходной траектории. Вначале ставится и решается задача оптимизации траектории при условии движения в поле одного источника с областью действия в виде кругового сектора, затем полученный результат распространяется на случай нескольких аналогичных источников. Основной проблемой исследования является выбор общего вида функционала в каждой точке исходной кривой, а также его коэффициентов настройки. Показано, что выбор этих коэффициентов настройки есть адаптивная процедура, входными переменными которой являются характерные геометрические величины, описывающие текущую траекторию в поле источников. Для устранения осцилляций, возникающих вследствие локальности предлагаемой процедуры, применяются стандартные процедуры медианного сглаживания. Результаты моделирования показывают высокую эффективность предложенной процедуры для корректировки ранее спланированной траектории.
Предложен гибридный метод обучения сверточных нейронных сетей. Метод заключается в объединении методов второго и первого порядка для разных элементов архитектуры сверточной нейронной сети. Гибридный метод обучения сверточных нейронных сетей позволяет добиваться значительно лучшей сходимости по сравнению с методом обучения сверточных нейронных сетей «Adam» и требует меньше вычислительных операций для реализации. Рассматриваемый метод применим для обучения сетей, на которых происходит паралич обучения при использовании методов первого порядка. Более того, предложенный метод обладает способностью подстраивать свою вычислительную сложность под аппаратные средства, на которых производится вычисление, вместе с тем гибридный метод позволяет использовать подход обучения мини-пакетов. Приведен анализ соотношения вычислений между сверточными нейронными сетями и полносвязными искусственными нейронными сетями. Рассмотрен математический аппарат оптимизации ошибки искусственных нейронных сетей, включающий в себя метод обратного распространения ошибки, алгоритм Левенберга-Марквардта. Проанализированы основные ограничения данных методов, возникающие при обучении сверточной нейронной сети. Проведен анализ устойчивости предлагаемого метода при изменении инициализирующих параметров. Приведены результаты применимости метода в различных задачах.
Предлагается новый быстрый метод регистрации движения глаз в режиме реального времени на основе исследования гранично-ступенчатой модели полутонового изображения оператором Лапласиан – Гауссиана и нахождения нового предложенного дескриптора накопленных разностей (идентификатора точек), который отображает меру равноудаленности каждой точки от границ некоторой относительно монотонной области (например, зрачок глаза). Работа данного дескриптора исходит из предположения о том, что зрачок в кадре является наиболее округлой монотонной областью, имеющей высокий перепад яркости на границе, пиксели области должны иметь интенсивность меньше заранее заданного порога (но при этом зрачок может не являться самой темной областью на изображении). Учитывая все вышеперечисленные характеристики зрачка, дескриптор позволяет достичь высокой точности детектирования его центра и размера в отличии от методов, основанных на пороговой сегментации изображения, опирающихся на предположение о зрачке как наиболее темной области, морфологических методов (рекурсивная морфологическая эрозия), корреляционных или методов, исследующих только граничную модель изображения (преобразование Хафа и его вариации с двумерным и трехмерным пространствами параметров, алгоритм Starburst, Swirski, RANSAC, ElSe). Исследована возможность представления задачи трекинга зрачка как задачи многомерной оптимизации и ее решение неградиентным методом Хука –Дживса, где в качестве целевой функции выступает функция, выражающая дескриптор. При этом отпадает необходимость в вычислении дескриптора каждой точки изображения (составления специальной аккумуляторной функции), что значительно ускоряет работу метода. Проведен анализ предложенных дескриптора и метода, а также разработан программный комплекс на языке Python 3 (визуализация) и C++ (ядро трекинга) в лаборатории физико-математического факультета Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга, позволяющий иллюстрировать работу метода и осуществлять трекинг зрачка в режиме реального времени.
В современных условиях в сфере создания и применения существующих и перспективных космических средств (КСр) приобретают особую актуальность вопросы автономности и живучести при разработке и эксплуатации маломассоразмерных космических аппаратов (МКА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Специфика МКА заключается в том, что к процессу их создания трудно напрямую применить стандартную практику использования системы обеспечения надежности, принятую в ракетно-космической промышленности, из-за отсутствия возможности обеспечить полное структурное резервирование его бортовых систем (БС), связанное с массового-габаритными и другими ограничениями. В этом случае особую актуальность приобретают задачи разработки модельно-алгоритмических способов и подходов к обеспечению требуемого уровня показателей структурной надежности, живучести и, в целом, эффективности функционирования БС МКА. Проблема повышения уровня показателей автономности, живучести, эффективности функционирования сложных технических объектов (СТО), к которым, в частности, относятся МКА, в научной литературе рассматривается в совокупности с решением задач контроля, оценивания и технического диагностирования состояния СТО, проведения реконфигурации (структурной, функциональной, структурно-функциональной) структур СТО, управления ее резервами, альтернативного и многорежимного управления, анализа отказоустойчивости и катастрофоустойчивости СТО. Однако, все перечисленные исследования носят разрозненный и разобщенный характер как на методологическом, так и методическом и технологическом уровнях. В статье приводится обобщенное описание разработанных авторами комбинированных методов и алгоритмов решения задач синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС для повышения живучести МКА. При этом данные задачи и решаются не изолировано, а комплексно в рамках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой МКА с использованием, либо без использования средств НКУ, что обеспечивает оперативность, обоснованность, полноту, замкнутость и непротиворечивость синтезируемых управленческих решений. Новизна предложенного в статье подхода состоит в том, что ее авторы, базируясь на сформулированных ими концепциях комплексного (системного) моделирования, проактивного управления структурной динамикой БС МКА, а также интеллектуализации процессов проактивного управления БС МКА, разработали методы и алгоритмы синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС МКА, обеспечивающие, во-первых, ситуационный выбор оптимальной последовательности выполнения операций и распределения ресурсов МКА с использованием и без использования средств НКУ, и, во-вторых, эффективное парирование не только расчетных, но и нерасчетных аварийных полетных ситуаций (АПС), а также оперативное восстановление работоспособности его БС. Конструктивность предложенного подхода иллюстрируется на примере решения задачи гибкого перераспределения задач обработки информации между БС МКА и НКУ МКА.
Рассматриваются наиболее перспективные методы классификации электроэнцефалографических сигналов при разработке неинвазивных интерфейсов мозг–компьютер и теоретических подходов для успешной классификации электроэнцефалографических паттернов. Приводится обзор работ, использующих для классификации риманову геометрию, методы глубокого обучения и различные варианты предобработки и кластеризации электроэнцефалографических сигналов, например общего пространственного фильтра. Среди прочих подходов предобработка электроэнцефалографических сигналов с применением общего пространственного фильтра часто используется как в офлайн, так и в онлайн режимах. Согласно исследованиям последних лет сочетание общего пространственного фильтра, линейного дискриминантного анализа, метода опорных векторов и нейронной сети с обратным распространением ошибки позволило достигнуть 91% точности при двухклассовой классификации с обратной связью в виде управления экзоскелетом. Исследований по использованию римановой геометрии в условиях онлайн очень мало, и на данный момент наилучшая точность при двухклассовой классификации составляет 69,3%. При этом в офлайн тестировании средний процент классификации в рассмотренных статьях для подходов с применением общего пространственного фильтра – 77,5±5,8%, сетей глубокого обучения – 81,7±4,7%, римановой геометрии – 90,2±6,6%. За счет нелинейных преобразований методы, основанные на римановой геометрии, а также на применении глубоких нейронных сетей сложной архитектуры, обеспечивают большую точность и способность к извлечению полезной информации из сигнала по сравнению с линейным преобразованием общего пространственного фильтра. Однако в условиях реального времени важна не только точность, но и минимальная временная задержка. Здесь преимущество может быть за подходами с использованием преобразования общего пространственного фильтра и римановой геометрии с временной задержкой менее 500 мс.
данные на основе встраивания растровых цифровых водяных знаков. Метод сочетает оригинальные авторские идеи, а именно: подход к встраиванию скрытой защитной информации в графические данные, не искажающей координатную информацию векторных объектов, и синтез шумоподобных изображений, выступающих в качестве контейнера для битовой последовательности цифровых водяных знаков. Шумоподобный сигнал кодирует биты цифровых водяных знаков в виде синусоидальных функций и таким образом отображает бинарную последовательность в растровое изображение, непосредственно встраиваемое в защищаемые данные. Применение шумоподобных сигналов в качестве цифровых водяных знаков значительно упрощает процедуру верификации, а также позволяет обеспечить устойчивость скрытой битовой последовательности при различных искажениях изображения цифровых водяных знаков, в том числе при интерполяции.
Целью экспериментальных исследований являлась оценка достижимой вероятности правильного извлечения двоичной последовательности цифровых водяных знаков при различных параметрах и условиях встраивания.
Исследование информационной емкости показало, что потенциальный объем информации, встраиваемый в каждый полигон без искажения битовой последовательности цифровых водяных знаков, зависит от типа карты, а именно от количества вершин, составляющих каждый полигон.
Проведено экспериментальное исследование стойкости полученного метода к потенциально возможным преобразованиям, направленным на злоумышленное удаление цифровых водяных знаков из векторной карты. Разработанный метод демонстрирует стойкость к аффинным преобразованиям, кадрированию, добавлению, удалению и переупорядочиванию вершин/объектов, и может применяться в качестве решения задачи защиты авторских прав на векторные данные.
Проведен анализ качества метода по критериям точности, стойкости, информационной емкости, вычислительной сложности. Результаты всех проведенных исследований подтверждают возможность использования и эффективность предложенного метода защиты векторных картографических данных, а также его преимущества перед существующими методами встраивания цифровых водяных знаков.
Описание логической и физической структуры сети необходимо для решения многих задач сетевого управления. Автоматизация построения такого описания осложнена возможностью неполноты и некорректности исходных данных о структуре сети, получаемых из стандартных источников. В данной статье приводится исследование свойств неполных исходных данных о связях сетевых устройств на канальном уровне. Для этого вводятся графовые модели структуры канального уровня в присутствии виртуальных локальных сетей, формализуется задача дополнения исходных данных. Приводятся методы обобщённой обработки разнородных исходных данных о канальном уровне. В работе описываются модели и методы выведения части отсутствующих данных, а также условие, при котором исходные данные могут позволить построить единственное правильное описание структуры сети. Статья включает методы определения в исходных данных некорректных элементов и ситуаций, при которых возможно несколько решений задачи описания структуры сети. Приводятся алгоритмы построения описания структуры сети при неполных данных, когда их можно и нельзя восполнить до необходимого объема, методы разрешения неоднозначности во входных данных и методы исправления некорректных данных. Проведённые вычислительные испытания методов на сгенерированных данных и в реальных сетях показывают их применимость и эффективность в сетях различных структур и со смешанным набором производителей оборудования. Также, показывается преимущество перед разработанными ранее аналогичными методами: способность дополнить до 99% данных о связях на канальном уровне за полиномиальное время, возможность получения точного решения при неоднозначности исходных данных.
Рассматривается задача нахождения минимального по размеру множества атрибутов, используемых для распределения многомерных объектов по классам, например на основе деревьев решений. Задача имеет важное значение при разработке высокопроизводительных и точных классифицирующих систем. Приведен краткий сравнительный обзор известных методов. Задача сформулирована как отыскание минимального (взвешенного) покрытия на различающей 0,1-матрице, которая служит для описания возможности атрибутов разделять пары объектов из разных классов. Приведено описание способа построения различающей матрицы. Сформулированы и решены на основе общего разрешающего принципа групповых резолюций следующие варианты задачи: отыскание минимального по размеру множества атрибутов на заданном входном наборе данных; отыскание минимального по размеру множества атрибутов с минимальным суммарным весом атрибутов (в качестве весов атрибутов можно использовать величины, определяемые на основе известных алгоритмов, например на основе метода RELIEF); нахождение оптимального взвешенного нечеткого покрытия для случая, когда элементы различающей матрицы принимают значения в диапазоне [0,1]; определение статистически оптимального покрытия различающей матрицы (например, для входных наборов данных больших размеров). Статистически оптимальный алгоритм позволяет ограничить время решения полиномом от размеров задачи и плотности единичных элементов в различающей матрице и при этом обеспечить близкую к единице вероятность отыскания точного решения.
Таким образом, предлагается общий подход к определению минимального по размеру множества атрибутов, учитывающий различные особенности в постановке задачи, что отличает данный подход от известных. Изложение содержит многочисленные иллюстрации с целью придать ему максимальную ясность. Ряд теоретических положений, приводимых в статье, основывается на ранее опубликованных результатах. В заключительной части представлены результаты экспериментов, а также сведения о сокращении размерности задачи о покрытии для больших массивов данных. Отмечаются некоторые перспективные направления изложенного подхода, включая работу с неполными и качественными данными, интегрировании управляющей модели в систему классификации данных.
Анализ сетей разнообразной природы, которыми являются сети цитирования, а также социальные или информационно-коммуникационные сети, включает изучение топологических свойств, позволяющих оценивать взаимосвязи между узлами сети и различные характеристики, такие как плотность и диаметр сети, связанные подгруппы узлов и тому подобное. Для этого сеть представляется в виде графа – совокупности вершин и ребер между ними. Одной из важнейших задач анализа сетей является оценивание значимости узла (или в терминах теории графов – вершины). Для этого разработаны различные меры центральности, позволяющие оценить степень значимости вершин сетевого графа в структуре рассматриваемой сети.
Существующее многообразие мер центральности порождает проблему выбора той, которая наиболее полно описывает значимость центральность узла.
Актуальность работы обусловлена необходимостью анализа мер центральности для определения значимости вершин, что является одной из основных задач изучения сетей (графов) в практических приложениях.
Проведенное исследование позволило с использованием метода главных компонент среди известных мер центральности выявить коллинеарные меры, которые в дальнейшем можно исключать из рассмотрения. Это позволяет уменьшить вычислительную сложность расчетов, что особенно важно для сетей с большим числом узлов, и повысить достоверность интерпретации получаемых результатов при оценивании значимости узла в рамках анализируемой сети при решении практических задач.
Выявлены закономерности представления различных мер центральности в пространстве главных компонент, что позволяет классифицировать их с точки зрения близости образов узлов сети, формируемых в определяемом применяемыми мерами центральности пространстве.
Проанализированы предложенные ранее исследователями рекомендации по применению методов многомерного оценивания объектов. Отмечена слабая обоснованность этих рекомендаций, следующая из поверхностной систематизации методов многомерного оценивания. Рекомендации ориентированы не на классы задач многомерного оценивания объектов, а на различные области человеческой деятельности. Однако в каждой сфере человеческой деятельности имеет место широкий спектр задач оценивания объектов различной природы. В связи с этим признана актуальность более тщательной систематизации методов многомерного оценивания.
Учитывая разноплановость методов многомерного оценивания, решено ограничиться систематизацией методов, применяющих оценочные функции, и на этой основе предложить общие рекомендации по их применению.
Обзор методов многомерного оценивания с единой позиции потребовал уточнения применяемой в них терминологии. На основе формальной модели установлены отношения между понятиями «предпочтение», «критерий» и «показатель». Для выделения методов, применяющих оценочные функции, введено понятие целевого значения показателя. Относительно его расположения на шкале показателя введены понятия идеальной и реальной целей. Соответствующие этим целям критерии разделены на целевые и ограничительные. С применением предложенной терминологии проанализированы наиболее известные методы многомерного оценивания. Из них выделена группа методов, применяющих оценочные функции.
Рассмотрены варианты оценочных функций, создаваемых на основе критерия и постулатов теории ценности и полезности. На основе сходства областей определения и значений различных оценочных функций установлена взаимосвязь между ними. Относительно целевого значения показателя они разделены на функции достижения цели и функции отклонения от цели. Показана взаимная дополнительность этих функций. Выделена группа функций отклонения от цели, которая позволяет упорядочивать объекты раздельно по штрафам и поощрениям относительно достижения реальной цели. Для отношения соответствия введено понятие нормы. На примере медицинских анализов показано практическое применение функций отклонения от нормы с применением как минимаксной, так и средневзвешенной обобщающей функции для установления рейтинга на множестве объектов.
Выявленное в процессе исследования сходство и различие оценочных функций положено в основу классификации использующих их методов многомерного оценивания. Различие оценочных функций по трудоемкости их создания отражено в предложенной методике их применения.
Представлено сравнение дискретных скрытых марковских моделей и свёрточных нейронных сетей для классификации изображений. После разбивки изображений на части целесообразно получить векторы, которые представляют локальные визуальные структуры, одновременно определяющие изображения глобально через пространственную последовательность. С использованием методов кластеризации создается алфавит из указанных векторов, а затем конструируются последовательности символов, которые описывают статистические модели, соответствующие классам изображений. Скрытые марковские модели в сочетании с методами квантования могут обрабатывать шум и искажения в наблюдениях для решения проблем компьютерного зрения, таких как классификация изображений с изменением освещения и перспективы.
Протестированы архитектуры, основанные на трех, шести и девяти скрытых состояниях, в пользу скорости обнаружения и низкого использования памяти. Также были протестированы два типа ансамблевых моделей. Точность предлагаемого метода была оценена с помощью общедоступных данных; полученные результаты оказались сравнимы с известными оценками при использовании тонко настроенных свёрточных нейронных сетей, но требовали значительно меньших вычислительных ресурсов. Результат представляет интерес при разработке мобильных роботов с вычислительными устройствами, имеющими ограниченное время автономной работы, но требующими способности обнаруживать и добавлять новые объекты в свои системы классификации.
В настоящее время остро стоит проблема создания методологического обеспечения безопасности киберфизических систем, в частности проектирования и реализации подсистем информационной безопасности. При этом ландшафт угроз и уязвимостей, характерных для применяемого в киберфизических системах широкого спектра аппаратных и программных технологий, чрезвычайно широк и сложен. В этом контексте безопасность протоколов прикладного уровня имеет первостепенное значение, поскольку эти протоколы лежат в основе взаимодействия между приложениями и службами, работающими на различных устройствах, а также в облачных инфраструктурах. В условиях постоянного взаимодействия исследуемых систем с реальной физической инфраструктурой актуальна проблема определения эффективных мер по обеспечению целостности передаваемых команд управления, поскольку нарушение выполняемых критически важных процессов может затрагивать жизнь и здоровье людей. Представлен обзор основных методов обеспечения целостности данных в протоколах управления киберфизических систем, а также обзор уязвимостей протоколов прикладного уровня, широко используемых в различных киберфизических системах. Рассмотрены классические методы обеспечения целостности и новые методы, в частности блокчейн, а также основные направления повышения эффективности протоколов обеспечения целостности данных в киберфизических системах. Анализ уязвимостей прикладного уровня проведен на примере наиболее популярных спецификаций MQTT, CoAP, AMQP, DDS, XMPP, а также их реализаций. Установлено, что несмотря на наличие во всех перечисленных протоколах базовых механизмов обеспечения безопасности, исследователи продолжают регулярно выявлять уязвимости в популярных реализациях, что зачастую ставит под угрозу сервисы критической инфраструктуры. В ходе подготовки обзора существующих методов обеспечения целостности данных для исследуемого класса систем были определены ключевые проблемы интеграции этих методов и способы их решения.
Задачи анализа надежности, живучести и устойчивости характерны не только для телекоммуникаций, но и для систем, чьи компоненты подвержены одному или нескольким видам отказов, например транспортные, энергетические, механические системы, интегральные цепи и даже программное обеспечение. Логический подход предполагает декомпозицию системы на ряд небольших функциональных элементов, и в рамках телекоммуникационных сетей они обычно представляют собой отдельные сетевые устройства (коммутаторы, маршрутизаторы, терминалы и т. п.), а также линии связи между ними (медножильные, оптоволоконные, коаксиальные кабели, беспроводная среда и другие среды передачи). Функциональные взаимосвязи задают и логические соотношения между отказами отдельных элементов и отказом сети в целом. Также используется допущение, что отказы устройств являются сравнительно менее вероятными, чем отказы линий связи, что подразумевает использование предположения об абсолютной устойчивости (надежности, живучести) данных устройств. Модель телекоммуникационной сети представлена в виде обобщенной модели Эрдеша – Реньи. В контексте устойчивости телекоммуникационной сети под анализируемым свойством понимается связность сети в той или иной форме. Основываясь на представлении понятия стохастической связности сети как соответствия некоторого случайного графа свойства связности заданному набору вершин, традиционно выделяют три меры связности: двухполюсная, многополюсная и всеполюсная. Представлены процедуры формирования для сетей произвольной структуры множеств путей, деревьев и, как их обобщение, многополюсных деревьев. Отмечено, что многополюсные деревья являются наиболее общим понятием относительно простых цепей и остовых деревьев. Решение подобных задач позволит в дальнейшем перейти к вычислению вероятности связности графов для различных мер связности.
Событийно-управляемые программные системы в научной литературе относят к классу систем со сложным поведением, называемых реагирующими системами (reactive systems), то есть систем, которые на одно и то же входное воздействие реагируют по-разному в зависимости от своего состояния и предыстории. Такие системы удобно описывать с помощью автоматных моделей с использованием специальных языковых средств – как графических, так и текстовых. Представлена методика автоматизированного построения систем со сложным поведением с использованием разработанного авторами языка CIAO (Cooperative Interaction of Automata Objects), который позволяет на основе неформального описания реагирующей системы формально специфицировать требуемое поведение. Описание реагирующей системы может быть задано словесно на естественном языке или иным способом, принятым в конкретной предметной области. Далее по этой спецификации на языке CIAO специальным преобразователем генерируется программная система взаимодействующих автоматов на языке программирования С++. Сгенерированная программа реализует поведение, гарантированно соответствующее заданной спецификации и исходному неформальному описанию. Для языка CIAO предусмотрена как графическая, так и текстовая нотация. Графическая нотация основана на расширенной нотации диаграмм автомата и диаграмм компонентов унифицированного языка моделирования UML, которые хорошо зарекомендовали себя в описании поведения управляемых событиями систем. Текстовый синтаксис языка CIAO описан контекстно-свободной грамматикой в регулярной форме. Автоматически генерируемый код на языке С++ допускает использование как библиотечных, так и любых внешних функций, написанных вручную. При этом доказательное соответствие формальной спецификации и сгенерированного кода сохраняется при условии соответствия внешних функций своим спецификациям. В качестве примера предложено оригинальное решение задачи Д. Кнута о реагирующей системе управления лифтом. Продемонстрирована действенность предлагаемой методики, поскольку сам автомат-преобразователь, генерирующий код на С++, представлен как реагирующая система, специфицирован на языке CIAO и реализован методом раскрутки. Проведено сравнение предлагаемой методики с другими известными формальными методами описания систем со сложным поведением.
В последние десятилетия все большую популярность набирают NoSQL базы данных, и все чаще разработчикам и администраторам таких баз по той или иной причине приходится решать задачу миграции баз данных из реляционной модели в модель NoSQL, например документно-ориентированную базу данных MongoDB. Описывается подход к такой миграции данных на основе теории множеств. Предлагаются правила для определения совокупности коллекций со вложенными документами NoSQL базы данных типа ключ-документ, оптимальной по времени выполнения поисковых запросов. Оптимизация числа коллекций и их структуры проводится с учетом атрибутов объектов базы данных, участвующих в поисковых запросах. Исходными данными являются свойства объектов (атрибуты, связи между атрибутами), информация о которых хранится в базе данных, и свойства запросов, которые наиболее часто выполняются или скорость их выполнения максимальна. В правилах учитываются основные типы связей (1-1, 1-М, М-М), свойственные реляционной модели. Рассматриваемая совокупность правил является дополнением к методу создания коллекций без вложенных документов. Также приводится методика для определения, в каких случаях какие методы надо использовать, чтобы сделать работу с базами данных более эффективной. В заключении приведены результаты тестирования предлагаемого метода на базах данных с различными начальными схемами. Результаты экспериментов показывают, что предлагаемый метод помимо сокращения времени выполнения запросов позволяет также значительно сократить объем памяти, необходимый для хранения данных в новой базе данных.
Приводится анализ известных методов обеспечения информационной безопасности, рассматриваются методы оценивания безопасности как отдельных ИТ-компонент, так и облачных сервисов в целом.
Предпринята попытка проанализировать облачные сервисы не с позиции коммерчески успешного и популярного маркетингового продукта, а с позиции системного анализа. Введенный ранее порядок оценивания ИТ-компонент нестабилен, поскольку у конечного пользователя нет 100% гарантии доступа ко всем ИТ-компонентам, а тем более к компонентам удаленного и неподконтрольного облачного сервиса. В ряде обзоров отмечается рост усилий по созданию сетевой безопасной архитектуры и по обеспечению непрерывного контроля отклонений от установленных бизнес-целей. В отличие от моделей Zero Trust и Zero Trust eXtended, согласно которым на существующие ИТ-компоненты накладываются дополнительные функции безопасности, предлагается рассматривать совокупность ИТ-компонент как новую сущность – систему обработки информации. Это позволит перейти к формальным процессам оценивания степени соответствия по критериям стандартов как для существующих, так и для перспективных ИТ-компонент при обеспечении безопасности облачных сервисов.
Предложен новый метод оценивания на базе ранее разработанной гибридной методики с использованием формальных процедур, основанных на двух системах критериев – оценивании степени соответствия систем менеджмента (на базе ИСО/МЭК серии 27001) и оценивании требований функциональной безопасности (на базе МЭК серии 61508 и ИСО/МЭК серии 15408). Этот метод дает воспроизводимые и объективные оценки рисков безопасности облачных ИТ-компонент, которые могут быть предъявлены для проверки независимой группе оценщиков. Полученные результаты возможно применить для защиты объектов критической информационной инфраструктуры
Представлены результаты применения метода получения формантных составляющих гласных фонем. Проведен обзор существующих направлений разработки методов получения формантных характеристик гласных для разных языков с момента возникновения метода и до недавнего времени. Также проведен обзор степени использования методов оценки формантных картин в речевых технологиях и при обработке естественного языка. На массиве корпуса профессионального чтения CORPRES были получены данные по формантным составляющим для 351929 реализаций гласных фонем на материале 8 дикторов. Полученные данные сгруппированы в соответствии с обозначениями в реальной транскрипции, которую проводили сегментаторы-фонетисты в рамках работы по разметке корпуса. На формантных плоскостях представлено распределение ударных аллофонов гласных для всех дикторов. На примере одного диктора-мужчины представлена вариативность формантных характеристик в корпусе для предударных и заударных аллофонов. Также представлены результаты, свидетельствующие о различиях огубленных безударных /i/ и /a/, которые воспринимаются как /u/ как наивными носителями языка, так и фонетистами-экспертами. В качестве экспериментального материала использовались записи чтения одним диктором мужского пола специально подобранных предложений, которые учитывали различные лингвистические факторы. Результаты анализа показали, что высока вероятность огубленности безударного неогубленного гласного, если в следующем слоге есть безударный огубленный гласный. Анализ данных формантных составляющих этих гласных показал, что значения первой форманты этих гласных близки к значениям у ударного гласного /u/ для этого диктора. Артикуляторно подъем этих гласных соответствует подъему /u/. Значения второй форманты у гласных [u], которые должны были реализовываться как [i] и [a], различаются. Они в большей степени продвинуты вперед по сравнению с ударным /u/.
Описывается метод упорядочения процедур разбиения состояний процедурами с двумя и тремя исходами. При этом использованы терминология и методы теории вопросников, а сама последовательность процедур разбиения определена как неоднородный вопросник с вопросами, имеющими два и три варианта ответа. Этот класс вопросников является особенным и выделен авторами в класс бинарно-тернарных и интересен тем, что это наиболее простой класс неоднородных вопросников. Кроме того, увеличение числа ответов какого-либо вопроса на практике также может дать выигрыш в параметрах вопросников, в том числе в показателе его эффективности – средней цене обхода. Отмечается, что использование бинарно-тернарных вопросников на практике позволяет уменьшить среднее время идентификации событий по вопроснику, что крайне важно в тех приложениях вопросников, в которых имеется ограничение на время идентификации событий, например в системах критического применения. Приводится метод оптимизации бинарно-тернарных вопросников, основанный на поиске наиболее предпочтительных вопросов для каждого подмножества идентифицируемых событий. Выбор предпочтительных вопросов основан на установлении отношений сравнения между ними. Описаны все возможные виды сравнимости двух вопросов с двумя ответами, двух вопросов с тремя ответами, а также вопроса с двумя ответами и вопроса с тремя ответами. Приведен пример получения математического выражения для функции, характеризующей предпочтительность вопросов друг перед другом, а также обобщенная формула выбора наиболее предпочтительного вопроса для любых неоднородных вопросников. Сформирован алгоритм метода упорядочения вопросов, который позволяет за полиномиальное время построить бинарно-тернарный вопросник с наименьшей ценой обхода. Приведен пример оптимизации бинарно-тернарного вопросника по представленному методу.
Современные методы защиты информации от несанкционированного доступа в автоматизированных системах основаны на использовании специализированных систем защиты информации, которые в обязательном порядке включаются в виде дополнительных программных систем в программное обеспечение автоматизированных систем в защищенном исполнении. Данные системы могут разрабатываться не только в процессе проектирования автоматизированных систем, но и дополнять общесистемное программное обеспечение функционирующих систем. Применение систем защиты информации от несанкционированного доступа может снизить надежность автоматизированных систем, если они содержат ошибки, не обнаруживаемые при отладке. Надежность систем защиты информации влияет на эффективность защиты информации (конфиденциальность, целостность и доступность). Методической основой при формировании облика систем защиты информации как в процессе разработки, так и в процессе модернизации автоматизированных систем являются руководящие документы Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК) России. Руководящие документы ФСТЭК России не содержат методических подходов к оценке надежности указанных программных систем. В этой связи актуальна разработка методик оценивания надежности систем защиты информации от несанкционированного доступа автоматизированных систем в защищенном исполнении. Структурная сложность систем защиты информации от несанкционированного доступа и значительное количество выполняемых функций обусловили необходимость использования трех показателей надежности, характеризующих систему при решении задач обеспечения конфиденциальности, целостности и доступности информации. Для разработки методик использованы известные методы оценивания надежности сложных систем, не допускающие их разложение на последовательное и параллельное соединение. Разработанные методики апробированы при оценивании надежности систем защиты информации от несанкционированного доступа, имеющих типовые показатели исходных характеристик. Результаты расчетов и перспективы использования разработанных методик представлены в статье.
Традиционные подходы к оцениванию эффективности защиты информации, основанные на сравнении возможностей реализации угроз безопасности информации в условиях отсутствия и применения мер защиты, не позволяют анализировать динамику пресечения мерами защиты процессов реализации угроз. Предложен новый показатель эффективности защиты электронных документов, позволяющий оценивать возможности опережения мерами защиты процесса реализации угроз в системах электронного документооборота и учитывающий вероятностно-временные характеристики динамики применения мер защиты и реализации угроз электронным документам. Разработаны с использованием аппарата сетей Петри — Маркова математические модели и получены аналитические соотношения для расчета предложенного показателя на примере реализации угрозы «туннелирования трафика» (размещение пакетов нарушителя в пакетах доверенного пользователя) и несанкционированного доступа (сетевых атак) к электронным документам, а также угрозы внедрения вредоносной программы путем проведения атаки «неслепой IP-спуфинг» (подмены сетевого адреса). Приведены примеры расчета предложенного показателя и графики его зависимости от вероятности обнаружения сетевых атак системой обнаружения вторжений и от вероятности обнаружения вредоносных программ системой антивирусной защиты. Получены количественные зависимости эффективности защиты электронных документов за счет опережения мерами защиты процессов реализации угроз как от вероятности обнаружения вторжения или вероятности обнаружения вредоносной программы, так и от соотношения времени, затрачиваемого системой защиты на обнаружение попытки реализации угрозы и принятие мер по пресечению процесса ее реализации, и времени реализации угрозы. Модели позволяют не только оценивать эффективность мер защиты электронных документов от угроз уничтожения, копирования, несанкционированных изменений и тому подобное, но и количественно обосновывать требования к времени реакции адаптивных систем защиты на обнаруживаемые действия, направленные на нарушение безопасности электронных документов, а также выявлять слабые места в системах защиты, связанные с динамикой реализации угроз и реакцией на такие угрозы систем защиты электронного документооборота.
В работе рассматривается один из методов анализа и синтеза структур сетей связи, основанный на наиболее простом подходе к вопросу расчета вероятности связности — методе полного перебора типовых состояний сети. При этом под типовыми состояниями сети понимаются события связности и несвязности графа сети, представляющие собой простые цепи и сечения данного графа. Несмотря на существенный недостаток метода полного перебора типовых состояний, который заключается в значительной трудоемкости проводимых вычислений, он оказывается достаточно востребованным. Кроме того, на его основе возможно получать граничные оценки вероятности связности сети. Так, при расчете границ Эзари — Прошана используется полный набор несвязных (для верхней) и связных (для нижней) состояний сети связи. Данные границы основаны на утверждении, что вероятность связности сети при тех же условиях выше (ниже), чем у сети, составленной из последовательного (параллельного) соединения полного набора независимых несвязных (связных) подграфов. При расчете границ Литвака — Ушакова используются только реберно-непересекающиеся сечения (для верхней) и связные подграфы (для нижней), то есть подмножества элементов такие, в которых какой-либо элемент не встречается дважды. В данной границе учтено широко известное естественное свойство монотонности, заключающееся в уменьшении (увеличении) надежности сети при снижении (повышении) надежности любого элемента. С точки зрения сложности вычислительных процедур границы Эзари — Прошана имеют существенный недостаток: они предполагают определение всех связных подграфов для расчета верхней границы и минимальных разрезов для нижней, что само по себе нетривиально. Границы Литвака — Ушакова подобными недостатками не страдают: вычисляя их, можно ограничиться перебором необходимого числа вариантов наборов независимых связных и несвязных состояний графа.
Исследования геоакустической эмиссии в сейсмоактивном регионе на Камчатке показывают, что при подготовке землетрясений и последующей релаксации поля локальных напряжений в пункте наблюдений в геоакустических сигналах возникают ярко выраженные импульсные аномалии. Качественному выделению таких аномалий препятствуют сильное искажение и ослабление амплитуды сигнала. Обзор существующих методов анализа акустической эмиссии показывает, что чаще всего исследователи обращаются к анализу энергетических и статистических свойств сигналов, как более доступных для изучения. Отличительными особенностями предлагаемого авторами подхода являются выделение информативных признаков на основе анализа временной и частотно-временной структур геоакустических сигналов и описание многообразных форм распознаваемых импульсов ограниченным набором паттернов. Настоящее исследование открывает перспективу разработки новых методов выявления аномального поведения геоакустических сигналов, в том числе и перед землетрясениями.
В работе описана методика извлечения информации из потоков импульсов геоакустической эмиссии звукового частотного диапазона. Представлена математическая модель геоакустического импульса, отражающая процесс генерации сигнала от множества элементарных источников. Приводится решение задачи выделения информативных признаков в геоакустических сигналах путем описания фрагментов сигнала матрицами отношений амплитуд локальных экстремумов и интервалов между ними. Приводится результат применения разработанного алгоритма для автоматического описания структуры выделяемых импульсов и для образования множества паттернов, характеризующих особенности сигналов геоакустической эмиссии, наблюдаемых на полевых станциях ИКИР ДВО РАН. Представлена методика сокращения размерности множества выделенных импульсов, позволяющая найти близкие по структуре паттерны. Предложено решение проблемы обработки большого потока данных путем унификации описания импульсов и их систематизации. Предлагается метод идентификации модели геоакустического импульса с использованием разреженных аппроксимационных схем. Дано алгоритмическое решение задачи понижения вычислительной сложности метода согласованного преследования, заключающееся во включении в метод алгоритма итерационного уточнения решения на каждом шаге. Результаты проведенных научных работ позволили создать инструмент для исследования динамических свойств сигналов геоакустической эмиссии в интересах разработки детекторов предсказания землетрясений.
Используя алгоритмы вычислительной топологии, рассмотрены методы сравнения изображений объектов, которые представлены множествами точек. Предложены алгоритмы построения множеств вещественных баркодов для сравнения изображений объектов. Нахождение баркодов форм объектов позволяет изучать как непрерывные, так и дискретные структуры, что делает их использование полезным в вычислительной топологии. Отличительной особенностью использования предложенных методов сравнения по отношению к методам алгебраической топологии является получение большего количества информации о форме объекта. Важным направлением применения вещественных баркодов является изучение инвариантов больших объемов данных. Предлагается метод, который объединяет технологии построения баркодов с внедренной негеометрической информацией (цвет, момент времени формирования, давление пера), представленной в виде функций от симплициальных комплексов. Для этого баркоды расширяются функциями от симплексов для представления разнородной информации. Представленная структура расширенных баркодов повышает эффективность методов персистентных гомологий при сравнении изображений и распознавании образов. Предложена модификация метода Вассерштейна для нахождения расстояния между изображениями путем введения негеометрической информации о расстояниях между изображениями, обусловленной неравенствами функций исходного и терминального изображений соответствующих симплексов. Геометрические характеристики объекта могут изменяться при диффеоморфных деформациях; предложенные алгоритмы формирования расширенных баркодов изображений являются инвариантными к преобразованиям вращения и переноса. Рассмотрен метод определения расстояния между множествами точек, представляющими кривые, с учетом ориентации отрезков кривых. В работе используются понятия алгебраической и вычислительной топологии, теории лиевых групп, диффеоморфных преобразований.
Широкое распространение мобильных беспроводных устройств (смартфонов, планшетов и пр.) остро ставит вопрос о криптографической защите передаваемой этими устройствами информации, что, в свою очередь, требует обеспечения этих устройств ключами, а также решения задачи их аутентификации. В последнее время актуализировались исследования способов аутентификации ключей в рамках сценария сопряжения (спаривания) мобильных устройств. В этих условиях мобильные устройства располагаются близко друг к другу, вплоть до физического контакта, и между ними создается защищенный от перехвата дополнительный канал обмена данными с целью аутентификации ключей.
Анализ дополнительных каналов — визуального, акустического, вибрационного, тактильного, магнитометрического — выявил преимущества последнего по скорости и достоверности аутентификации, а также удобству использования этого канала по сравнению с другими способами. Магнитометрический канал образуется при наличии в мобильных устройствах магнитометров, измеряющих магнитное поле Земли. Случайные колебания магнитного поля в точке измерения позволяют получить в двух мобильных устройствах совпадающие с большой вероятностью случайные последовательности, которые могут быть использованы для аутентификации сеансовых ключей.
В статье исследуется протокол под названием Magparing, который предназначен для аутентификации ключей мобильных устройств, распределяемых по методу Диффи — Хеллмана, на основе использования показаний магнитометров этих устройств. Детальный анализ этого протокола показал его уязвимость к атаке «человек-посередине». Уязвимость протокола также подтверждена с помощью программы анализа безопасности протоколов AVISPA.
Предложен безопасный способ аутентификации ключей (значений Диффи — Хеллмана) на основе аутентифицирующих помехоустойчивых кодов (АП-кодов). Аутентификаторы для значений Диффи — Хеллмана формируются на основе блоков АП-кода и случайных последовательностей, полученных из показаний магнитометров. Предложен подход к оптимизации параметров АП-кода, обеспечивающего выполнение требований по вероятности ложного отклонения и вероятности навязывания ключа заданной длины при минимизации длины цепочки магнитометрических данных, расходуемых в процедуре аутентификации. Приведен пример выбора параметров кода для аутентификации ключа длиной 256 бит, обеспечивающего вероятностью навязывания ложного ключа не более 10 -9 при вероятности ложного отклонения истинного ключа -10 -6 , что свидетельствует о реализуемости этого способа аутентификации.
Анализ тенденции развития военно-технического противоборства в воздушно-космической сфере позволяет выделить ряд направлений, непосредственно влияющих на информационно-управляющую сторону функционирования авиационных систем радиоуправления, к которым, прежде всего, относятся: групповое применение как средств нападения, так и защиты; качественное усложнение законов взаимного пространственного перемещения летательных аппаратов; высокая динамичность, нестационарность обстановки; широкое использование режимов управления и информационного обеспечения на грани потери устойчивости, характерных для сверхманевренных летательных аппаратов и систем сопровождения интенсивно маневрирующих целей; несоответствие динамических свойств воздушно-космических целей и авиационных перехватчиков; растущее усложнение информационного обеспечения систем наведения.
Для эффективного функционирования в рамках этих направлений математический аппарат синтеза авиационных систем радиоуправления должен обеспечивать: эффективное наведение на цели, маневрирующие по сложным законам, в том числе и со сменой знаков производных; гарантированный увод от границ устойчивой (опасной) работы, в том числе для предотвращения столкновений при групповом применении; учет несоответствия динамических свойств цели и перехватчика; возможность перераспределения приоритетов управления в процессе наведения; универсальность формирования методов наведения; реализуемость алгоритмов информационного обеспечения.
Анализ возможностей классических способов оптимизации, основанных на минимизации квадратичных функционалов качества показал, что они не способны удовлетворить совокупности этих требований и необходимы новые подходы к решению задач оптимизации систем радиоуправления.
В качестве такого подхода предложено использовать синтез сигналов управления, оптимальных по минимуму квадратично-биквадратных функционалов качества.
Рассмотрена методика использования такого подхода в рамках экономичной в вычислительном отношении локальной оптимизации.
Приведен пример синтеза метода наведения, иллюстрирующий возможности формирования сигналов управления, обеспечивающих наведение инерционных летательных аппаратов на интенсивно маневрирующие цели на основе учета как линейных, так и нелинейных зависимостей от ошибок функционирования, и учета несоответствия динамических характеристик цели и перехватчика и проведен его анализ.
Статья посвящена анализу проблемы определения автора исходного кода, которая представляет интерес для исследователей в области информационной безопасности, компьютерной криминалистики, оценки качества образовательного процесса, защиты интеллектуальной собственности.
Представлен подробный анализ современных решений проблемы. Предлагаются две новые методики идентификации на основе алгоритмов машинного обучения: машины опорных векторов, фильтра быстрой корреляции и информативных признаков; гибридной сверточно-рекуррентной нейронной сети.
Эксперименты проводились на базе исходных кодов, написанных на наиболее популярных языках программирования. В экспериментальную базу вошли экземпляры исходных кодов, написанных на Java, C++, Python, PHP, JavaScript, C, C# и Ruby. Данные были получены с веб-сервиса для хостинга IT-проектов Github. Общее количество исходных кодов превышает 150 тысяч образцов, средняя длина каждого из которых составляет 850 символов. Размер корпуса — 542 автора.
С помощью перекрестной проверки по 10 блокам оценена точность разработанных методик для различного количества авторов. Для наиболее популярного языка программирования Java проведен дополнительный ряд экспериментов с количеством авторов от 2 до 50 и приведены графики зависимости точности идентификации от размера корпуса.
Анализ результатов показал, что методика на основе гибридной нейронной сети способна достигать точности 97%, что является наилучшим результатом на сегодняшний день. Методика на основе машины опорных векторов позволила добиться точности 96%. Гибридная нейронная сеть оказалась точнее машины опорных векторов в среднем на 5%.
Тенденция к увеличению количества транспортных средств, особенно в крупных городах, а также неспособность существующей дорожно-транспортной инфраструктуры распределять транспортные потоки, ведут к чрезмерной загрузке транспортных сетей и образованию дорожных заторов. Нерешенность данных проблем подчеркивает актуальность навигационных задач нахождения кратчайшего пути или оптимального маршрута движения. Несмотря на популярность этих задач, многие существующие коммерческие системы строят маршрут движения в детерминированных сетях, не учитывая зависящие от времени и стохастические свойства транспортных потоков. В работе рассматривается задача нахождения надежного маршрута движения в стохастической транспортной сети, максимизирующего вероятность прибытия в пункт назначения в течение заданного интервала времени. Надежный кратчайший путь учитывает дисперсию времени прохождения сегментов дорожной сети, что делает его более применимым для решения задач маршрутизации в транспортных сетях по сравнению со стандартными алгоритмами поиска кратчайшего пути, учитывающими только среднее время прохождения дорожных сегментов. Для описания времени прохождения сегментов дорожной сети предлагается использовать параметрически заданные устойчивые распределения вероятностей Леви. Использование устойчивых распределений позволяет перейти от операции вычисления свертки для определения надежности пути к пересчету параметров плотности распределения, что значительно сокращает время исполнения алгоритма. В работе решается задача нахождения адаптивного маршрута движения. Адаптивность подразумевает зависимость выбора следующего используемого дорожного сегмента от времени прибытия в вершину графа и определяется реальным состоянием дорожной сети. Экспериментальный анализ алгоритма, проведенный на крупномасштабной транспортной сети города Самара, показал, что представленный алгоритм позволяет значительно сократить время решения задачи нахождения надежного маршрута движения при незначительном увеличении времени проезда.
Статья посвящена изучению возможностей использования глобальных моделей высот рельефа SRTM (Shuttle radar topographic mission – радиолокационная топографическая миссия шаттла) для оценки обобщенных характеристик лесных насаждений – средних высот и запасов. Известно, что при выполнении радарных съемок растительный покров препятствует корректному определению высоты земной поверхности. Поверхность, фиксируемая датчиками над покрытой лесом территорией (фаза рассеяния), располагается в верхней части древесного полога. Обзор публикаций подтверждает актуальность данного направления исследований в мире. На основе обзора литературы приведены краткие теоретические основы съемки SRTM, рассмотрены факторы, определяющие значения высот и связанные с ними ошибки, указана возможность определения высоты лесного полога на основе моделей высот. В качестве модельной территории выбрана часть Учебно-опытного лесничества Ленинградской области. Исходными материалами для выполнения исследования служили геоинформационные базы данных лесоустройства, данные радарной съемки SRTM и топографические карты. Модельная территория разбита регулярной сетью на ячейки с шагом 1 км. Большая часть территории относится к площади, покрытой лесной растительностью. Моделирование рельефа выполнено на основе оцифрованных топографических карт масштаба 1:25000 путем интерполяции методом TIN. Выполнено визуальное и статистическое сравнение двух моделей высот – модели поверхности (на основе данных радарной съемки SRTM) и модели рельефа (на основе топографических карт). С помощью построения профилей выполнена оценка характера изменений высот моделей рель-ефа и поверхности. Отмечено, что для большей части модельной территории расхождения высот между моделями поверхности и рельефа составляют 15-20 м. Сближение графиков высот отмечается на участках, не покрытых лесной растительностью. Получен набор линейных регрессионных зависимостей между средними высотами фазы рассеяния (независимая переменная) и средними высотами или запасами насаждений (зависимая переменная) в пределах границ лесотаксационных выделов, сгруппированных по преобладающим породам. Выявлено влияние на тесноту связи и значение коэффициента регрессии величины относительной полноты, коэффициента состава, преобладающей древесной породы. Установленные закономерности могут использоваться в целях совершенствования теории и практики инвентаризации лесов, а также для решения иных задач, связанных с оценкой природных ресурсов на региональном и глобальном уровне (национальная инвентаризация лесов, определение запасов углерода, оценка биомассы).
На сегодняшний день перечень прикладных задач, требующих точного оперативного позиционирования, постоянно растёт. К таким задачам относятся: задачи управления группами автономных мобильных роботов, геодезические задачи высокоточного позиционирования, задачи навигации и мониторинга в интеллектуальных транспортных системах. Источником данных для оперативного позиционирования в таких задачах являются спутниковые навигационные системы. На сегодняшний день активно используются глобальные и локальные спутниковые навигационные системы: GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo. Их характеризует разная полнота развёртывания спутниковой группировки, что определяет точность оперативного позиционирования в конкретной географической точке, которая зависит числа доступных для наблюдения спутников, а также характеристик приёмника, особенностей ландшафта, погодных условий и возможности использования дифференциальных поправок.
Повсеместное использование дифференциальных поправок на данный момент невозможно ввиду того что количество стабильно работающих опорных станций ограничено - Земля покрыта ими неравномерно; надёжные сети передачи данных, необходимые для передачи дифференциальных поправок также развёрнуты не повсеместно; широкое применение нашли бюджетные версии одноканальных приёмников навигационного сигнала, не позволяющие использовать дифференциальные поправки. В этом случае возникает задача оперативного выбора системы или комбинации систем спутникового позиционирования, предоставляющей наиболее точные навигационные данные. В данной работе приведено сравнение статического и динамического методов выбора системы или комбинации систем спутникового позиционирования, обеспечивающих наиболее точное определение собственных координат объекта при использовании одноканального приёмника навигационных сигналов в автономном режиме (без использования сторонних поправок). Выбор осуществляется на основе статистического анализа данных, получаемых от систем спутникового позиционирования. При проведении анализа выполнялось сравнение результатов, сформированных при постобработке данных, полученных от спутниковых навигационных систем и уточнённых с применением дифференциальных поправок навигационных данных.
Представлен разностно-дальномерный метод определения местоположения современных земных станций с узкими диаграммами направленности. Координаты земной станции предложено вычислять с применением метода максимального правдоподобия путем решения системы из трех дифференциальных уравнений одним из численных методов. При этом дополнительные оценки параметра положения, получаемые результате измерения взаимной задержки сигналов земной станции, ретранслированных через космический аппарат на геостационарной орбите и подвижный ретранслятор на беспилотном летательном аппарате, позволяют повысить точность оценивания координат земной станции.
Для разработанного метода получены аналитические выражения потенциальной точности вычисления координат земной станции на основе нижней границы Рао-Крамера. Получены аналитические выражения для элементов матрицы Фишера.
Чтобы оценить точность определения местоположения земных станций предложено использовать эллипсоид ошибок, соответствующий положению источника радиоизлучения в пространстве с заданной вероятностью.
Проведен анализ типовых маршрутов движения ретранслятора на беспилотном летательном аппарате и сделан вывод о том, что наилучшая точность при наименьшей протяженности маршрута достигается при движении беспилотного летательного аппарата по окружности, описывающей район контроля.
Выполнен расчет потенциальной точности определения местоположения земной станции для района размером 50 на 50 км. Показано, что погрешность оценок, полученных в результате статистических испытаний, с заданной вероятностью не превосходит размера большой полуоси эллипсоида ошибок, найденного с применением аналитических выражений.
Применение разработанного метода возможно при реализации программной части комплексов радиоэлектронного контроля для противодействия нелегитимному использованию частотного ресурса космических аппаратов-ретрансляторов спутниковых систем связи.
Рассматривается задача синтеза управляемого движения шагающих роботов методом обратной задачи. Уравнения метода обратной задачи представляются с помощью методов динамики связанных систем тел, как уравнения движения свободных тел и уравнения связей. Введены различные группы уравнений связей — для задания походки робота, для выполнения условий устойчивости робота и для согласованного движения заданных звеньев робота. Ключевая особенность уравнений метода обратной задачи в такой постановке состоит в наличии вторых производных координат системы в уравнениях связей, обеспечивающих поддержание роботом вертикального положения. Однозначное решение таких уравнений в общем случае невозможно из-за неопределенности начальных условий для множителей Лагранжа. Рассмотрен приближенный метод решения обратной задачи без учета инерционных составляющих в уравнениях связей, определяющих устойчивость робота. Выписаны уравнения связей, которые определяют согласованное движение отдельных звеньев робота и необходимые для однозначного решения задачи на основе приближенных уравнений. Представлена реализация методов синтеза программного движения в системе управления робота андроида АР600. Выполнено сравнение теоретических и экспериментальных показателей управляемого движения. Установлено, что при достигнутой высокой точности управления следящими приводами относительными движениями звеньев робота с погрешностью несколько процентов, показатели абсолютных движений робота, в частности, углы крена, рыскания и тангажа, отличаются от программных на 30-40%. Показано, что предложенный метод позволяет синтезировать управление роботом в квазистатическом режиме для различных типов движений — вперед, вбок, движение по ступенькам, наклоны и так далее.
Рассматривается задача гарантированного перевода нелинейной динамической системы, подверженной неконтролируемым помехам, за конечное время в положение, где заданная часть фазовых переменных равна нулю. Эта задача относится к задачам частичного (по отношению к части переменных) управления. Помехи не имеют каких-либо статистических описаний. Управления формируются по принципу обратной связи и удовлетворяют заданным «геометрическим» ограничениям.
Для решения указанной задачи используется метод линеаризующей обратной связи, позволяющий свести решение рассматриваемой нелинейной задачи управления к решению соответствующих линейных игровых антагонистических задач (с нефиксированным временем окончания). Приводятся конструктивно проверяемые достаточные условия, обеспечивающие гарантированное решение рассматриваемой задачи для заданной области начальных значений фазовых переменных. В отличие от ранее выполненных работ, посредством обратной связи линеаризуется более общий класс нелинейных управляемых систем, для которого допускаются оценки некоторой части переменных, и управление может осуществляться по отношению к бóльшей части переменных.
В качестве примера изучается случай, когда рассматриваемая нелинейная управляемая система описывает пространственный разворот асимметричного твердого тела при управлении посредством моментов внутренних сил, создаваемых двигателями-маховиками. В этом случае система включает динамические уравнения Эйлера и кинематические уравнения в переменных Родрига – Гамильтона, описывающие вращательное движение основного тела, а также уравнения вращения маховиков. Рассматриваются две задачи гарантированного пространственного разворота тела при неконтролируемых внешних помехах, где цели управления определяются по части фазовых переменных указанной системы: задача переориентации тела, а также задача «прохождения» (с произвольной скоростью) телом заданного углового положения в пространстве.
Показано, что предложенный в статье подход позволяет с единых позиций получить и дополнить как некоторые уже известные решения этих задач, так и предложить новое решение задачи переориентации посредством более простых управляющих моментов, включающее оценку (завышенную) соотношения допустимых уровней управляющих моментов и неконтролируемых помех. Приводятся результаты численных расчетов, показывающие эффективность применяемых управляющих моментов.
В последние годы появляются видеошлемы с виртуальной реальностью и дополненной реальностью, завоевывая все большую популярность во многих отраслях. Видеошлемы обычно используются для развлечений, социального взаимодействия, образования, но также увеличивается процент применения их для работы в таких областях, как медицина, моделирование и симуляция. Несмотря на недавний выпуск многих типов видеошлемов, две основные проблемы препятствуют их повсеместному внедрению на основной рынок: чрезвычайно высокая стоимость и недостатки пользовательского интерфейса [1]. Иллюзия 3D-изображения в видеошлемах достигается с помощью технологии, называемой стереоскопией. Приложения стереоскопического изображения таковы, что скорость передачи данных, а в мобильных приложениях - хранилище быстро становится узким местом. Поэтому необходимы эффективные методы сжатия изображений. Стандартные методы сжатия изображений не подходят для стереоскопических изображений из-за дискретных различий между сжатыми и несжатыми изображениями. Проблема в том, что потеря в алгоритме сжатия изображений с потерями может размыть мельчайшие различия между изображениями «левого глаза» и «правого глаза», которые имеют ключевое значение для создания иллюзии 3D-восприятия. Однако для достижения более эффективного кодирования существуют различные методы кодирования, которые могут быть применены к стереоскопическим изображениям. Методы сжатия стереоизображений, которые можно найти в литературе, используют дискретное вейвлет-преобразование и алгоритм морфологического сжатия, применяемый к коэффициентам преобразования. В нашей статье представлен обзор и сравнение доступных методов сжатия стереоскопических изображений, так как до сих пор не существует метода, который считается наилучшим для всех критериев. Мы хотим проверить методы с пользователями, которые на самом деле будут потенциальными пользователями видеошлемов, и поэтому будут подвержены этим методам. Кроме того, мы сосредоточили наше исследование на недорогих видеошлемах потребительских уровня, которые должны быть доступны для большей части населения.
Математические модели земной системы служат мощным и эффективным инструментом, используемым для изучения поведения процессов, протекающих в сферических оболочках нашей планеты, в прошлом, настоящем и для прогнозирования их в будущем, учитывая внешние воздействия. Качество моделирования и прогнозирования природных процессов с применением соответствующих математических моделей в значительной степени зависит от информации об исходном состоянии рассматриваемой системы. Данная информация является результатом измерений, осуществляемых на сети наблюдательных станций и с помощью средств дистанционного зондирования. Поскольку развитие средств наблюдения является очень дорогостоящим мероприятием, представляется очень важным иметь возможность оценивать эффективность как существующей так и планируемой наблюдательной сети. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы, с одной стороны, рассмотреть подход, основанный на сопряженных уравнениях, позволяющий оценивать влияние различных наблюдений на точность прогнозирования эволюции основных компонентов земной системы (атмосферы и океана) и, с другой стороны, проиллюстрировать применение этого подхода на примере двух хаотических малопараметрических динамических систем и глобальной модели ACCESS (моделирование австралийского климата и земной системы), используемой в Австралийском метеорологическом бюро для моделирования и прогнозирования погоды и климата. Результаты численных экспериментов демонстрируют высокие возможности метода сопряженных уравнений, который позволяет ранжировать измерительную информацию, получаемую с помощью различных технических средств, по степени ее важности, а также оценить влияние наблюдений на качество прогнозов.
Предлагается конструктивный метод многокритериальной оптимизации процессов управления детерминированными и не полностью определенными управляемыми системами с распределенными параметрами, описываемыми линейными многомерными уравнениями в частных производных параболического типа с внутренними и граничными управляющими воздействиями в условиях заданной точности приближения конечного состояния объекта к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Предлагаемый в статье подход базируется на однокритериальной версии в виде минимаксной свертки нормализуемых критериев качества и последующем переходе к эквивалентной форме типовой вариационной задачи с ограничениями. Анализ проводится применительно к детерминированной модели объекта, описываемой бесконечной системой дифференциальных уравнений относительно временных мод разложения управляемой величины в ряд по собственным функциям начально-краевой задачи. Дальнейшие процедуры предварительной параметризации управляющих воздействий на основе аналитических условий оптимальности и редукции к задачам полубесконечного программирования позволяют найти искомые экстремали с использованием их чебышёвских свойств и фундаментальных закономерностей предметной области в типичных для приложений условиях оценки в равномерной метрике точности приближения конечного состояния объекта к требуемому. Полученные результаты распространяются на задачи программного управления по принципу гарантированного результата ансамблями траекторий движения объекта в условиях интервальной неопределенности параметрических характеристик распределенной системы и множественных внешних возмущений. Приводится представляющий самостоятельный интерес пример решения предлагаемым методом задачи многокритериальной оптимизации передовой технологии индукционного нагрева металлических полуфабрикатов перед последующей обработкой давлением. В качестве компонент векторного критерия оптимизации рассматриваются расход энергии на нагрев, потери металла на термохимические взаимодействия и точность достижения заданной конечной температуры нагрева.
В статье представлен краткий исторический очерк исследования эффективности целенаправленных процессов функционирования систем, выполнен обзор некоторых актуальных задач исследования операционных свойств, решаемых за рубежом. На основе анализа особенностей исследования эффективности целенаправленных процессов функционирования систем и ряда других операционных свойств отечественными и зарубежными авторами сделан вывод об актуальности решения современных задач исследования операционных свойств на основе аналитического оценивания их показателей. Описаны новые направления исследований операционных свойств систем и процессов их функционирования, таких как потенциал систем и операционные свойства использования информационных технологий. Приведены особенности совершенствуемых систем и процессов их функционирования, а также роль информационных технологий при функционировании совершенствуемых систем.
Описаны особенности целенаправленных изменений систем и переходных процессов при функционировании совершенствуемых систем. Объяснена роль информационных технологий при изменениях функционирования систем. Полученные результаты позволили исследовать операционные свойства совершенствуемых систем и использования информационных технологий. Предложены примеры моделей формирования эффектов функционирования совершенствуемой системы. Модели разработаны с учетом реализации информационных и неинформационных действий при функционировании такой системы. Для унифицированного оценивания показателей операционных свойств предложен метод аналитического оценивания, который основан на применении последовательности вводимых унифицированных схем оценивания. Предложена последовательность из трех таких схем, позволяющая оценить все описанные операционные свойства. Раскрыты особенности оценивания с использованием предложенных схем. Полученные результаты должны позволить перейти к решению задач исследования на математических моделях. Полученные результаты проиллюстрированы на примере расчета показателей операционных свойств использования информационных технологий.
Современные системы преобразования текста в речь обычно обеспечивают хорошую разборчивость. Одним из главных недостатков этих систем является отсутствие выразительности по сравнению с естественной человеческой речью. Очень неприятно, когда автоматическая система передает утвердительные и отрицательные предложения совершенно одинаково. Введение параметрических методов в синтезе речи дало возможность легко изменять характеристики говорящего и стили речи. В этой статье представлен простой способ включения стилей в синтезированную речь, используя стилевые коды.
Предлагаемый метод требует всего лишь пару минут заданного стиля, чтобы смоделировать нейтральную речь. Он успешно применяется как в скрытых марковских моделях, так и в синтезе на основе глубоких нейронных сетей, предоставляя стилевой код как дополнительный вклад в модель. Аудирование подтвердило, что наибольшая выразительность достигается за счет синтеза глубоких нейронных сетей по сравнению с синтезом скрытых марковских моделей. Также доказано, что качество речи, синтезированное глубокими нейронными сетями в определенном стиле, сопоставимо с речью, синтезированной в нейтральном стиле, хотя база данных нейтральной речи примерно в 10 раз больше. Глубокие нейронные сети на основе синтеза речи по тексту со стилевыми кодами изучаются путем сравнения качества речи, создаваемой системами одностилевого моделирования и многостилевого моделирования. Объективные и субъективные измерения подтвердили, что между этими двумя подходами нет существенной разницы.
В статье рассматриваются вопросы обработки гидроакустических данных, регистрируемых с помощью гидроакустических исследовательских комплексов. Особое внимание уделено обзорным и интерферометрическим гидролокаторам. Проведен анализ существующих решений по теме исследования, отмечены основные результаты, достигнутые российскими коллективами разработчиков-исследователей. В соответствии с нормативной документацией определены минимально допустимые погрешности измерений при формировании карт донной поверхности для различных хозяйственных отраслей.
В качестве одной из важных проблем, влияющих на эффективность проведения обзорных работ с помощью гидролокационных комплексов авторами определяется проблема сжатия первичных данных, которая, как правило, приводит к потере информации без возможности ее восстановления. Указанные недостатки применяемых в комплексах методов сжатия-восстановления первичной информации и обработки гидроакустических данных снижают общую эффективность применения комплексов как при использовании обзорного гидролокатора, так и при использовании интерферометрического гидролокатора бокового обзора. Следует отметить, что указанная авторами проблема характерна исключительно при использовании в качестве зондирующих импульсов простых тональных сигналов. В рамках численного эксперимента показано, что использование в качестве зондирующих импульсов сигналов с линейно-частотной модуляцией позволяет достаточно эффективно применять комплекс в режиме обзорного гидролокатора.
Приведены результаты численного эксперимента для оценки пространственного положения объекта на дне по гидролокационным изображениям с применением информации о разнице фаз принимаемых сигналов при использовании интерферометрического гидролокатора. На основании результатов эксперимента определены требования для качества регистрации отраженных сигналов различного типа в интерферометрических гидролокаторах бокового обзора.
Авторами предложен способ разрешения отраженных (с частичным перекрытием и наложением) гидроакустических тональных сигналов, основанный на методе деления спектров. Для повышения эффективности при обработке сигналов с линейно-частотной модуляцией авторами предлагается улучшать точность определения момента обнаружения сигнала за счет корректировки по фазе, рассчитанной через наклон скорости изменения частоты модулированного сигнала.
Предложен динамический метод поиска антропогенных объектов в толще морского дна с использованием группы автономных необитаемых подводных аппаратов. В отличие от статического метода, при котором все аппараты с геофонами на борту одновременно заглубляются и прикрепляются ко дну, а после окончания сеанса поиска одновременно всплывают, предложенный метод обеспечивает непрерывность ведения поиска за счет динамического поведения группы аппаратов. В то время как основная часть аппаратов с геофонами занята прослушиванием отраженного сигнала, другая часть аппаратов перемещается далее по своему маршруту. Таким образом достигается непрерывность ведения сейсморазведки в заданном районе и существенное сокращение времени на ее проведение. Предложенный метод представляет собой дальнейшее развитие методов поиска антропогенных объектов на морском дне с использованием необитаемых аппаратов. Приведен алгоритм согласованного поведения аппаратов с геофонами на борту и подводного аппарата, перемещающего излучатель. Определено взаимное положения группы и излучателя, обеспечивающее наиболее эффективное ведение сейсморазведки антропогенных объектов. Определен показатель эффективности — всеазимуталность прихода отраженных от толщи морского дна сигналов, и приведен алгоритм его вычисления. Указан порядок решения задачи определения параметров метода поиска. Определено необходимое количество аппаратов в группе с учетом параметров движения аппаратов и излучателя. Описана математическая модель функционирования системы «излучатель — геофоны». Проведены численные эксперименты по определению оптимальных параметров ведения сейсморазведки антропогенных объектов. Результаты моделирования позволили оценить выигрыш от использования предло-женного метода, определить его оптимальные параметры и разработать рекомендации по его использованию для поиска антропогенных объектов на дне Мирового океана.
Современные стандарты кодирования видеоданных имеют высокую эффективность кодирования, но скорость кодирования может быть улучшена для удовлетворения растущих потребностей мультимедийных приложений. В статье рассматриваются методы и алгоритмы энтропийного кодирования в стандартах кодирования видеоданных H.264/AVC и H.265/HEVC. Контекстно-зависимое адаптивное кодирование с переменной длиной кодового слова CAVLC (Context-based Adaptive Variable Length) для стандарта H.264/AVC изначально предназначалось для ко-дирования с потерями и как таковое не давало адекватной производительности для кодирования без потерь. Контекстно-зависимое адаптивное бинарное арифметиче-ское кодирование CABAC (Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding) — это метод энтропийного кодирования, впервые введенный в H.264/AVC и используемый в стандарте H.265/HEVC. Хотя он обеспечивает высокую эффективность кодирования, зависимости данных в H.264/AVC CABAC затрудняют распараллеливание и, таким образом, ограничивают его пропускную способность. Соответственно, во время стандартизации энтропийного кодирования для HEVC были рассмотрены как эффективность кодирования, так и пропускная способность. На основе анализа их достоинств и недостатков предложен метод энтропийного кодирования с последующим применением нумерационного иерархического кодирования. Он состоит из алгоритма САВАС и алгоритма нумерационного кодирования с применением иерархического подхода. Предложенный метод протестирован в среде разработки Visual C++ на различных тестовых видеопоследовательностях. Результаты экспериментов показали большую эффективность кодирования мультимедийных данных (уменьшает в среднем до 15% объема памяти хранения по сравнению с традиционным методом CABAC), но при этом метод требует большее время кодирования (примерно в два раза). Предложенный метод можно рекомендовать для применения в телекоммуни-кационных системах для решения задач хранения, передачи и обработки мультимедийных данных, где в первую очередь требуется большая степень сжатия.
В статье рассматриваются методологические основы организационно-технологического управления (ОТУ) защитой информационного ресурса (ЗИР) систем электронного документооборота (СЭД) на базе программных средств (ПСр) защиты информации. Разработана концептуальная модель управления ЗИР СЭД на основе концептуальной проработки аспектов формирования методологии ОТУ ЗИР СЭД на базе ПСр ЗИР, обладающая широкими возможностями по ее использованию для разработки способов решения управленческих задач. Представлена методика управления эффективностью функционирования подсистемы защиты информационного ресурса (ПЗИР) в СЭД, предполагающая оптимизацию управляемых параметров подсистемы, обеспечивающих максимизацию интегрального показателя эффективности функционирования ПЗИР, и соответ-ственно, выполнение требований, предъявляемых к подсистеме. Приведен алгоритм определения оптимальных значений управляемых параметров ПЗИР и оптимального значения интегрального показателя эффективности функционирования подсистемы, обеспечивающий возможность создания конкретных подсистем автоматизированного управления эффективностью функционирования ПЗИР в СЭД. Анализируются результаты расчетов по исследованию показателя временной неконфликтности функционирования ПЗИР.
В статье приведено решение проблемы информационного взаимодействия между встраиваемыми вычислительными устройствами при реализации распределённого управления в информационно-измерительной и управляющей системе (ИИУС) роботов с модульной архитектурой. Распределённое управление реализуется за счёт проектирования каждого модуля как устройства со своей собственной ИИУС, содержащей все необходимые для выполнения своего функционала компоненты, включая вычислительные устройства. Вследствие такой функциональной завершенности модулей происходит распараллеливание вычислительного процесса функционирования робота как единой мехатронной системы. В результате существенно снижаются требования к мощности вычислительных устройств ИИУС модулей, в качестве которых оказывается возможным использовать недорогие микроконтроллеры и одноплатные ЭВМ — встраиваемые вычислительные устройства.
Предложена сетевая организация структуры ИИУС робота, что позволило перенести свойство реконфигурируемости сети на структуру модульного робота. Анализ различных топологий сети показал, что топология типа «звезда» имеет ряд преимуществ по сравнению с топологией типа «шина» для применения в гетерогенных модульных роботах.
Показано, что использование Robot Operating System (ROS) для реализации информационного взаимодействия между встраиваемыми вычислительными устройствами либо невозможно, либо существенно затруднено. Предложена спецификация, предназначенная для создания соответствующих программных интерфейсов и языка межмодульного взаимодействия, обеспечивающих включение модулей сторонних производителей в режиме «plug and play». Спецификация основана на принципах ROS, но позволяет реализовать ПО на встраиваемых вычислительных устройствах. На основе многокритериальной оптимизации по Парето получены рекомендации для выбора соответствующих аппаратно-программных средств.
Работоспособность предложенного решения была доказана в ходе экспериментов на установке, состав которой приближен к условиям работы ИИУС гетерогенного модульного робота. Эксперименты показали, что совместная работа программной и аппаратной частей удовлетворяет всем обозначенным требованиям и применима для передачи сообщений исполнительного уровня с частотой до 100 Гц при любой нагрузке на сеть.
Обсуждается проблема взаимной реконструкции изображений лиц в соответствующих друг другу парах. Эта проблема была поставлена в предыдущей статье авторов, а предложенные в ней решения обсуждались с приложением к задачам гетерогенного распознавания изображений лиц (Heterogeneous Face Recognition) и кросс-модального мультимедийного поиска (Cross-Modal Multimedia Retrieval). Эти решения основаны на одномерных и двумерных методах анализа главных компонент для двух исходных наборов изображений лиц и проекции их в независимые собственные подпространства, вычислении матриц взаимной трансформации между этими подпространствами и взаимной реконструкции изображений лиц на основе одномерного и двумерного преобразований Карунена — Лоэва.
В настоящей статье предлагаются новые подходы и решения, основанные исключительно на двумерных методах проекции в собственные подпространства и двух вариантах моделей регрессии — множественной линейной регрессии и регрессии частичных наименьших квадратов.
Приведены результаты экспериментов по взаимной реконструкции изображений лиц в парах скетч/фотографии, в парах лиц с возрастными изменениями, а также в парах изображений лиц в формах 2D/3D. Для проведения экспериментов выбраны два варианта реализации предложенного подхода. Первый из них основан на двумерном анализе главных компонент и регрессии частичных наименьших квадратов, второй — на двумерном методе частичных наименьших квадратов и множественной линейной регрессии. Оба варианта показали приемлемые для практики результаты при решении задачи взаимной реконструкции изображений лиц. Кроме того, рассмотрен способ повышения качества реконструируемых изображений лиц при работе со смешанными базами. Он заключается в классификации на основе двумерного линейного дискриминантного анализа и построении регрессионной зависимости в рамках каждого класса.
Показано также, что в общем случае взаимная реконструкция изображений лиц достижима и в условиях, когда исходные изображения не входили в состав обучающих наборов изображений лиц.
В настоящее время интенсивное развитие систем и технологий регистрации параметров магнитного поля Земли способствует экспоненциальному росту объемов геомагнитных данных, основным источником которых выступают постоянные магнитные станции. Несовершенство применяемой аппаратуры и задействованных каналов передачи информации обуславливает наличие пропусков во временных рядах зарегистрированных данных, что вместе с пространственной анизотропией создает серьезное препятствие для обработки геомагнитных данных при решении прикладных задач. Российские и зарубежные научные организации восстанавливают пропущенные геомагнитные данные методом линейной интерполяции, что обеспечивает приемлемые результаты в условиях спокойной магнитосферы, но значительно искажает временные ряды при изменении окружающей магнитной обстановки. В этой связи возникает актуальная научно-техническая задача разработки подхода к восстановлению геомагнитных данных в условиях возбужденной магнитосферы, обеспечивающего оптимальные метрики качества импутации временных рядов.
Авторами предложен метод восстановления временных рядов, основанный на индуктивном методе обучения алгоритмов. Согласно предлагаемому подходу, каждая магнитная станция оперирует собственной базой знаний, формируемой в ходе регистрации параметров геомагнитного поля и его вариаций. Комбинация значений ряда, предшествующих и следующих за пропуском, является признаковым описанием, применяемым для поиска прецедента в базе знаний магнитной станции. Результат содержит искомый фрагмент временного ряда и заменяет пропущенные значения его уровней. Сложность характера информационного сигнала, обусловленная неспокойной магнитной обстановкой, повышает точность поиска по прецедентам, эффективность которого тем выше, чем большей базой знаний располагает магнитная станция.
Проведенный анализ результатов восстановления пропусков временных рядов геомагнитных данных, зарегистрированных в условиях возбужденной магнитосферы, показал, что предложенный индуктивный метод импутации позволяет повысить точность восстановления пропущенных значений в среднем на 79.54 % по сравнению с используемыми в настоящее время методами, что позволит повысить эффективность обработки геомагнитных данных при решении прикладных задач.
Настоящая работа посвящена численным методам решения задачи распространения электромагнитных волн вблизи поверхности Земли. Построены дискретные нелокальные граничные условия для конечно-разностной аппроксимации Паде однонаправленного уравнения Гельмгольца. Полученные условия позволяют учитывать линейно растущий по высоте коэффициент преломления выше расчетной области, что делает их полезными для применения в задачах распространения радиоволн в неоднородной тропосфере. Предложенный метод не требует введения искусственного поглощающего слоя в окрестности верхней границы расчетной области. Использование аппроксимаций Паде позволяет проводить расчеты с достаточно большим шагом по продольной координате, что положительно влияет на производительность. Метод не накладывает существенных ограничений на максимальный угол распространения и может использоваться в среде с наличием горизонтальных препятствий. Выполнено сравнение с методом расщепления Фурье и конечно-разностной схемой Кранка-Николсон.
Исследуется задача нахождения сообществ в графе, представляющем собой фрагмент академического Веба, вершинами которого являются сайты научных организаций, а дугами — гиперссылки. Предлагается новый подход, основанный на методах коалиционной теории игр, применение которого приводит к устойчивому коалиционному разбиению. Для этого определяется функция предпочтения для любой пары вершин в графе, и тогда нахождение стабильного разбиения сводится к нахождению максимума потенциальной функции. Описан реализованный алгоритм поиска стабильного разбиения, даны оценки его сложности. Делается сравнение предлагаемого метода с двумя известными методами нахождения сообществ, в том числе эффективность нового метода показывается на разбиении на сообществафрагмента Веба, состоящего из официальных сайтов Сибирского и Дальневосточного отделений РАН.
В статье предложен подход к оценке киберустойчивости компьютерных сетей, основанный на аналитическом моделировании компьютерных атак с применением метода преобразования стохастических сетей. Обосновывается понятие киберу-стойчивости компьютерных сетей. Рассматриваются математические основы такой оценки, позволяющие с помощью аналитических выражений вычислить показатели киберустойчивости. В качестве основного показателя предлагается использовать коэффициент исправного действия по киберустойчивости. Рассматриваемый подход предполагает построение аналитических моделей реализации компьютерных атак. Для построения аналитических моделей кибератак применяется метод преобразования стохастических сетей. Результатом моделирования является функция распределения времени и среднее время реализации кибератаки. Эти оценки используются затем для нахождения показателей киберустойчивости. Приведены экспериментальные результаты аналитического моделирования, которые показали, что предложенный подход обладает достаточно высокой точностью и устойчивостью получаемых решений.
Обнаружение аномалий в перемещениях сотрудников является важной задачей, которая связана с обеспечением киберфизической безопасности предприятий, включая критические инфраструктуры. В работе представлен подход к анализу перемещений сотрудников критической инфраструктуры, отличающийся сочетанием алгоритмов интеллектуального анализа данных и интерактивных методик визуализации. Он включает в себя два этапа – определение групп сотрудников с похожим поведением и обнаружение аномалий. Группировка пользователей по их поведению осуществляется с помощью самоорганизующихся карт Кохонена; для отображения пространственно-временных шаблонов поведения используется разработанная авторами модель визуализации BandView. Для обнаружения аномалий в поведении сотрудников предлагается механизм оценки значений пространственно-временных атрибутов движения. Отображение отклонений осуществляется с помощью тепловой карты, позволяющей аналитику с легкостью определить зону и интервал времени с подозрительной активностью. Подход апробирован на наборе данных, предоставленном в рамках конкурса VASTMiniChallenge-2 2016, который описывает перемещения сотрудников внутри здания организации.
На основе проведенных исследований автоматизированных систем управления промышленных предприятий в работе предложена математическая модель аутентификации персонала с использованием технологии формирования и обработки гетерогенного потока, содержащего с источников видеонаблюдения в трафике видеоданных фотографические идентификационные признаки персонала. Отличительной особенностью модели являются операторы переходов и выходов, направленные на формирование сигнала управления по результатам обработки агрегированного потока видеоданных, выделении кадров-вставок, несущих фотографические идентификационные признаки о персонале, сегментации пространства изображения, необходимого для аутентификации персонала в интегрированной системе контроля и управления доступом, а также применение технологий по восстановлению видеопотока. Разработана методика идентификации кадров-вставок в гетерогенном потоке видеоданных, базирующаяся на оценке суммарной дифференциальной экстремальной яркости кадров-сверток, анализе гистограмм изображений кадров по коэффициентам корреляции и полиномам Чебышевской аппроксимации, отличающаяся использованием динамического порога при идентификации кадров и принятия решения об их классе на основе мажоритарного способа обработки данных. Представлены результаты имитационного моделирования процесса аутентификации персонала на основе предложенных модели и методик, позволяющие оценить эффективность визуальной аутентификации персонала при выполнении требований достоверности принятия решения и ограничения пропускной способности сети передачи данных.
В статье предложено использование барицентрического метода в решении задач анализа характеристик излучения зеркальных антенн. Формализация задачи выполнена в приближении электродинамической теории зеркальных и полосковых антенн при сведении к решению системы сингулярных интегральных уравнений. В постановке барицентрического метода решение формируемой системы предполагается выполнять численно с использованием вариационных методов Галёркина и Ритца. Для повышения эффективности решения в сравнении с известными методами аппроксимация Ритца для областей анализа (раскрывы рефлекторов и излучателей) задается без их разбиения на элементарные подобласти (конечные элементы). Для заданной аппроксимации исходная задача сведена к системе линейных уравнений. С целью определения предпочтительности применения барицентрического метода рассмотрен пример решения задачи анализа зеркальной антенны при сравнении с существующими методами, которые формируют аппроксимацию базисными функциями путем разбиения проводящей поверхности антенны на подобласти простой формы.
В настоящее время все большее распространение получают крауд-вычисления, то есть, привлечение к задачам обработки информации широкого круга людей, взаимодействующих посредством инфокоммуникационных технологий. Тем не менее, практическое применение этой технологии в значительной мере сдерживается неопределенностью качества получаемых результатов. В этих условиях задача систематизации сведений об используемых на данный момент методах обеспечения качества и идентификации перспективных направлений их развития является особенно актуальной. В статье обсуждаются результаты систематического обзора журнальных публикаций полнотекстовых баз ScienceDirect и IEEE Xplore, вышедших после 2012 года. Выделены наиболее распространенные на данный момент направления в обеспечении качества, используемые модели и принимаемые допущения, обозначены границы применимости методов. Отмечено, в частности, что наибольшее распространение получили методы, основанные на согласовании оценок, полученных от разных участников, и методы, основанные на применении теоретико-игровых моделей.
Рассматриваются вопросы, связанные с тестированием эффективности практической реализации методов решения начальной задачи для обыкновенных дифференциальных уравнений. Анализируется алгоритм, заложенный в программную реализацию метода Дорманда — Принса (процедуры ode45 — наиболее популярной из входящих в стандартный набор методов MATLAB). Представлены разработанные авторами так называемые структурные методы решения систем уравнений специального вида, которые на одном шаге требуют меньше вычислений, чем метод Дорманда — Принса, используемый в ode45. Структурные методы реализованы на базе того же алгоритмического и программного ядра, что лежит в основе ode45 с целью обеспечения максимально объективного сравнения эффективности работы каждого из рассматриваемых методов. На ряде примеров демонстрируется превосходство полученных процедур над ode45 по соотношению глобальной погрешности и вычислительных затрат.
Предлагается метод решения задачи поиска оптимального управления динамической системой, когда ограничения налагаются как на управление, так и на фазовые переменные в промежуточных точках траектории. При этом полагается, что известны начальное и конечное положения динамической системы и неизвестно некоторое опорное управление, для которого траектория движения удовлетворяет налагаемым ограничениям, и при этом динамическая система переводится из начального положения в конечное положение. Решение сформулированной задачи ищется путем корректного сведения ее к последовательности частных задач, методы решения которых известны, и процедура этого сведения не допускает потери решений. Предложенный метод назван в работе методом целенаправленной замены оптимизируемого функционала. Приведен пример реализации данного метода в вопросах проектирования ракетно-космической техники.
В статье представлена динамическая модель функционирования системы защиты информации (СЗИ) от несанкционированного доступа (НСД) в автоматизированных информационных системах (АИС), созданная на основе аппарата сетей Петри. Разработана математическая модель оценки динамического показателя эффективности функционирования СЗИ от НСД в АИС на основе использования операционного метода преобразования Лапласа и численного метода решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) методом Гивенса (методом вращения). Представлен алгоритм расчета динамического показателя эффективности СЗИ от НСД в АИС с учетом выбранного метода решения СЛАУ, который в дальнейшем может быть использован при разработке комплекса программ анализа, моделирования и оценки динамического показателя эффективности СЗИ от НСД в АИС. Выбор и разработка показателя эффективности функционирования СЗИ от НСД в АИС в данной статье осуществлялся на основе анализа ГОСТ 28195-89.
В статье представлена методика обоснования требований к системе технического зрения робототехнического комплекса. Система технического зрения робототехнического комплекса рассматривается как совокупность двух подсистем: измерения и распознавания. Для реализации методики разработаны: методики расчетов частных критериев оптимальности для решения задачи обоснования технических требований и оценки области поиска оптимальных значений характеристик измерительных средств системы технического зрения робототехнического комплекса; рекурсивная процедура выбора оптимальных значений характеристик измерительного средства системы технического зрения робототехнического комплекса; схема компромисса для оценки оптимальных технических характеристик перспективных измерительных средств системы технического зрения робототехнического комплекса в различных технико-экономических концепциях.
Поиск оптимального решения производится по частным критериям: эффективность распознавания, стоимость и риск создания измерительного средства. Для построения рекурсивной процедуры на основе сформулированных допущений и утверждения синтезирован критерий, обеспечивающий поиск Парето-оптимальных решений. Разработанная методика при выборе решения из компромиссной области позволяет учитывать существующую (желательную) технико-экономическую концепцию создания робототехнического комплекса.
Известно, что технология реализации задач распознавания и принятия решений на основе классических нейронных сетей имеет ряд сложностей, среди которых необходимость наличия значительной по объему обучающей выборки; длительность и сложность алгоритмов обучения; сложности с выбором параметров структуры сети, таких как количество нейронов, слоев, связей, а также способа соединения нейронов; возможные сбои и не удачи во время обучения с необходимостью повторных изменений параметров сети и повторного обучения. В данной работе рассматривается возможность создания на основе алгоритмов метрических методов распознавания, в частности на основе алгоритма ближайшего соседа, многослойного персептрона с полной системой связей и с пороговой функцией активации. Такая возможность позволяет в итоге создать полносвязный многослойный персептрон, такие параметры которого, как количество нейронов, слоев, а также значение весов и порогов определяются аналитически. Также рассмотрена закономерность, определяющая распределение весовых и пороговых значений для второго и третьего слоя полученного многослойного персептрона, на основе которого предложен алгоритм вычисления пороговых и весовых значений многослойного персептрона, а также приведен пример, реализующий данный алгоритм. Также рассмотрены возможные применения полученных сетей для разных задач.
В статье разработан векторный барицентрический метод, предлагаемый для решения внутренней задачи электродинамики — решение уравнений Максвелла или соответствующих им волновых уравнений в ограниченной расчетной области с заданными граничными условиями. Разработанный метод относится к методам прямого решения краевых и начально-краевых задач математической физики, основой для формирования которых служат результаты, полученные В. Ритцем, И.Г. Бубновым и Б.Г. Галеркиным. Основная идея метода заключается в обобщении процедуры аппроксимации векторного потенциала, реализуемой полиномами лагранжевого типа. Аппроксимирующий полином формируется в барицентрической системе координат для всей области анализа в целом без ее разбиения на элементарные подобласти. Предполагается, что область анализа является областью с кусочно-линейной границей, а размерность барицентрической системы координат определяется числом вершин анализируемой области. С учетом ряда особенностей реализация векторного барицентрического метода выполнена как в частотной, так и во временной областях. Рассмотрено решение задачи управления электромагнитным полем в приближении векторного барицентрического метода.
В этой статье предлагается методика скрытой передачи информации в слышимой области частотного спектра воздушной среды, а именно — построения, внедрения, выделения и восстановления скрываемого сигнала, когда передача осуществляется через воздушный аудиоканал. Скрываемый сигнал состоит из двух частей. Одна часть используется для синхронизации, а другая часть — информационная. В основе синхронизационной части лежит последовательность Касами, тогда как в основе информационной — кодовое слово кода БЧХ. Обе части скрываемого сигнала получаются путем специального кодирования своих двоичных элементов. При выполнении этого кодирования используются последовательности Голда и RZ коды. В качестве скрывающего или несущего сигнала используется аудиосигнал, который может представлять собой как речь, так и музыку. Построение стегоаудиосигнала выполняется путем внедрения скрываемого сигнала в частотную область скрывающего сигнала. Внедрение представляет собой амплитудную модуляцию отдельных спектральных составляющих скрывающего сигнала. В статье аналитически рассматривается вопрос возможности восстановления скрываемого сигнала, после передачи стегоаудиосигнала через воздушный аудиоканал. Статья снабжена результатами имитационного моделирования и натурных экспериментов передачи стегоаудиосигнала через воздушный аудиоканал.
В статье предлагается рассматривать задачу обработки SPARQL-запросов к онтологии как задачу удовлетворения ограничений. Кратко представлен формальный аппарат, служащий для описания задач удовлетворения ограничений с помощью специализированных матрицеподобных структур. Применение данного аппарата позволяет более эффективно по сравнению с табличным представлением описывать, хранить и обрабатывать нечисловые ограничения предметной области. Для ускорения обработки запросов к онтологиям большого объема предлагается применить ранее разработанный авторами метод распространения нечисловых ограничений. По сравнению с традиционным подходом к обработке SPARQL-запросов, базирующимся на динамическом программировании, предлагаемый метод позволяет ускорить их выполнение за счет «компактного» представления онтологии, а также применения оригинальных авторских правил редукции пространства поиска. На конкретном примере показано использование этого математического аппарата для снижения размерности пространства поиска при выполнении запроса к онтологии междисциплинарных знаний.
Статья является продолжением описания исследований, посвященных анализу методов корреляции событий безопасности в системах управления информацией и событиями безопасности (SIEM-системах). В данной части рассматриваются методы непосредственной корреляции событий безопасности, применяемых на этапах, описанных в предыдущей статье. Приводится классификация рассматриваемых методов корреляции и результаты анализа их достоинств и недостатков, а также оценивается эффективность их применения на различных этапах процесса корреляции.
Работа посвящена вопросу идентификации текстов, сгенерированных автоматически (искусственно) с помощью программных алгоритмов. Данная задача является актуальной в связи с ростом распространения таких текстов, распространяемых в Интернете. Создаваемые «копии» веб-страниц используются для привлечения читателей к интернет-ресурсам, а также для распространения большого количества уникальных экземпляров страниц с контентом определенной направленности.
В статье описаны особенности определения происхождения текста на примере работы с текстами, порожденными методом синонимизации, как наиболее распространенного метода генерации искусственных текстов, представляющих собой веб-контент. Предложен инвариант искусственно созданных текстов, представляющий собой набор значений текстовых характеристик, который позволяет классифицировать тексты по способу их создания. Предложен метод определения искусственно созданных текстов на основе расчета меры принадлежности входного текста к инвариантам, позволяющий принять решение о происхождении текста. В статье также приведены значения, полученные в ходе проведения серии экспериментов по определению искусственно созданных текстов.
Предложен математический метод, основанный на использовании комплексных статусных функций, приписываемых состоянию объекта. Метод ориентирован на непосредственное описание математической модели канала обратной связи эргатических систем. Статусные функции формируются как оптимальный, ортонормированный базис системы. Введены правила работы со статусными функциями, представлена их интерпретация. Предложен метод формирования оператора преобразования сигналов, представленных статусными функциями. Таким образом, осуществлено совершенствование математического обеспечения анализа взаимодействия в интегрированной образовательной среде на основе моделирования компетентностного портрета участников процесса обучения, которое отличается использованием статусных функций, что позволило осуществить формирование многокомпонентной оценки компетенций в форме комплекснозначных функций.
Применение интегрированных систем менеджмента (ИСМ) в настоящее время привлекает внимание высшего руководства самых разных организаций: нефтеперерабатывающих, приборостроительных, авиационных и оборонных. Однако, на данный момент остается важной проблемой выполнение аудита в ИСМ — реализация в полном объеме комплекса проверок различных стандартов ISO при ограничении или существенном сокращении доступных ресурсов.
В то же время постоянное совершенствование принципов управления, и в частности переход к мышлению, основанному на рисках, обеспечивают повышение интереса к рациональному применению стандартов ISO. В данном исследовании предлагается методика оптимизации программы аудита ИСМ, основанная на принципах непрерывной адаптации при поступлении данных в течение одного микроцикла аудита. Дополнительным преимуществом данной методики является применение численных метрик аудита информационной безопасности, способствующих постоянному повышению уровня обеспечения информационной безопасности организаций.
В статье предложены контекстно-ориентированные онтологические методы описания социальных объектов. В основе методов лежит графовая модель онтологии. Модель основывается на множестве двухуровневых деревьев, называемых ветвлениями, вершины которых состоят из пар понятий. Первое понятие пары – термин, второе – контекст, относительно которого рассматривается термин. Предложено правило контекстного обобщения понятий, стоящих в позициях контекста. Разработаны алгоритмы построения графа иерархии контекстов и терминологического графа. Получен критерий логической связности онтологии, основанный на структуре терминологического графа. Особенности описываемой модели и работа пользователя при ее применении продемонстрированы на примере.
С точки зрения информационной безопасности встроенные устройства представляют собой элементы сложных киберфизических систем, работающих в потенциально враждебном окружении. Поэтому разработка таких устройств является сложной задачей, часто требующей экспертных решений. Сложность задачи разработки защищенных встроенных устройств обуславливается различными типами угроз и атак, которым может быть подвержено устройство, а также тем, что на практике вопросы безопасности встроенных устройств обычно рассматриваются на финальной стадии процесса разработки в виде добавления дополнительных функций защиты. В статье предлагается методика проектирования, применение которой будет способствовать разработке безопасных и энергоэффективных киберфизических и встроенных устройств. Данная методика организует поиск наилучших комбинаций компонентов защиты на основе решения оптимизационной задачи. Работоспособность предлагаемой методики демонстрируется на основе разработки прототипа защищенной системы охраны периметра помещения.
В статье предложены критерии выявления групп объектов на основе не-определенных оценок значений их качественных признаков.
Решаются задачи выявления однородных и неоднородных групп объектов. В однородных группах значения одноименных качественных признаков всех объектов совпадают. В неоднородных группах объектов значения таких признаков могут не совпадать, однако должны удовлетворять априорно заданным допустимым сочетаниям.
Для выявления групп объектов применяется теоретико-графовый подход. При этом неопределенные оценки признаков объектов представляются в виде множеств их возможных значений. При принятии решения о принадлежности пары объектов к одной группе используется трехзначная логика, что позволяет выявлять возможные и достоверные группы.
Статья посвящена анализу методов корреляции событий безопасности в системах управления информацией и событиями безопасности (SIEM-системах). Процесс корреляции событий безопасности рассматривается в виде многоуровневой иерархии этапов, цель каждого из которых заключается в выполнении определенных операций над обрабатываемыми данными безопасности. На основе результатов проведенного анализа в работе приводится описание каждого этапа процесса корреляции и схемы их взаимодействия.
В статье рассмотрен подход к представлению распределений вероятностей в виде двухуровневой композиции интегрального ядра и фазовой функции, являющейся обобщением понятия плотности распределения случайного параметра. Показаны возможности гипердельтной аппроксимации фазовой функции, а также ее взаимосвязь с формированием распределений фазового типа. Предложен метод формирования аппроксимационных распределений на основе произвольной фазовой функции методом производных.
В работе рассматриваются различные методы обнаружения сетевых атак. Основное внимание уделяется построению обобщенной классификационной схемы методов обнаружения сетевых атак, представлению сущности каждого из рассмотренных методов и их сравнительному анализу в рамках предложенной классификационной схемы.
Рассматривается задача формирования траекторий движения группы подвижных объектов, функционирующих в двумерной среде с неподвижными препятствиями. Эта задача решалась графоаналитическими методами, основанными на алгоритмах Дейкстры, Беллмана-Форда и A*. Поставлен эксперимент, включающий компьютерное моделирование, результатами которого явились данные о времени движения группы подвижных объектов по траекториям. На основании данных результатов моделирования произведено их сравнение, которое позволило сделать вывод об эффективности различных методов решения задачи, и помогло выявить наиболее оптимальный.
Сформулированы аксиомы, позволившие выделить теорию многокритериального выбора на конечном множестве альтернатив из общей теории принятия решений. Теория, объединившая все известные методы многокритериального выбора в сис-тему, положена в основу учебника «Теория принятия управленческих решений».
В статье рассматривается метод модернизации информационных систем на основе анализа их функциональной нагрузки. Рассмотрены оценки структурно-функционального состава информационных систем экологического мониторинга для реализации и поиска оптимальных вариантов решения задач реструктуризации.
Эффективная защита конфиденциальной речевой информации генераторами маскирующего шума является достаточно важной задачей для большинства государственных и коммерческих учреждений. Тем не менее, в настоящее время нет единого подхода к оценке качества маскирующих шумов для зашумления речевой информации, а существующие методики нуждаются в серьёзной доработке. В статье представлена модифицированная методика оценивания качества шума, используемого при маскировании речевой информации. Данная методика на основе введённого параметра равномерности амплитудного спектра позволяет учитывать и рассчитывать степень провалов в частотной области шумового сигнала.
В статье рассматривается подход к обоснованию модернизации сети связи по внедрению новых коммуникационных услуг. Критерием оптимальности доработок сети является экономическая эффективность. Анализируются проблемы внедрения новых коммуникационных услуг. Приводятся структурно-функциональная модель модернизации сети связи и модель принятия решений по выбору оптимальных по заданному критерию доработок каждой системы сети связи. Результаты моделирования иллюстрируются расчетным примером.
В рамках инфологического подхода, в целях автоматизации процесса записи больных в медицинских учреждениях, предложена методика обработки обращений пациентов на основе применения инфологической системы, позволяющая организовать электронную запись больных к специалистам медицинского учреждения путем выявления семантического содержания жалоб на состояние здоровья.
В работе рассматривается задача формирования единого информационного пространства промышленного предприятия в виде мультипредметной информационной системы промышленного предприятия (МИСПП). Предложена архитектура мультипредметной информационной системы промышленного предприятия, метод автоматизированного формирования семантической модели предметной области информационной системы на основе принципа «пользователь как эксперт», метод формирования когнитивных пользовательских интерфейсов, адаптированных для различных категорий пользователей, и метод поиска, обеспечивающий автоматизированное расширение запроса и оценку релевантности результатов поиска на основе совместного анализа формализованной ментальной модели и семантической модели предметной области с учетом субтрактивных отношений.
В статье рассматриваются основные методологические примитивы на примере поэтапного построения модели визуализации с заранее подготовленными данными, с целью сформировать комплексное видение процесса создания модели и влияющих на неё аспектов. Приводится классификация примитивов и их связи между собой в соответствии с этапами построения модели. Рассматриваются библиотеки визуализации на популярных языках программирования.
Трактовка функций, применяемых различными методами оптимизации, ожидаемой полезностью, естественной для принятия решений, позволила выделить две группы методов – критериального и функционального выбора. Первые устанавливают предпочтения на значениях критериев, а вторые – на значениях функций, отражающих предпочтения на шкалах признаков. Роль видовых отличий отведена шкалам, в которых измеряются признаки. Такая трактовка функций, не зависящая от способа их создания, позволила рассматривать методы многокритериальной оптимизации и многомерной полезности с единых позиций. К группе методов функционального выбора отнесён и метод анализа иерархий, использующий функции приоритетов, вычисляемые на основе матриц парных сравнений. Полученная система методов позволяет сопоставлять их по качеству и оценивать эффективность решения конкретных задач.
Рассматриваются основные способы применения интеллектуальных методов и алгоритмов, синтезированных на их основе, представления данных сетевого мониторинга для управления рисками информационной безопасности защищенных мультисервисных сетей (ЗМС). Разработана и исследована математическая модель интеллектуального представления данных для анализа и оценки риска информационной безопасности ЗМС.
Рассматривается метод автономной косвенной идентификации коэффициента преобразования маятникового компенсационного акселерометра, позволяющий с высокой точностью определить указанный коэффициент в условиях орбитального полета встроенными аппаратно-программными средствами данного измерителя и, таким образом, снизить погрешность определения приращения кажущейся скорости при выполнении маневра космическим аппаратом.
В статье реализован один из подходов количественной оценки скрытности вредоносных воздействий, приведён способ формирования множества потенциально реализуемых воздействий, раскрыто понятие демаскирующих признаков воздействий, проведено количественное сравнение отрицательного и положительного эффектов при выборе конкретного механизма воздействия.
Анализ существующих систем неразрушающего рентгеновского контроля изделий микроэлектроники, их основных возможностей и характеристик свидетельствует о необходимости разработки метода мультиэнергетической рентгенографии, позволяющего расширить возможности цифровой рентгенографии на изделия микроэлектроники с неоднородной структурой. Разработанный метод позволяет получить минимальный набор цифровых рентгеновских изображений изделия микроэлектроники с неоднородной структурой за счет обоснованного выбора команд источнику рентгеновского излучения для запуска "рабочих" режимов экспозиции. Указанный набор изображений обеспечивает возможность проведения контроля дефектов изделия по результатам визуализации внутренней структуры всех его функциональных элементов с требуемым качеством.
Данная работа направлена на разработку метода численного оценивания криптостойкости блочного шифра к различным методам криптоанализа при заданных ограничениях. Его использование позволяет сравнивать криптостойкость разных шифров и быстро определять возможность их взлома на практике
Рассматривается задача обоснования целесообразных мероприятий информационной безопасности социально важных объектов. Для ее решения предлагается усовершенствованный метод, ориентированный на более гибкий учет особенностей текущих ситуаций. Предложен ряд новых марковских моделей защищаемых процессов и возможных угроз применительно к структурам Пенсионного фонда. Приведены результаты моделирования.
Рассмотрены подходы к проведению анализа защищенности информационных систем. Предложена модель процесса анализа защищенности информационных систем на основе теории принятия решений. Рассмотрены существующие методы решения проблемы марковских процессов принятия решений в условиях частично наблюдаемой среды.
В статье описывается численно-аналитический метод расчёта моделей нестационарных систем обслуживания. Находится решение системы уравнений Чепмена — Колмогорова в аналитическом виде. Приводится алгоритм построения решения и особенности его программной реализации на языке Java. Также приводятся результаты сравнения времени работы и точности выходных данных метода со временем работы и точностью выходных данных численного метода типа Рунге — Кутты, который используется в Matlab для решения аналогичных задач.
Анализ методик систем обнаружения сетевых атак является перспективным направлением в области защиты сетей и сетевых систем. В статье рассматривается подход к оценке алгоритмов и механизмов обнаружения атак. Новизна предлагаемой методики заключается в возможности создания самообучающихся систем для обнаружения вторжения. В статье рассмотрены основные элементы алгоритмов обнаружения атак.
В статье предлагается метод оценки качества технических текстов, основанный на применении подхода аналитического самореферирования. Предлагается эвристический критерий качества текстов, основанный на оценке скорости уменьшения объема реферата текста.
Представлен подход к обеспечению устойчивости стратегии развития информационных технологий в организации, заключающийся в разработке процедуры формирования требований к значениям ключевых показателей эффективности ИТ-процессов на основе балансировки их согласованного влияния на прогнозируемые уровни достижения ИТ-целей с применением методов эволюционных вычислений. Данная процедура осуществлена посредством разработанной методики в три этапа, отличительной особенностью которой является формирование требований к уровням достижения ИТ-целей организации на основе оценок их относительной важности для обеспечения требуемого уровня ИТ-стратегии организации, а также применение высоко робастного генетического алгоритма Холланда с введением в него условий адаптации на основе выделенных контуров влияния на целевые концепты нечеткой когнитивной модели.Результаты применения методики позволяют скорректировать ИТ-стратегию и обеспечить ее устойчивость на заданном интервале планирования, что в перспективе снижает степень рассогласования между текущим и требуемым состоянием ИТ-архитектуры организации.
В данной статье предлагается усовершенствованная методология и технология имитационных исследований сложных систем, как результат развития и совершенствования традиционной методологии. Основным отличием усовершенствованной методологии является последовательная автоматизация процесса исследования и интеграция всех программ в единый комплекс. Программные комплексы, создаваемые на основе данной методологии, позволили в среднем сократить в несколько раз время проведения исследования сложных систем и значительно увеличить круг потенциальных пользователей имитационного моделирования
В статье описывается выбор оптимального фонемного набора для системы автоматического распознавания русской речи. При создании акустических моделей был предложен комбинированный метод для выбора наилучшего фонемного набора, объединяющий статистическую информацию и фонетические знания. В результате применения данного метода к русскому фонетическому набору алфавита IPA (International Phonetic Alphabet) был получен набор из 47 фонологических единиц, который был преобразован в несколько фонемных наборов с разным размером от 27 до 47 единиц. Эксперименты по распознаванию речи показали, что использование сокращенных фонемных наборов позволяет увеличить точность распознавания фонем. В ходе экспериментов с применением расширенной языковой модели и сверхбольшим словарем точность распознавания слов составила 73,1%. Полученные результаты соответствуют качеству распознавания слитной русской речи, полученному на настоящий момент другими организациями.
Алгебра кортежей – математическая система для формализации многоместных отношений. С ее помощью можно моделировать в одних и тех же структурах как данные (графы, многоместные отношения), так и знания (семантические сети, модели рассуждений, формулы исчисления высказываний и предикатов, продукционные системы, онтологии и т.д.). В то же время сами эти структуры имеют матрицеподобную форму, а все алгоритмы их обработки легко распараллеливаются.
В статье рассмотрены модели и методы автоматизации проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе функционально-структурной теории человеко-машинных систем и обобщенного структурного метода проф. А.И. Губинского. Описаны основные понятия и определения функционально-структурной теории. Представлен алгоритм генерации последовательно-параллельных соединений операций с учетом дополнительных ограничений, алгоритм генерации альтернативных вариантов процесса функционирования человеко-машинных систем на основе совпадения целей операций, алгоритм генерации параметрических альтернатив на основе шаблона. Приведены основные понятия и определения, необходимые для алгоритма генерации фрагментов процесса с учетом обязательных сочетаний операций. Предложено использование матрицы обязательных сочетаний операций, в которой ненулевые элементы строк имеют смысл единственно возможных сочетаний способов выполнения соответствующих типовых функциональных единиц в альтернативах. Введено понятие состав и понятие парной несовместимости составов, на основе которой происходит распределение выполняемых функций составами. Описана интеграция оптимизационных моделей процессов функционирования человеко-машинных систем с методом имитационного моделирования, так как функциональная структурная теория применима только для процессов без последействия и при отсутствии зависимых операций. Предлагается способ устранения данного ограничения путем интеграции технологии проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе функционально-структурной теории с методом имитационного моделирования тех участков процесса, для которых не выполняются указанные выше требования функционально-структурной теории.
В работе рассматривается классификация поискового спама. Выделяются характерные признаки контента веб-страниц, различающихся для спама и не спама. Предлагается использование метода опорных векторов для определения принадлежности веб-страницы к спаму. Приводятся результаты проведенных экспериментов.
Статья предлагает метод и комплекс типовых моделей для решения проблемы согласования онтологий, обозначенной в предыдущей публикации автора. Предложенный метод объединяет лексический, структурный и семантический подходы. Представленные типовые модели интеграции знаний и согласования элементов онтологий могут существенно ускорить процессы интеграции знаний и согласования онтологий за счет использования схем, основанных на знании типовых решений.
Сингулярный спектральный анализ (ССА) является относительно новым методом анализа нестационарных временных рядов. Слабой стороной ССА является отсутствие аналитического модельного представления ряда, например, в виде суммы простых функций, компактное аналитическое представление которых могло бы быть нагляднее и доступнее для интерпретации, чем совокупность большого количества компонент. В настоящей работе описан оригинальный метод вариативного моделирования, позволяющий устранить отмеченную слабую сторону ССА путем совместного использования его и метода моделетеки для получения компактного и легко интерпретируемого модельного представления изучаемого временного ряда с желаемым уровнем его адекватности ряду, цели и условиям идентификации. Первый этап предлагаемого метода заключается в разложении исходного временного ряда на компоненты с помощью ССА. Разложение исходного ряда завершается выделением интересующих исследователя компонент. На втором этапе компоненты идентифицируются моделями из априори сформированной моделетеки согласно целям идентификации. Результатом является результирующая модель исходного временного ряда в аддитивной или аддитивно-мультипликативной форме. Применимость метода рассматривается на примерах идентификации искусственного ряда и реальных ежедневного данных изменения мутности воды в реке в г. Челябинске за 2005 г. Первый этап предлагаемого метода заключается в разложении исходного временного ряда на компоненты с помощью ССА. Разложение исходного ряда завершается выделением интересующих исследователя компонент. На втором этапе компоненты идентифицируются моделями из априори сформированной моделетеки согласно целям идентификации. Результатом является результирующая модель исходного временного ряда в аддитивной или аддитивно-мультипликативной форме. Применимость метода рассматривается на примерах идентификации искусственного ряда и реальных ежедневного данных изменения мутности воды в реке в г. Челябинске за 2005 г.
Фундаментальное свойство пространственно-угловой симметрии полей излучения плоского однородного слоя конечной оптической толщины используется для усовершенствования численно-аналитических методов и упрощения соответствующих алгоритмов классической теории переноса излучения. Вводится новое понятие этой теории (фотометрические инварианты), с помощью которого формулируется принцип зеркального отображения (симметрии) полей излучения природных сред. Для применения этого принципа модифицируется основная краевая задача теории переноса излучения для плоских однородных сред в терминах введенных величин. Упрощения алгоритмов численного моделирования скалярных полей излучения таких сред проведено для хорошо известных методов сферических гармоник, дискретных ординат, а также методов Гаусса-Зайделя, Кейза и Ханта-Гранта. Показано, что использование фотометрических инвариантов скалярных полей излучения существенно повышает эффективность их численного моделирования.
Рассматривается метод избыточных переменных для контроля и коррекции вычислительных процессов в реальном времени, что необходимо для повышения на-дежности вычислительных процессов. Рассматриваются вопросы эквивалентности ис-ходных и расширенных систем, повышения помехоустойчивости, коррекции вперед. Приводится сравнение метода избыточных переменных с другими известными методами контроля, диагностики и коррекции вычислительных систем.
В статье описана методика обучения студентов – будущих врачей компьютерному моделированию, которое обеспечивает повышение уровня информационно-технологической компетентности студентов и, тем самым, оказывает положительное влияние на процесс обучения в целом. Показан обоснованный выбор метода обучения, выделены виды учебной деятельности студентов, описаны технологические приемы, способствующие освоению знаний.
Рассмотрен подход к проектированию оптимальной структуры многофункционального беспроводного средства измерения тактильных параметров с автономным питанием на основе поиска кратчайших путей на графе, весам которого поставлен в соответствие обобщенный показатель, учитывающий энергопотребление, стоимость и техническую совместимость функциональных узлов. Приведен пример повышения точности оценки измеряемых параметров функционального состояния человека при использовании комбинированных беспроводных средств измерений.
Предложен метод концептуального моделирования технических систем (ТС), основанный на комбинированном применении известных методов структурно-функционального анализа, объектно-ориентированного и совместного объектно-функционального моделирования. Получаемый при этом полезный эффект заключается в упрощении решения задач построения концептуальных моделей конструкции, процессов управления состояниями и управляемого функционирования ТС за счет задействования потенциальных возможностей приобретения и использования взаимодополняющей информации в ходе попеременного применения указанных методов моделирования.
В статье предпринята попытка использования математического аппарата нечеткой логики для оценивания эколого-экономической безопасности предприятий и оценки рисков, возникающих в ходе их хозяйственной деятельности. Проведено зонирование угроз эколого-экономической безопасности и разработан метод оценивания эффективности рекомендаций по комплексу необходимых мероприятий для предотвращения ущербов и минимизации потерь.
По мнению многих исследователей, одним из наиболее действенных способов повышения качества рекомендующих систем является использование этими системами информации о текущем контексте. В статье произведен обзор основных методов использования информации о контексте в системах коллаборативной фильтрации. Особое внимание уделено разновидностям метода предварительной контекстной фильтрации и метода разложения матрицы предпочтений в связи с их перспективностью и широким распространением.
В работе представлена методика верификации сетевых информационных потоков информационно-телекоммуникационных систем со встроенными устройствами. Цель методики – оценка защищенности разрабатываемой системы и проверка соответствия информационных потоков в реальной системе заданным политикам. Проводимая верификация базируется на методе «проверки на модели» с использованием программного средства SPIN. Верификация информационных потоков проводится на начальных этапах проектирования и обеспечивает более раннее обнаружение противоречий в используемой политике безопасности и несоответствий топологии сети требованиям информационно-телекоммуникационной системы.
В настоящее время в арктическом регионе отмечается резкое изменение климата. Это связано со значительными изменениями, происходящими в окружающей среде – в атмосфере, океане, ледовом покрове. Научные учреждения Росгидромета, территориальные управления и региональные центры приема и обработки данных, системы мониторинга различных видов обстановки, в том числе ледовой, регулярно осуществляют наблюдения за состоянием окружающей среды арктического региона. Полученные измерения нуждаются в эффективной обработке и анализе для изучения, контроля и прогнозирования состояний окружающей среды. В статье рассматриваются методы адаптивной обработки метеорологических и океанографических данных в рамках двух этапов – верификации и регуляризации данных. Приводится описание алгоритмов обработки для этих этапов.
Проведен краткий анализ состояния подготовки специалистов в области наземно-космического мониторинга, обобщен существующий опыт этой подготовки, сформулированы предложения и рекомендации по совершенствованию и активизации усилий заинтересованных структур и организаций в подготовке специалистов нужного уровня и профиля.
В статье рассматриваются методологические и методические основы теории мониторинга и управления структурной динамикой сложными объектами (СлО), включающие в себя полимодельные комплексы, комбинированные методы, алгоритмы, а также предложены новая интеллектуальная информационная технология (ИИТ), прикладные методики и инструментальные средства, её поддерживающие и предназначенные для автоматизированного проектирования систем наземно-космического мониторинга и управления сложными организационно-техническими объектами (СОТО) в различных условиях изменения обстановки, которые уже в настоящее время находят широкое применение на практике. Приводятся примеры практической реализации.
Рассмотрены основные этапы интерферометрической обработки данных космических радиолокаторов с синтезированной апертурой высокого и сверхвысокого разрешения при построении цифровых моделей рельефа. Приведены результаты экспериментального исследования точности цифровых моделей рельефа при использовании различных алгоритмов фильтрации фазового шума и методов развертывания интерферометрической фазы.
Представлен новый метод процедурного моделирования облаков. Предложена аналитическая форма записи облачной структуры для большого количества различных типов облаков и облачного слоя. Метод находит практическое применение в системах визуализации авиационных тренажеров.
Рассматривается проблема контроля параметров качества телепрограмм в цифровых системах телевизионного вещания. Приводятся методы контроля качества изображения и описываются трудности их автоматизации. Предлагается способ решения данной проблемы, а именно разработка специальных программных средств препроцессинга видеоданных
В статье рассматривается проблема сжатия потока 3D-видео с использованием существующих видео кодеков. Проводятся сравнительные испытания существующих и предложенных методов
Рассматриваются нейросетевые модели и логико-предметные методы описания, анализа и распознавания сложных образов. Предложены алгоритмы решения задач идентификации и классификации простых образов (например, изображений объектов) и логического анализа и нейросетевого распознавания сложных образов (например, сложных 3D-сцен по 2D-изображениям частично заслоненных объектов). Дан сравнительный анализ сложности алгоритмов и описаны результаты вычислительных экспериментов.
Рассмотрен вариант реализации алгоритма траекторного управления летательными аппаратами (ЛА) при решении задачи их наведения на наземные объекты с использованием бортовых радиолокационных средств (БРЛС) с синтезированием антенного раскрыва (САР).
Применение методик моделирования сетевых атак является перспективным направлением в области защиты информации. В статье рассматривается подход к анали- тическому моделированию сетевых атак на основе деревьев атак. Новизна предлагаемой методики заключается в возможности ее применения в системах, работающих в режиме близком к реальному времени. В статье рассмотрены основные модели предметной об- ласти и элементы алгоритмов формирования и модификации деревьев атак.
В данной работе рассматриваются основные направления исследований в области показателей защищенности и вводится сформированная на их основе классификация показателей. Кроме того, предлагается многоуровневый подход к оценке защищенности, включающий систему показателей защищенности и методики их расчета, основанные на графах атак и зависимостях сервисов. Данный подход позволяет оценивать различные аспекты защищенности системы с учетом ее топологии, режима работы, исторических данных об инцидентах и другой информации.
Рассматривается метод анализа сингулярного спектра («гусеница») приме- нительно к метрикам, базирующимся на значениях сетевого трафика и загрузки систе- мы, с целью определения влияния DDoS-атак на главные компоненты временных рядов этих метрик. Выявленное поведение главных компонент в момент начала атаки и при её продолжении может использоваться при разработке средств обнаружения вторжений.
Исследование затрагивает проблему улучшения основных характеристик систем обнаружения и идентификации вредоносных исполняемых файлов на основе методов Data Mining. Определяется общая структура процессов построения и эксплуатации систем данного класса. На ее основе уточняется перечень нефункциональных требований к подобным системам. Задача работы определяется в виде поиска эффективных моделей представления исполняемых объектов, позволяющих получать компактные и информативные вектора описаний анализируемых объектов. Излагается суть предлагаемых подходов к обнаружению и выявлению вредоносных программ на основе статической позиционно-зависимой информации и низкоуровневых динамических признаков. Представляется архитектура разработанной системы выявления вредоносных программ и результаты практической проверки разработанных моделей представления.
Работа посвящена проблеме безопасности файловых объектов формата Portable Document Format. Обобщаются существующие практики, нацеленные на выявление вредоносных документов. Формируется набор основных групп статических признаков вредоносных и безопасных документов. Собранные данные используются для построения системы автоматической классификации новых, ранее неизвестных документов, на основе методов интеллектуального анализа данных (Data Mining). Анализ результатов использования отдельных групп признаков позволяет сформировать новую модель представления документов, основанную на описании взаимосвязей и содержания их основных структурных элементов. Применение полученной модели позволяет оптимизировать целевую функцию систем обнаружения вредоносных документов в базисе требований к точности принятия решения и времени анализа.
В работе предложено новое направление исследований — интеллектуальный поиск маркеров (Predictor Mining), возникшее на пересечении интеллектуального анализа данных (Data Mining) и социального компьютинга (Social Computing). Сущность предлагаемого подхода состоит в автоматизированном формировании банка маркеров, характеризующих исследуемую предметную область, а затем интерпретировании полученных показателей с помощью методов социального компьютинга. В качестве примеров областей исследований, где может быть применен интеллектуальный поиск маркеров, рассмотрены задачи выявления особенностей формирования протестных настроений пользователей Интернет, вычисления количественных характеристик социально-значимого поведения, а также изучение специфики формирования ценностей и стратегий поведения пользователей крупнейших социальных сетей.
Рассматривается метод избыточных переменных для контроля и коррекции вычислительных процессов в реальном времени, что необходимо для повышения на¬дежности вычислительных процессов. Синтезируются и анализируются системы с кор¬рекцией по воспроизводимой функции. Приводятся результаты моделирования для раз¬личных методов интегрирования. Показано, что применение метода избыточных пере¬менных позволяет существенно повысить точность вычислений.
Рассмотрен метод анализа сингулярного спектра («гусеница») и его применение в области анализа временных рядов сетевого трафика на Web-сервере с целью выявления DDoS-атак на сервер. Выполнено разложение исходных рядов, выявлены особенности собственных функций и главных компонент рядов в разных режимах работы системы.
В статье приводится аналитический обзор перспективных направлений исследований по результатам докладов ведущих зарубежных и отечественных специалистов в области обеспечения безопасности компьютерных сетей, сделанных на шестой Международной конференции «Математические модели, методы и архитектуры для защиты компьютерных сетей» (MMM–ACNS–2012), проходившей в Санкт-Петербурге с 17 по 19 октября 2012 года. С приглашенными докладами выступили такие известные в мире ученые, как А. Ставро, Б. Лившиц, Л. Кхан и Ф. Мартинелли. На секциях конференции были рассмотрены актуальные вопросы, связанные с предотвращением, обнаружением и реагированием на вторжения, противодействием вредоносному программному обеспечению, прикладной криптографией и протоколами безопасности, разграничением доступа и защитой информации, управлением событиями и информацией безопасности, моделированием защиты информации и безопасностью облачных вычислений, политиками безопасности.
В статье рассматриваются основные компоненты методики итерационного моделирования атак в больших компьютерных сетях, которыми являются формальная модель, алгоритмы анализа вероятностных графов атак и программные средства их реализации. Формальная модель итерационного моделирования атак включает модели процессов определения задач моделирования, построения моделей атак, запуска моделей и анализа результатов моделирования атак. Алгоритмы анализа вероятностных графов атак обеспечивают расчет метрик защищенности и нахождение подграфов атак, ассоциированных со сценариями действий нарушителей. Программные средства анализа моделей атак для больших компьютерных сетей обеспечивают их статический анализ и анализ динамических характеристик.
Приведены результаты исследования ошибок многолучевого распространения сигналов систем GPS и ГЛОНАСС при использовании стандартного кодо-фазового фильтра. Выполнена оценка влияния комплексной фильтрации на величину ошибки многолучевого распространения. Разработаны алгоритмы определения положения области помех, создающих опасные отражения.
В настоящей статье демонстрируется возможность построения на основе динамики клеточных автоматов базисов декоррелирующих преобразований, которые можно использовать для решения задачи сжатия цифровых изображений.Вводятся алгоритмы построения базисов декоррелирующих преобразований из состояний развития клеточного автомата на разбиении, являющегося расширением классической модели клеточного автомата.
Предлагается аналитический метод расчёта моментов времени пребывания заявок в сетях массового обслуживания общего вида и проводится сравнение оценок, полученных данным способом, с оценками по имитационной модели и, полученных численным методом.
Работа посвящена анализу проблем моделирования атак в больших компьютерных сетях с использованием различных моделей, методов и инструментальных средств. На основании особенностей больших сетей как объектов информационной безопасности и объектов атак детально рассмотрены известные модели, а также методы и средства моделирования атак, а также приведены направления их дальнейшего развития. Показана роль требований к информационной безопасности в итерациях моделирования атак. Приведены примеры исследований проблем моделирования атак, связанных с различными видами НЕ-факторов.
В статье описывается подход к верификации правил фильтрации межсетевого экрана, в том числе представляются модели, алгоритмы и разработанный программный прототип, предназначенные для обнаружения аномалий фильтрации в спецификации политики безопасности компьютерной сети. Предлагаемый подход основан на применении метода ―проверки на модели‖ (Model Checking) и позволяет использовать темпоральную логику для спецификации и анализа информационных процессов, протекающих в модели компьютерной сети c функционирующей системой безопасности, которые изменяются во времени и могут нарушить такие свойства безопасности, как конфиденциальность и доступность.
В работе показана актуальность проблемы оценки уровня защиты информации от несанкционированного доступа в компьютерных сетях. Целью работы является разработка метода оценки уровня защиты информации от несанкционированного доступа в компьютерных сетях на основе графа защищенности. Разработанный метод обеспечивает повышение эффективности управления защитой информации в компьютерных сетях за счет комплексного показателя защищенности, а также применения графа защищенности, учитывающего реальную структуру компьютерной сети и системы защиты информации.
В работе рассматривается задача сегментации масс-спектрометрических изображений, полученных методом MALDI. Предлагается подход, основанный на применении графических моделей (модели LDA и марковских сетей) для решения задачи. Рассматриваются несколько модификаций подхода и проводится сравнение с известными решениями; выделяются преимущества предлагаемого подхода.
При разработке интерактивных динамических веб-приложений необходимо учитывать не только используемые типы данных и способы их ввода/вывода, но и обеспечить способность приложения анализировать текущие условия, в которых будет проходить взаимодействие с пользователем, и соответствующим образом адаптировать мультимедийный контент с целью повышения удобства и естественности человеко-машинного диалога. В статье проведен анализ современных работ, связанных с автоматической генераций веб-интерфейсов, проектированием многомодальных пользовательских веб-приложений, а также рассмотрены подходы к описанию, извлечению и обработке контекстной информации, необходимой для настройки веб-интерфейса к текущим условиям эксплуатации в процессе взаимодействия с пользователем.
В статье рассматривается обобщенная динамическая модель управления корпоративной информационной системой (КИС), предлагается для коррекции планов ее работы использовать позиционные управления, построенные с использованием метода позиционной оптимизации, приводится обобщенный алгоритм программно-позиционного управления КИС.
Работа посвящена задаче повышения достоверности диагностирования сложных технических систем в условиях неопределенности. На основе апостериорного вывода в байесовских сетях доверия разработана методика диагностирования сложных систем, включающая в себя синтез оптимальной стратегии диагностирования с учетом динамики априорной информации и различных законов распределения непрерывных диагностических признаков.
Рассматривается задача группировки векторных объектов относительно возможных центров с учетом ограничений на состав групп. Предлагается способ представления специфических векторных ограничений в виде ограничений эквивалентной задачи целочисленного программирования и полиномиальные алгоритмы для некоторых частных случаев.
В работе предлагается метод сглаживания n-граммной модели языка, в основе которого лежит моделирование функции математического ожидания вероятности встречаемости n-грамм. Вместо дисконтирования максимальной вероятности n-грамм предлагается увеличение мощности обучающего множества на ожидаемое число n-грамм, отсутствующих в обучающей базе текстов. Для моделирования этого числа функция математического ожидания вероятности встречаемости экстраполируется к нулевой частоте. На основе статистического анализа текстов построена модель функции математического ожидания встречаемости.
Рассматривается задача планирования инновационной деятельности, которая приводит к модернизации производства. Введены определения новации, инновации, инновационной деятельности. Обоснованы показатели качества инновационной деятельности. Определен план инновационной деятельности, сформулировано понятие инновационного потенциала системы, выполнена постановка задачи планирования инновационной деятельности. Предложено решать задачу как оптимизационную задачу распределения ресурсов. Разработан комплекс моделей, позволяющий получить рекуррентные соотношения для расчета значений целевой функции, а затем – пересчитывать эти значения при изменении плана инновационной деятельности. Предложен метод фрагментарно контролируемого случайного поиска, использующий особенности разработанных моделей и решаемой задачи. Описаны алгоритмы пересчета характеристик эффектов инновационной деятельности при решении задачи планирования. Рассмотрен порядок сбора, подготовки исходных данных и интерпретации результатов решения задачи.
В статье авторами предлагается алгоритм проведения качественного анализа безопасности и надежности систем, технологических процессов, а также вероятного риска и возможных потерь, путем использования специального метода анализа, который направлен на уменьшение вероятности аварий и несчастных случаев, человеческих жертв и экономических потерь. Рассмотрены основные преимущества данного метода, его система и составные элементы, причины отказа составных элементов, предложена процедура построения данного метода, приведены формулы для расчетов
Предложена модель и основные алгоритмы обработки пространственных данных с использованием экспертной системы. Показана принципиальная возможность повышения эффективности функционирования геоинформационных систем на их основе
Данная работа посвящена различным методам вычисления ляпуновских величин и реализациям основанных на них алгоритмов символьных вычислений в пакете Матлаб.
Настоящая статья описывает сравнение современных систем оптического распознавания, проводимого с целью определить системы, наиболее точно выполняющих сегментацию документов по заранее заданным критериям; а также возможности систем по выделению различных типов областей. Анализируются результаты работы методов сегментации OCR-систем, оценивается эффективность сегментации. На основе результатов исследования и сделанных наблюдений составлен список рекомендаций по выбору OCR-систем и методов для обработки различных типов документов.
Показаны особенности моделирования и расчета надежности систем с сетевой структурой. Приведены методика оптимизации надежности данных систем, использующая алгоритм логико-вероятностной оптимизации надежности, и результаты решения задач оптимизации надежности. Проведено сравнение полученных решений с решениями, полученными другими методами.
Рассмотрена задача построения систем анализа динамики котировок индексов фондовых бирж, обладающих повышенной устойчивостью к вариациям их вероят-ностных характеристик. Качество восстановления системной составляющей наблюдаемых процессов определяется на основе терминальных торговых показателей и непосредственно связано с параметрами используемой торговой стратегии. В основу алгоритмов устойчивого формирования системной составляющей положена технология робастного оценивания.
Оценка функционирования сложного технического объекта во время испытаний производится на основе анализа регистрируемых датчиками параметров. Параметры передаются с объекта в центр обработки данных в форме группового телеметрического сигнала (ГТС). При передаче ГТС в ряде случаев сопровождающие их описания структуры отсутствуют или содержат неточности. Для решения задачи восстановления или проверки корректности описания авторами разработан новый подход к работе с ГТС, основанный на применении теории графов и методов корреляционного анализа. В статье рассматривается графовая модель описания ГТС, которая позволяет представить ГТС как совокупность структуры коммутации датчиков и характеристик передаваемых параметров, и метод ее построения.
В статье приводится аналитический обзор докладов ведущих зарубежных и отечественных специалистов в области обеспечения безопасности компьютерных сетей, сделанных на Международной конференции «Математические модели, методы и архитектуры для защиты компьютерных сетей» (MMM-ACNS-2010), проходившей в Санкт-Петербурге 8–10 сентября 2010 г. С докладами выступили такие известные в мире ученые, как Э. Дебар, Д. Гольманн, Г. Моррисетт, Б. Пренель, Р. Сандху и А. Сабельфельд. На секциях конференции были рассмотрены актуальные вопросы, связанные с моделированием безопасности и скрытых каналов, политиками безопасности и формальным анализом свойств безопасности, аутентификацией, авторизацией, управлением доступом и криптографией с открытым ключом, обнаружением вторжений и вредоносных программ, безопасностью многоагентных систем и защитой программного обеспечения, адаптивной защитой информации, живучестью компьютерных сетей и виртуализацией.
Приведены результаты систематизации данных о современном уровне разработки общего логико-вероятностного метода (ОЛВМ), теории и технологии автоматизированного структурно-логического моделирования (АСМ). Определены основные разделы и направления дальнейшего развития ОЛВМ анализа систем, дана их краткая содержательная характеристика, приведены примеры решения задач.
Различные методы сводных показателей нашли широкое применение в математическом аппарате систем мониторинга и управления для распознания типовых ситуаций и потенциальных опасностей (в терминологии JDL-модели слияния информации). Распознание опасности не является самоцелью процесса слияния информации. Вершиной этого процесса выступает выработка решения о предотвращении выявленных опасностей. В предлагаемой статьерассматривается методологический аппарат выбора варианта стратегии предотвращения выявленной опасности, основанный на интерпретации метода сводных показателей в методах аналитического планирования.
Представлена вычислительная процедура синтеза системы управления неопределенным объектом. Алгоритм формирования управляющих сигналов был реализован на языке Assembler в среде MPLAB для микроконтроллера PIC16F877. Приведены результаты моделирования системы автоматического управления газотурбинной установкой электростанции на основе адаптивного управления с эталонной моделью.
Рассматривается проблема создания методологической и технологической поддержки процессов формирования структурированных знаний о моделях функционирования технических систем и правилах принятия решений по управлению их состояниями. Предложена концепция ее решения, основанная на построении общесистемных прототипов таких моделей и правил для класса «технические системы».
Рассматривается применение вариационного подхода для решения задач статистического оценивания параметров моделей нелинейных динамических систем по критерию наименьших квадратов с использованием дискретных и дискретно- непрерывных измерений. Обсуждаются вопросы регуляризации оценок.
Описывается опыт применения методов интеллектуального анализа данных для решения задачи прогнозирования риска оперативного вмешательства у больных ИБС. Приводятся результаты сравнения разработанной системы прогнозирования риска с известными системами.
Расматривается задача совместной обработки разнотипных биометрических данных, полученных в результате измерений пульса, микровибраций лица, и оценки уровня тревожности на основе психологического тестирования. В частности, находятся скрытые признаки, различающие две группы практически здоровых испытуемых: 1) людей различного пола и возраста; 2) беременных женщин. Приводятся предварительные результаты анализа экспериментальных данных методами data mining.
В работе представлен метод обработки многомерных плохо формализованных массивов медико-биологической информации, базирующийся на эволюционном подходе к решению экстремальных задач функции многих переменных. Предлагаемый метод позволяет прогнозировать результаты лечения с учетом медико-биологических и социальных особенностей пациентов. Приведены результаты численного эксперимента.
Данная статья является обзором наиболее современных запатентованных неинвазивных психометрических методов, принадлежащих зарубежным авторам. Рассмотренные методы позволяют определять специфику и степень воздействия сенсорных стимулов на психологическое состояние человека путем регистрации физиологических изменений, соответствующих тому или иному состоянию. Методы классифицированы по группам физиологических показателей, выбранным исследователями в качестве информативных признаков, свидетельствующих о том или ином эмоциональном состоянии испытуемых.
Разрабатывается метод рандомизированных траекторий (функций), основанный на модели байесовской рандомизации неопределенности. Строится стохастический процесс с равновероятными дискретными монотонными траекториями, тренд которого служит искомой оценкой функциональной зависимости между исследуемыми показателями. Обсуждается задача учета нечисловой экспертной информации для повышения точности и надежности оценки функциональной зависимости.
В статье предлагается метод интеграции внешних компонент в инструментальную систему в условиях ограниченных возможностей модификации исходного кода. Описываются основные характеристики интегрируемых компонент, а также особенности процесса их интеграции, требующие поиска новых методов объединения инструментальных систем. В статье анализируются различные методы интеграции информационных систем. Описывается предлагаемый метод интеграции за счет обеспечения доступа к внутренним обработчикам интегрирующей системы и использования принципов динамического интерфейса.
В настоящей статье анализируются существующие подходы к верификации протоколов безопасности и демонстрируется невозможность полноценной верификации протоколов безопасности в рамках только одного из подходов. Для решения данной задачи предлагается комбинированный подход к верификации, основанный на объединении сильных сторон существующих методов и средств.
Программа представляется в виде последовательности формализованных инструкций, из которых можно выделить характерные подпоследовательности команд - уязвимости. Нахождение таких подпоследовательностей и определение их функционального назначения производится с помощью семантического анализа кода на базе шаблонов.
Рассматриваются модель и метод построения множества недоминируемых (наилучших в рассматриваемом множестве) альтернатив, основанные на построении логической функции по базе данных альтернатив, или объектов, принадлежащих к произвольной предметной области. Проводится сравнение моделей и методов с нечеткими моделями и методами оптимизации с целью выявления наиболее эффективной многокритериальной оценки исследуемых альтернатив или объектов. Приводятся результаты вычислительных экспериментов по многокритериальному оцениванию и оптимизации топологических структур компьютерных сетей.
Проблема принятия эффективных управленческих решений в условиях рисков занимает одно из центральных мест в современной теории и практике финансов. В данной работе рассмотрен сценарный подход к оценке эффективности инвестиционного проекта. Предложен лексикографический метод оценки эффективности развития инвестиционного проекта. Данный метод позволяет сравнивать сценарии развития инвестиционного проекта с учетом важности принимаемого решения.
Рассматривается итерационный метод решения нелинейных краевых задач и уравнений, основанный на использовании приближенных алгоритмов.
Представлены результаты разработки методов оптимизации надежности структурно-сложных технических систем с целью обеспечения оптимального выбора эле ментов и степени их резервирования по критериям надежности и стоимости. Возникающая задача оптимизации формулируется как задача целочисленного программирования, разме ность задачи уменьшается в результате применения метода многомерного деления попо лам. Показана работоспособность методов на примере системы управления и противо ава рийной защиты насоса.
Предложены методы расчёта количественных показателей надёжности специ ального программного обеспечения на стадии его проектирования и разработки. Для модели рования вычислительного процесса и расчёта количественных показателей его надёжности предлагается использовать математический аппарат полумарковских процессов. Моделиро вание производится в компьютерной математической системе MathCAD.
Разработка программного обеспечения с использованием моделирования зачастую сталкивается с проблемами ресурсоемкости проверки моделей комплексных систем. Данная статья рассматривает метрические показатели симуляционного тестирования и их применение в контексте непосредственной верификации моделей.
В работе рассматриваются основные подходы стеганографического встраивания информации в аудиофайлах. Предлагаются методы детектирования скрытых данных в служебных областях аудиофайлов , а также сокрытия в фазовой области аудиоданных.
В настоящее время в рамках интенсивно развиваемой теории управления структурной динамики (УСД) информационных систем (ИС) особую актуальность приобретают задачи расчета и анализа показателей целевых и информационно-технологических возможностей указанных систем, задачи анализа устойчивости их функционирования. Проведенные исследования показали, что для эффективного решения данных задач целесообразно использовать множества достижимости (МД), которые ставятся в соответствие тем динамическим моделям, с помощью которых описывается структурная динамика ИС. В статье предлагаются оригинальные методы и алгоритмы построения и аппроксимации МД, позволяющие повысить оперативность расчета и анализа различных показателей, характеризующих УСД ИС.
В статье изложено приложение метода огибающих к оптимизации управления динамическими системами на границе допустимого множества управлений.
В статье изложен метод и предложен несложный алгоритм формирования программной траектории движения манипулятора, оптимальной по времени. Он обеспечивает перемещение манипулятора по параметрической кривой, заданной в виде функции скалярного аргумента «геометрической» траектории, из начального в конечное положение за минимальное время при соблюдении ограничений на величину суставных сил, развиваемых приводами робота.
Определение функциональных границ моделей процессов управления состоя ниями технических систем производится на начальной стадии моделирования, и осуществляются эмпирическим путем. Ошибки, допущенные при их определении, ограничивают воз можности моделирования и автоматизации этих процессов. В статье рассматривается подход к определению функциональных границ этих процессов с использованием их SADT- моделей и предложены соответствующие методические рекомендации для решения этой задачи. Использование этих моделей и рекомендаций позволяет осуществлять целенаправ ленный поиск информации, требуемой для решения задачи определения функциональных границ рассматриваемых процессов и за счет этого существенно упростить её реше ние.
В работе рассматривается задача отбора информативных признаков из числа тех, которые вычисляются при обработке тензометрических данных методом анализа фрактальной динамики. Обсуждаются способы вычисления признаков, методы классификации и критерии отбора признаков. Приводятся основные алгоритмы отбора информативных признаков.
В статье дан аналитический обзор перспективных направлений исследований в области защиты компьютерных сетей, сделанный по результатам международного семинара «Математические модели, методы и архитектуры для защиты компьютерных сетей» (MMM-ACNS-2005), проведенного с 25 по 27 сентября 2005 года в Санкт-Петербурге. Освещена общая информация о семинаре, охарактеризованы приглашенные и секционные доклады, сделанные ведущими учеными в области защиты информации в таких перспективных направлениях исследований, как модели, архитектуры и протоколы для защиты информации, аутентификация, авторизация и управление доступом, анализ информационных потоков, скрытые каналы, политики безопасности и защита операционных систем, оценка уязвимостей, расследование инцидентов в сетях и обнаружение вторжений.
В статье рассмотрены вопросы, касающиеся проектирования и реализации системы проактивного мониторинга выполнения политики безопасности в компьютерных сетях. Предлагаемый подход к мониторингу основан на моделировании действий пользователя в исследуемой компьютерной сети. Описаны обобщенная архитектура системы проактивного мониторинга и методики ее функционирования, рассмотрены проблемы, связанные с работой в реальной компьютерной сети, и их возможные решения. Статья содержит описание реализации прототипа системы проактивного мониторинга и пример применения прототипа для тестирования политики безопасности компьютерной сети.
Рассматривается применение метода индексов для оценивания эффективности защиты информации, когда комплекс мероприятий по защите информации имеет иерархическую структуру, а индекс (показатель) результативности защиты измеряется в баллах. Значения индексов при отсутствии необходимой статистики определяются экс- пертным путем с учетом их значимости для обеспечения защищенности информации.
В статье предлагается метод ранговых распределений, служащий для выявления признаков внедрения несанкционированных данных в изображение, входящее в видеопоток. Сравнение характеристик ранговых распределений для разных локальных областей и кадра (потока) в целом дает признаки наличия несанкционированных изменений.
Предлагается новый подход к расчету гидроакустических полей на основе иммунокомпьютинга. Показано, что такой подход существенно повышает быстродействие и точность вычислений. Предлагается также разработать специальный иммуночип для оперативного моделирования, визуализации и распознавания физических полей подвижных объектов.
В статье описываются процесс сбора и анализа экспертных оценок результатов теста незаконченных предложений (9480 высказываний, 5 экспертных оценок на каждое высказывание), разработанные средства его автоматизации, а также приводятся полученные статистические выводы.
болезни Паркинсона. Основной объект исследования — треморограммы. Оценка функционального состояния основана на математической обработке треморограмм методом анализа фрактальной динамики и обучаемой классификации объектов. В работе дан обзор состояния проблемы, описываются возникающие в ходе исследования задачи и результаты непосредственного применения метода анализа фрактальной динамики для расчета информативных признаков.
Качество подготовки специалиста во многом определяется реализуемой программой его обучения и, в частности, главным документом этой программ — учебным планом высшего учебного заведения. Процесс подготовки специалистов, отвечающих современным запросам, влечет за собой необходимость непрерывного совершенствования учебных планов и как следствие применения средств автоматизации для их составления и корректировки. В статье рассматриваются вопросы целесообразной организации автоматизированной информационной системы «Учебно-методический комплекс кафедры» с учетом личностно-ориентированного характера современных образовательных программ.
Рассматривается задача оптимального управления движением активным объектом при его последовательной встрече с системой подвижных целевых объектов. Предлагается комбинированный метод численного решения. Приводится пример.
В статье изложен метод условного показателя — метод нахождения коэффициентов линейной свертки показателя сравнения систем относительно некоторой условной единицы. Рассмотрен способ взаимного пересчета результатов при сравнении двух систем (групп объектов).
В статье изложен метод огибающих и его приложение к оптимизации вырожденного управления динамическими системами.
Под коллективным распознаванием понимается задача использования множества классификаторов, каждый из которых принимает решение о классе одной и той же сущности, ситуации, образа и т.п., с последующим объединением и согласованием решений отдельных классификаторов с помощью того или иного алгоритма. В настоящее время это направление в области распознавания образов и классификации, которое, с одной стороны, зарекомендовало себя как новый шаг в данной области, и которое, с другой стороны, находит все более и более широкое применение в решении сложных крупномасштабных прикладных задач, является предметом активных теоретических и прикладных исследований. Данная работа посвящена обзору состояния исследований в упомянутой области начиная с первых работ, которые относятся еще к 1950-м годам, и заканчивая самыми новыми результатами.
Представлен метод сокращения времени поиска объектов, терпящих бедствие, при проведении аварийно-спасательных работ, основанный на процедуре расширяющихся циклов, предложены практические варианты устройств, позволяющих увеличить дальность ретрансляции навигационных координат объектов, терпящих бедствие.
Одной из отличительных особенностей сложных технических объектов (СТО) является изменение их параметров и структур, вызванных объективными и субъективными факторами на различных фазах жизненного цикла СТО. Данная статья посвящена разработке принципов, методов и алгоритмов решения задач комплексного планирования модернизации СТО (информационных систем). Данные методологические и методические основы исследования задач базируются на разрабатываемой авторами теории управления структурной динамикой СТО.
Исследованы различные подходы к обработке видеоданных, в том числе компрессии видеоданных. Рассмотрены некоторые стандарты беспроводной связи. Проведен сравнительный анализ технологий Wi-Fi и Bluetooth.
В качестве регулятивных компонентов разрабатываемой разновидности методологии системного анализа рассматриваются: системная парадигма и принципы системного анализа, уточненные на основе определения организационно-технической системы. Развивая аналогичные общеметодологические средства системного анализа, предложенные регулятивы способствуют снижению степени неопределенности и повышению степени конструктивности анализа и синтеза систем, согласованности получаемых в ходе его проведения результатов. Применение данных регулятивов в структурно-целевом анализе рыбохозяйственных комплексов показало их практическую значимость.
В статье рассмотрена проблема определения понятия CALS технологий. Предложены основные требования и рекомендации по внедрению технологий, аналогичных CALS, в образовательный процесс и созданию глоссариев в рамках образовательных программ в ВУЗах.
В данной статье подробно рассмотрена методологическая роль подхода Эмиля Дюркгейма для рассмотрения и освещения современных проблем, связанных с толерантностью в современном обществе и международных отношениях.
В статье рассмотрены задачи обработки сигналов на основе вейвлет-преобразований. Даны рекомендации по развитию названного метода обработки сигналов.
К настоящему времени теория, методы и технология создания и использования различных классов моделей развиты достаточно хорошо. Однако практически не исследована проблема многокритериального оценивания качества моделей, анализа их свойств, обоснованного выбора моделей для решения конкретных прикладных задач. Актуальность данной проблемы в еще большей степени усиливается в том случае, когда исследуемый объект описывается не одной моделью, а полимодельным комплексом, в состав которого могут входить разнотипные и комбинированные модели. Для решения рассматриваемой проблемы требуется разработка соответствующей теории, которую авторы предлагают назвать квалиметрией моделей. В статье проводится анализ возможных путей формирования и развития данной теории.
Приводится обзор различных подходов, направленных на снижение информационной избыточности телевизионного сигнала. Показываются преимущества предлагаемого метода адаптивно-динамической сегментации с точки зрения психофизиологического восприятия. Обсуждаются методы оценки эффективности снижения информационной избыточности.
Рассматриваются современные методы статистического анализа, такие как вейвлет-анализ, метод «Гусеница», нестандартный анализ и их применение к изучению солнечной активности.
Предлагается вариационный подход для решения задач статистического оценивания параметров состояния нелинейных динамических систем по критерию максимального правдоподобия. Дается математическое обоснование метода, проводится его сопоставление с традиционным (прямым) подходом по получаемым оценкам, их точностным характеристикам и по вычислительной эффективности. Определяется конструктивный базис для разработки экономичных алгоритмов нелинейного статистического оценивания. Приводятся численные примеры определения параметров движения космических аппаратов по результатам измерений.
В статье дается краткий обзор существующих методов расчета рецептур стекольной шихты, а также описан вариант расчета рецептуры шихты симплекс – методом, примененный на «Покровском Стекольном Заводе».
Рассмотрена задача обработки треморограмм. Предъявлена типология моделей, необходимых для анализа треморограмм. Сформулирован весь спектр задач, связанный с построением и анализом таких моделей. Представлен ряд методов анализа треморограмм.
Представлен результат исследований Многофазного метода и робастного алгоритма управления нечеткой логики, основанных на Модели памяти формы с визуальным наведением для сборочных роботов применительно к задаче измерения координат для автономных и сборочных роботов и космических манипуляторов. Также, представлены разработанное программное обеспечение и аппаратура оптической телевизионной системы, используемой в том числе для 6-ти координатной задающей перчатки управления роботом в режиме реального времени, и результаты экспериментальных исследований динамических параметров и оценки точности оптико телевизионной системы, а также, экспериментов по использованию метода обучения показом для сборочного манипулятора. Данная работа поддержана Проектом INTAS № 96-049 «Сборочная робототехника, робастное сило-моментное управление, оптимальное планирование, основанное на нечеткой логике».
Предлагается краткий обзор существующих методов понимания речи и текста на основе анализа публикаций в научных журналах и трудах ведущих конференций по речевой тематике. Выделяются два различных подхода к проблеме понимания языка: 1) на основе исчисления высказываний и 2) на основе распознавания смысла (речевого намерения). Приводятся доводы в пользу интегральной парадигмы обработки речи, разрабатываемой СПИИРАН по сравнению с широко известными подходами.
Рассматривается метод поиска логического вывода с предварительной настройкой на конкретные базы знаний. Для настройки используется абстракция и формально-грамматическая интерпретация проблемы дедукции. Метод позволяет улучшить эффективность поиска логического вывода.
Приводится краткое описание новой технологии обнаружение логических закономерностей на базе представлений локальной геометрии. Описываются особенности ее применения для поиска сложных непериодических шаблонов в последовательностях чисел и символов. Приводятся примеры.
В настоящей статье выделен класс баз знаний, построенных на основе фрагментов знаний с неопределенностью. Предлагается метод исследования, общий для таких баз фрагментов знаний и состоящий из четырех этапов: исследование поддержания непротиворечивости, вывода без свидетельств, вывода по свидетельствам, а также введение и анализ показателей устойчивости упомянутых процессов.
При решении сложных проблем широко используется системный анализ (СА). На начальных этапах СА на основе экспертных методов осуществляют анализ проблем/целей и получают структуры проблем/целей (СП/СЦ), качество которых обычно невысоко из-за наличия в них различного рода ошибок. Но именно от качества СП/СЦ зависит, та ли целереализующая система (ЦРС) и для достижения тех ли целей будет сформирована при решении проблемы. Научные основы системного анализа нельзя поэтому считать окончательно сложившимися. Методология, основывающаяся на логико-лингвистическом моделировании структурно-целевого анализа проблемных ситуаций — шаг в направлении формализации начальных этапов СА, повышения качества его результатов и надежности принимаемых в организационных системах решений в целом.
Рассматриваются методы структурного синтеза и общие принципы инвариантного анализа сложных нелинейных математических моделей. Аналитическая форма представления моделей имеет вид многопараметрических дифференциальных уравнений или динамических систем с управлением. Вводятся понятия о формальных моделях полиномиального типа, формальных интегральных многообразиях и дифференциальных комплексах. Приводятся примеры алгоритмов. Рассматриваются модели полиномиального и сингулярного типа, обратимые и управляемые, экологические минимального типа. Приводятся примеры компьютерных математических справочных систем.
Гидроцефалия - это заболевание центральной нервной системы, которое чаще всего поражает младенцев и детей ясельного возраста. Оно начинается с аномального накопления спинномозговой жидкости в желудочковой системе головного мозга. Следовательно, жизненно важной становится ранняя диагностика, которая может быть выполнена с помощью компьютерной томографии (КТ), одного из наиболее эффективных методов диагностики гидроцефалии (КТ), при котором становится очевидным увеличение желудочковой системы. Однако большинство оценок прогрессирования заболевания основаны на оценке рентгенолога и физических показателях, которые являются субъективными, отнимающими много времени и неточными. В этой статье разрабатывается автоматическое прогнозирование с использованием фреймворка H-detect для повышения точности прогнозирования гидроцефалии. В этой статье используется этап предварительной обработки для нормализации входного изображения и удаления нежелательных шумов, что может помочь легко извлечь ценные признаки. Выделение признаков осуществляется путем сегментации изображения на основе определения границ с использованием треугольных нечетких правил. Таким образом, выделяется точная информация о природе ликвора внутри мозга. Эти сегментированные изображения сохраняются и снова передаются алгоритму CatBoost. Обработка категориальных признаков позволяет ускорить обучение. При необходимости детектор переобучения останавливает обучение модели и, таким образом, эффективно прогнозирует гидроцефалию. Результаты демонстрируют, что новая стратегия H-detect превосходит традиционные подходы.
Рассматривается система нелинейных дискретных (конечно-разностных) уравнений общего вида с ограниченным запаздыванием. Интерес к задачам устойчивости таких систем в последние годы значительно возрос; в частности, это связано с актуальными проблемами управления через сеть. В основном анализируется задача устойчивости по всем переменным нулевого положения равновесия, поскольку заменой переменных к такой задаче сводится задача устойчивости по всем переменным любого решения рассматриваемой системы. Одним из основных методов исследования является дискретно-функциональный вариант прямого метода Ляпунова, получивший существенное развитие в теоретическом и прикладном аспектах. В данной статье предполагается, что рассматриваемая система уравнений допускает «частичное» (нулевое) положение равновесия, и ставится задача устойчивости по отношению к части определяющих это положение равновесия переменных. Такая задача относится к более общим задачам частичной устойчивости, которые исследуются для нелинейных динамических систем различной формы математического описания. Предложенная постановка задачи частичной устойчивости дополняет круг указанных исследований применительно к классу рассматриваемых систем. Для решения поставленной задачи применяется метод функционалов Ляпунова – Красовского в пространстве дискретных функций при соответствующей конкретизации требований к функционалам. Ослабления таких требований можно добиться введением дополнительных дискретных функций, посредством которых: 1) проводится корректировка области функционального пространства, где строятся функционалы Ляпунова – Красовского; 2) находятся оценки функционалов и их разностей (приращений) в силу рассматриваемой системы. В результате используемые функционалы и их разности (приращения) могут быть знакопеременными в области функционального пространства, обычно рассматриваемой при анализе частичной устойчивости. На основе предложенного подхода получены достаточные условия частичной устойчивости (асимптотической устойчивости) указанного вида. Особенности подхода показаны на примере двух классов нелинейных систем заданной структуры, для которых частичная устойчивости анализируется в пространстве параметров. При этом обращается внимание на целесообразность использования семейства функционалов.
Аппроксимация рядов сезонного хода индексов вегетации является основой для эффективного мониторинга сельскохозяйственных культур, их идентификации и автоматизированной классификации пахотных земель. Для пахотных земель Хабаровского края в период с мая по октябрь 2021 года по мультиспектральным снимкам Sentinel-2A (20 м) с использованием маски облачности были построены временные ряды NDVI и EVI. Для приближения временных рядов были использованы пять видов аппроксимирующих функций: функция Гаусса; двойная гауссиана; двойная синусоида; ряд Фурье; двойная логистическая. Были построены и рассчитаны характеристики экстремумов аппроксимированных временных рядов для разных типов пахотных земель: гречихи, многолетних трав, сои, залежи и пара. Было показано, что для каждой сельхозкультуры аппроксимированные кривые сезонного хода имели характерный вид. Как было достоверно установлено (p<0,05), наиболее высокую точность аппроксимации рядов NDVI и EVI показал ряд Фурье (средняя ошибка составила, соответственно, 8,5% и 16,0%). Аппроксимация рядов NDVI с использованием двойной синусоиды, двойной гауссианы и двойной логистической функции приводила к увеличению ошибки до 8,9-10,6%. Аппроксимация рядов EVI на основе двойной гауссианы и двойной синусоиды способствовала росту средней ошибки до 18,3-18,5%. Проведенный апостериорный анализ с использованием критерия Тьюки показал, что для полей с соей, парующих и залежных земель для приближения индексов вегетации достоверно лучше использовать ряд Фурье, двойную гауссиану или двойную синусоиду, для полей с гречихой целесообразно применять ряд Фурье или двойную гауссиану. В целом, средняя ошибка аппроксимации сезонных временных рядов NDVI в 1,5-4 раза меньше, чем ошибка аппроксимации рядов EVI.
Беспроводные сенсорные сети (WSN) подвергались нескольким различным проблемам безопасности и атакам, связанным со сбором и отправкой данных. В этом сценарии одной из наиболее распространенных атак WSN, которая может быть нацелена на любой уровень стека протоколов, является атака типа «отказ в обслуживании» (DoS). Текущее исследование предлагает различные стратегии обнаружения атаки в сети. Однако у него есть проблемы с классификацией. Поэтому в этом исследовании для решения этой проблемы была предложена эффективная система обнаружения вторжений на основе ансамблевого глубокого обучения для выявления атак в сети WSN. Предварительная обработка данных включает преобразование качественных данных в числовые с использованием метода One-Hot Encoding. После этого был проведен процесс нормализации. Затем предлагается выбрать лучшее подмножество функций с помощью Manta-Ray Foraging Optimization. Затем метод передискретизации синтетического меньшинства (SMOTE) создает новую выборку меньшинства для балансировки обработанного набора данных. Наконец, предлагается классификатор CNN-SVM для классификации видов атак. Метрики Точность, F-мера, Прецизионность и Отзыв использовались для оценки результатов 99,75%, 99,21%, 100% и 99,6% соответственно. По сравнению с существующими подходами предложенный метод оказался чрезвычайно эффективным при обнаружении DoS-атак в WSN.
Процессы экстренного торможения в Европейской системе управления поездами (European Train Control System (ETCS)) связаны со ступенчатым регулированием ускорения (замедления) в зависимости от способности торможения поезда, данных рельефа и меняющейся погоды на маршруте движения. Эти процессы являются определяющими в ETCS. Процедура ступенчатого регулирования замедления осуществляется машинистом многократно в процессе торможения до полной остановки поезда. Начало экстренного торможения и его окончание, а так же сам процесс торможения сопровождается многократным импульсным срабатыванием тормозов, что приводит к скачкам замедления и, соответственно, к повышенному износу тормозной системы, снижению комфорта для пассажиров, из чего следует ограничение максимально допустимой скорости движения. В статье предложена новая концепция и методика построения математических моделей кривых экстренного торможения отличных от кривых ETCS и основанных на гармонических полуволнах. Показано, что кривые торможения ETCS описываются известными степенными полуволнами второго порядка. Совместное их исследование даёт основание утверждать, что применение этих кривых приводит к обязательному импульсному режиму срабатывания тормозов. Предложены два новых варианта моделей кривых экстренного торможения, описываемых гармоническими полуволнами. Первый вариант имеет одно импульсное срабатывание тормозов в конце интервала торможения. Второй вариант свободен от тормозных импульсов и позволяет использовать непрерывное регулирование. Эти модели объясняют особенности ETCS, содержат предложения по их устранению, применимы для разработки новых кривых экстренного торможения, которые позволяют плавно осуществлять экстренное торможение поездов. Работоспособность, отличия и преимущества перед кривыми торможения ETCS показаны на результатах математического моделирования процессов экстренного торможения.
На сегодняшний день существует общее представление об интеллектуальном капитале, разработаны различные подходы к его измерению на микро- и макроуровне. Разработаны методы патентной аналитики для анализа технологических трендов. На концептуальном уровне известно, что существует взаимовлияние интеллектуального капитала и технологических трендов, но отсутствуют методические разработки для количественного оценивания такого влияния с использованием данных из различных источников. Цель исследования заключается в количественном оценивании взаимного влияния национального интеллектуального капитала и современных информационных технологий управления на макроуровне. Рассмотрены математические основания разделения компонентов интеллектуального капитала и технологий. Подтверждена гипотеза о статистической значимости взаимовлияния интеллектуального капитала и информационных технологий управления. Определена регрессионная зависимость, которая достаточно хорошо аппроксимируется линейной регрессией индекса интеллектуального капитала от логарифма индекса патентной активности страны в области IT-методов управления, что может быть интерпретировано как замедление роста индекса интеллектуального капитала при достижении определенного уровня патентной активности. Установлено, что чем более развита экономика, тем выше в ней уровень интеллектуального капитала и выше уровень распространения IT-методов управления. Явными исключениями из этой закономерности являются Китай и Индия. Китай, который относится к странам с доходом выше среднего уровня, демонстрируют более высокие, чем страны его уровня экономического развития, взаимосвязанные значения индекса интеллектуального капитала и распространенности IT-методов управления. Индия, занимающая 3-е место среди стран с уровнем дохода ниже среднего, имеет соизмеримые показатели развития интеллектуального капитала и распространения IT-методов управления со странами с уровнем дохода выше среднего. Дальнейшие исследования могут быть связаны с проверкой гипотез о возможности выявления предложенным методом количественных зависимостей между интеллектуальным капиталом и технологическим развитием. Необходима детализация выявленных зависимостей по кодам Международной патентной классификации и составляющим интеллектуального капитала, выявление зависимостей для других технологических областей.
Сложнейшей задачей защищенных телекоммуникационных систем, использующих симметричное шифрование, в связи с необходимостью предварительной и ресурсоемкой организации секретных каналов доставки ключей сетевым корреспондентам, является управление ключами. Альтернативой выступают методы формирования ключей по открытым каналам связи. В теории информации показано, что эти методы реализуются при условии превышения информационной скорости канала корреспондентов над скоростью канала перехвата нарушителя. Актуализируется поиск методов, обеспечивающих получение информационного преимущества корреспондентов. Цель заключается в определении теоретико-информационных условий формирования виртуальных сети и канала перехвата, для которых обеспечивается лучшее у корреспондентов отношение информационных скоростей по сравнению с отношением исходных сети и канала перехвата. В работе предлагается модель передачи информации, включающая модель связности и метод передачи информации для асимптотических длин кодовых слов. Модель включает трех корреспондентов и отличается введением идеального широковещательного канала в дополнение к широковещательному каналу с ошибками. В модели введен источник «зашумляющей» информации, которая передается по каналу с ошибками, поэтому передача кодовых слов с использованием известного метода случайного кодирования производится по каналу без ошибок. Для асимптотических длин кодовых слов все действия корреспондентов по обработке и передаче информации в модели сведены в предлагаемый метод передачи информации. Использование метода корреспондентами в рамках модели передачи позволяет одновременно сформировать для них новый виртуальный широковещательный канал с информационной скоростью, как и в первоначальном канале с ошибками, а для нарушителя новый виртуальный широковещательный канал перехвата со скоростью меньшей информационной скорости первоначального канала перехвата. Теоретико-информационные условия ухудшения канала перехвата доказывается в утверждении. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности использования последних для оценки информационной эффективности открытого сетевого формирования ключей в предложенной модели передачи информации, а также в развитии известных научных достижений открытого ключевого согласования. Предлагаемая модель передачи может быть полезной для проведения исследований систем управления ключами и защиты информации, передаваемой по открытым каналам. Дальнейшие исследования связаны с теоретико-информационной оценкой сетевой ключевой пропускной способности, представляющей собой потенциальную теоретико-информационную скорость формирования сетевого ключа.
В статье разработано вычислительно эффективное алгоритмическое решение задачи оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства. Сформированное решение применимо при наличии разнородных правил измерения параметров модели информационного противоборства, на основании которых формируется пара систем стохастических дифференциальных уравнений. Оценка информационного воздействия в модели оптимальной нелинейной фильтрации выполняется по критерию максимального правдоподобия по определяемой эволюции апостериорной условной функции плотности вероятности на заданном интервале наблюдения. Нахождение апостериорной условной функции плотности вероятности в заданный момент времени осуществляется с учетом теоремы сложения вероятностей, как вероятность суммы двух совместных событий, функции плотности которых устанавливаются из численного решения соответствующих робастных уравнений Дункана-Мортенсена-Закаи. Для первого события полагается, что первая система стохастических дифференциальных уравнений является уравнением состояния, а вторая - уравнением наблюдения. Для второго события устанавливается их определение в обратном порядке. Решение робастного уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи выполнено в постановке спектрального метода Галёркина при дискретизации интервала наблюдения на подынтервалы и сведении исходного решения к численному рекуррентному исследованию последовательности подзадач по так называемому Yau-Yau’s алгоритму, предполагающему оценку вероятностной меры из решения прямого уравнения Колмогорова при ее последующей коррекции по наблюдению. Для выделения особенностей алгоритмической реализации составленного решения сформирован алгоритм оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства при уточнении листинга исполняющей его функции, который представлен псевдокодом. Для выявления предпочтительности составленного алгоритмического решения по оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия проведена серия вычислительных экспериментов на тестовых выборках большого объема. Результат оценки информационного воздействия, получаемый по предложенному алгоритму, сравнен с определяемым решением: 1) по средневыборочным значением из моделей наблюдения; 2) ансамблевым расширенным фильтром Калмана; 3) алгоритмом фильтрации, предполагающим численное исследование уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи. По проведенному апостериорному исследованию выделены количественные показатели, устанавливающие выигрыш составленного алгоритма и границы его применимости.
В работе представлено применение алгоритма статистического анализа данных разновременной мультиспектральной аэрофотосъемки с целью выявления участков исторического антропогенного воздействия на природную среду. Исследуемый участок расположен на окраине поселка городского типа Знаменка (Знаменский район Тамбовской области) в лесостепной зоне с типичными черноземными почвами, где во второй половине XIX – начале XX вв. были расположены пашни. Признаком для выявления следов исторического антропогенного воздействия может быть растительность, возникшая в результате вторичной сукцессии на заброшенных участках. Отличительной особенностью такой растительности от окружающей природной среды является ее тип, возраст и плотность произрастания. Таким образом, задача обнаружения границ антропогенного воздействия по мультиспектральным изображениям сводится к задаче классификации растительности. Исходными данными являлись результаты разновременной мультиспектральной съемки в зеленом (Green), красном (Red), краевом красном (RedEdge) и ближнем инфракрасном (NIR) спектральных диапазонах. На первом этапе алгоритма предполагается вычисление текстурных признаков Харалика по данным мультиспектральной съемки, на втором этапе – уменьшение количества признаков методом главных компонент, на третьем – сегментация изображений на основе полученных признаков методом k-means. Эффективность предложенного алгоритма показана при сопоставлении результатов сегментации с эталонными данными исторических картографических материалов. Полученный результат сегментации отражает не только конфигурацию участков анотропогенно-преобразованной природной среды, но и особенности зарастания заброшенной пашни, поскольку исследование разновременных мультиспектральных снимков позволяет более полно охарактеризовать и учесть динамику наращивания фитомассы в разные периоды вегетации.
Системы распределения воды представляют собой критическую инфраструктуру. Эти архитектуры очень важны, и нестандартное поведение может отразиться на безопасности человека. Фактически, злоумышленник, получивший контроль над такой архитектурой, может нанести множество повреждений как инфраструктуре, так и людям. В этой статье мы предлагаем подход к выявлению нестандартного поведения, ориентированного на системы распределения воды. Разработанный подход рассматривает формальную среду проверки. Журналы, полученные из систем распределения воды, анализируются в формальную модель, и, используя временную логику, мы характеризуем поведение системы распределения воды во время атаки. Оценка, относящаяся к системе распределения воды, подтвердила эффективность разработанного подхода при выявлении трех различных нестандартных режимов работы.
Рассматривается задача приведения конечного эффектора (центра схвата) антропоморфного манипулятора подводного аппарата в заданное положение за заданное время с помощью метода конечного состояния. На основе полученной кинематической модели антропоморфного манипулятора, построенной на основе подхода Денавита – Хартенберга (DH-модель), сформулирована динамическая модель, учитывающая динамику приводов сочленений. DH-модель использована в терминальном нелинейном критерии, отображающем близость ориентации и положения эффектора к заданным значениям. Динамическая модель приспособлена для эффективного применения авторского метода конечного состояния (МКС) и представляет собой систему дифференциальных уравнений для углов поворота звеньев манипулятора вокруг продольных и поперечных осей, правые части которой содержат только искомые МКС-управления. Такая модель позволила существенно упростить расчет управлений за счет упразднения численного решения дифференциальных уравнений специального вида, необходимых в случае использования в МКС нелинейных динамических моделей общего вида. Найденные МКС-управления далее использованы в выражениях для управляющих воздействий на электроприводы сочленений, полученных на основе динамических моделей электроприводов. Предполагается, что неизвестные параметры приводов, как функции углов поворота звеньев и других неизвестных факторов, могут быть определены экспериментально. Такая двухэтапная процедура позволила получить управление приводами в форме алгебраических и трансцендентных выражений. Наконец, представлены результаты моделирования процессов приведения конечного эффектора манипулятора в заданные положения на границах рабочей области с помощью разработанного программного обеспечения. Полученная при этом погрешность без учета погрешности измерений составила величины, не превышающие двух сантиметров на максимальном вылете руки длиной 1,2 метра. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы по разработке роботизированного аппарата, предназначенного для подводных исследовательских работ на малых глубинах (до 10 метров).
Рассматривается вопрос моделирования поведенческих функций животных, в частности, моделирование и реализация условного рефлекса. Производится анализ современного состояния нейронных сетей с возможностью структурного реконфигурирования. Моделирование осуществляется посредством нейронных сетей, которые строятся на основе сегментной спайковой модели нейрона с возможностью структурной адаптации к входному паттерну импульсов. Сегментная спайковая модель нейрона способна изменять свою структуру (размер тела клетки, количество и длина дендритов, количество синапсов) в зависимости от поступающего на её входы паттерна импульсов. Приведено краткое описание сегментной спайковой модели нейрона, отмечены её основные особенности с точки зрения возможности её структурного реконфигурирования. Описывается способ структурной адаптации сегментной спайковой модели нейрона к входному паттерну импульсов. Для исследования работы предложенной модели нейрона в сети, в качестве примера обосновывается выбор условного рефлекса, как частного случая формирования ассоциативных связей. Приведено описание структурной схемы и алгоритма формирования условного рефлекса как с положительным, так и с отрицательным подкреплением. Представлено пошаговое описание экспериментов по формированию ассоциативных связей вообще и условного рефлекса (как с положительным, так и с отрицательным подкреплением), в частности. Сделан вывод о перспективности применения спайковых сегментных моделей нейронов для повышения эффективности реализации поведенческих функций в нейроморфных системах управления. Рассмотрены дальнейшие перспективные направления развития нейроморфных систем, основанных на спайковых сегментных моделях нейрона.
Представляются анализ и систематизация современных исследований в области обеспечения информационной безопасности киберфизических систем. Рассматриваются проблемные вопросы, связанные с информационной безопасностью подобных систем: «Что атакуют?», «Кто атакует?», «Почему атакуют?», «Как атакуют?» и «Как защититься?». В качестве ответа на первый вопрос даются определение и классификация киберфизических систем по таким атрибутам этих систем, как сложность, связность, критичность и социальный аспект. В качестве ответа на второй и третий вопросы предлагается классификация атакующих по таким атрибутам, как тип доступа, способ доступа, намерения, знания и ресурсы. В качестве ответа на четвертый вопрос рассматривается классификация атакующих действий по таким атрибутам, как субъект и объект, способ воздействия, предпосылки и последствия. В качестве ответа на пятый вопрос предлагается классификация методов и средств защиты по таким атрибутам, как принцип работы, объект защиты и решаемая задача. Научная значимость статьи заключается в систематизации современного состояния исследований в предметной области. Практическая значимость статьи заключается в предоставлении информации о проблемных вопросах безопасности, которые характерны для киберфизических систем, что позволит учитывать их при разработке, администрировании и использовании таких систем.
Предлагается вариант решения задачи выбора пропускных способностей цифровых каналов связи транспортной сети, учитывающий разбалансировку трафика данных по приоритетам. Разработанный алгоритм выбора пропускных способностей гарантирует минимальные затраты на аренду цифровых каналов связи с оптимальной пропускной способностью при условии выполнения требований к качеству обслуживания протокольных блоков данных первого, второго и k -го приоритетов в разбалансированной по приоритетам транспортной сети связи. На первом этапе была разработана аналитическая модель транспортной сети связи, которая предполагает разбиение исходной сети на отдельные фрагменты, анализируемые независимо друг от друга с помощью систем массового обслуживания. На втором этапе с использованием множителей Лагранжа был разработан алгоритм выбора пропускных способностей цифровых каналов связи для сбалансированной по приоритетам транспортной сети связи. Высокое быстродействие данного алгоритма обеспечено за счет применения алгебраических операций над матрицами (сложение, умножение и др.). На третьем этапе с использованием обобщенного метода множителей Лагранжа было реализовано сравнение условных экстремумов функции затрат на аренду цифровых каналов связи для одиночных активных требований к качеству обслуживания протокольных блоков данных, для всех возможных пар активных требований к качеству обслуживания протокольных блоков данных, для всех возможных троек активных требований к качеству обслуживания протокольных блоков данных и так далее вплоть до случая, когда одновременно будут активны все требования. На четвертом этапе был рассмотрен пример решения задачи выбора пропускных способностей цифровых каналов связи разбалансированной по приоритетам транспортной сети, состоящей из восьми маршрутизаторов, которые обслуживают протокольные блоки данных трех приоритетов. На заключительном этапе оценена эффективность разработанного алгоритма методом имитационного моделирования. Для этого в среде сетевого симулятора OMNet++ исследована разбалансированная по приоритетам транспортная сеть связи, которая состоит из восьми маршрутизаторов, соединенных двенадцатью цифровыми каналами связи с оптимальной пропускной способностью.
Рассматриваются вопросы применения интерфейсов мозг-компьютер в ассистивных технологиях, в частности для управления роботизированными устройствами. Неинвазивные интерфейсы мозг-компьютер строятся на основе обработки и классификации электроэнцефалографических сигналов, показывающих биоэлектрическую активность в различных зонах мозга. Системы на основе неинвазивных интерфейов мозг-компьютер после обучения способны декодировать электроэнцефалографические паттерны, соответствующие разным воображаемым движениям человека, а также паттерны, соответствующие различным аудиовизуальным стимулам. Сформулированы и приведены требования, которым должны отвечать интерфейсы мозг-компьютер, работающие в режиме реального времени, чтобы биологическая обратная связь была эффективна и мозг пользователя смог правильно ассоциировать ответы с событиями. Рассматривается процесс обработки электроэнцефалографических сигналов в неинвазивных интерфейсах мозг-компьютер, включающий пространственную и временную фильтрацию, удаление двигательных артефактов, выделение признаков и классификацию. Описываются и сравниваются классификаторы, основанные на методе опорных векторов, искусственных нейронных сетях и римановой геометрии. Показано, что такие классификаторы могут обеспечить точность 60-80% при распознавании от двух до четырех классов воображаемых движений в режиме реального времени по одной пробе. Приведены примеры использования таких классификаторов для управления роботизированными устройствами, помогающими здоровым людям лучше выполнять повседневные функции и улучшающими качество жизни людей с ограниченными возможностями. Проведены эксперименты по управлению роботизированной рукой с пятипалой кистью, мобильной сенсорной платформой и антропоморфным роботом. На основе полученных результатов исследования сформулированы задачи, которые нужно решить, чтобы применение технологии стало более эффективным.
В данной работе исследуется один из возможных вариантов гладкой аппроксимации вероятностных критериев в задачах стохастического программирования. Исследование проведено в приложении к задачам оптимизации функции вероятности и функции квантили для функционала потерь, зависящего от вектора управления и одномерной абсолютно непрерывной случайной величины. В данной работе исследуется один из возможных вариантов гладкой аппроксимации вероятностных критериев в задачах стохастического программирования. Исследование проведено в приложении к задачам оптимизации функции вероятности и функции квантили для функционала потерь, зависящего от вектора управления и одномерной абсолютно непрерывной случайной величины. Основная идея аппроксимации – замена разрывной функции Хевисайда в интегральном представлении функции вероятности на гладкую функцию, обладающую такими свойствами как непрерывность, гладкость, а также имеющую легко вычислимые производные. Примером такой функции является функция распределения случайной величины, распределенной по логистическому закону с нулевым средним и конечной дисперсией – сигмоида. Величина, обратно пропорциональная корню из дисперсии, при этом является параметром, обеспечивающим близость исходной функции и ее аппроксимации. Такая замена позволяет получить гладкое приближение функции вероятности, для которого легко могут быть найдены производные по вектору управления и иным параметрам задачи. В статье доказана сходимость аппроксимации функции вероятности, полученной при замене функции Хевисайда на сигмоидальную функцию, к исходной функции вероятности, и получена оценка погрешности такой аппроксимации. Далее получены приближенные выражения для производных функции вероятности по вектору управления и параметру функции, доказана их сходимость к истинным производным при выполнении ряда условий на функционал потерь. С помощью известных соотношений между производными функции вероятности и функции квантили получены приближенные выражения для производных функции квантили по вектору управления и уровню вероятности. Рассмотрены примеры, демонстрирующие возможность применения предложенных оценок к решению задач стохастического программирования с критериями в форме функции вероятности и функции квантили, в том числе в случае многомерной случайной величины.
Предложен алгоритм вычисления приближенных значений корней алгебраических уравнений с заданными предельными абсолютными погрешностями. Математическую основу алгоритма составляет аналитически-численный метод решения нелинейных интегрально-дифференциальных уравнений с нестационарными коэффициентами. Аналитически-численный метод относится к классу одношаговых непрерывных методов переменного порядка с адаптивной процедурой выбора шага расчета, формализованной оценкой погрешности производимых вычислений на каждом шаге и погрешности, накапливаемой в ходе расчета. Предлагаемый алгоритм вычисления приближенных значений корней алгебраического уравнения с заданными предельными абсолютными погрешностями состоит из двух этапов. Результатом выполнения первого этапа служат числовые интервалы, содержащие неизвестные точные значения корней алгебраического уравнения. На втором этапе вычисляем приближенные значения этих корней с заданными предельными абсолютными погрешностями. В качестве примера использования предложенного алгоритма приведено нахождение корней алгебраического уравнения пятого порядка с тремя различными значениями предельной абсолютной погрешности.
На основе полученных результатов сделаны следующие выводы. Предложенный алгоритм позволяет выделить числовые интервалы, содержащие неизвестные точные значения корней. Знание этих интервалов дает возможность вычисления приближенных значений корней с любой заданной предельной абсолютной погрешностью. Результативность алгоритма, то есть гарантия достижения поставленной цели не зависит от выбора начальных условий. Алгоритм не итерационный, поэтому число шагов расчета, которое необходимо для выделения числового интервала, содержащего неизвестное точное значение какого-либо из корней алгебраического уравнения, всегда ограничено. Алгоритм при поиске определенного корня алгебраического уравнения вычислительно полностью автономен.
В работе рассматривается один из аспектов задачи о преследовании: построение траекторий движения преследователя для случая, когда преследование осуществляется по методу погони, то есть касательная, проведенная к траектории движения преследователя в любой момент времени, проходит через положение точки, которая ассоциируется с преследуемым. Предлагается новый подход построения кривых погони путем использования разностных схем. Данная методика позволяет отказаться от необходимости составлять дифференциальные уравнения для описания кривых погони, что бывает достаточно сложно сделать в общем случае. Кроме того, применение разностных схем обосновано в ситуации, когда нахождение аналитического решения уже имеющегося дифференциального уравнения затруднительно, и дает возможность получить кривую погони численным способом. Построены различные модификации разностных схем, являющиеся аналогами схем на основе методов Эйлера, Адамса — Башфорта и Милна. Осуществлена их программная реализация с помощью математического пакета Mathcad. Рассмотрен случай равномерного прямолинейного движения преследуемого, для которого известно дифференциальное уравнение, описывающее траекторию преследователя, и его аналитическое решение. Проведен сравнительный анализ полученных разными методами численных решений и известного аналитического решения. Найдена погрешность полученных численных реализаций. Рассмотрено применение построенных разностных схем для более общего случая произвольной траектории преследуемого. Также описан алгоритм распространения предложенного метода для случая циклического преследования с несколькими участниками в трехмерном пространстве. В частности, построена разностная схема, аналогичная методу Эйлера, для трехмерного аналога «задачи о жуках». Полученные результаты продемонстрированы на анимационных примерах как для двумерного, так и трехмерного случаев.
Исследуются коммуникационные сети и информационные взаимодействия в низкоорбитальных многоспутниковых группировках, выполняющих задачи дистанционного зондирования Земли. Исследования вопросов создания коммуникационной сети в данном случае является необходимым условием, так как возможности и эффективность информационного взаимодействия непосредственно зависят от возможностей сети связи. В основе создания коммуникационной сети, устойчивой к разрывам и задержкам в каналах связи, рассматривается DTN (от англ. Delay-and-Disruption Tolerant Networking) технология, а в основе маршрутизации сообщений — CGR (от англ. Contact Graph Routing) подход. Эти технология и подход в оригинале разрабатываются и используются для обеспечения связи с космическими аппаратами, находящимися в далеком космосе. Поэтому в работе рассматриваются вопросы и задачи, возникающие в связи с использованием DTN технологии и CGR метода маршрутизации применительно к низкоорбитальным спутниковым группировкам. Целью исследования информационного взаимодействия является разработка эффективных схем (протоколов) взаимодействия. Анализируются схемы информационного взаимодействия, которые могут использоваться группировкой спутников при автономном планировании поступающих заявок на дистанционное зондирование Земли. Наряду с автономным планированием также исследуется информационное взаимодействие, которое может использоваться для реализации сетевого управления группировкой спутников в случае наземного планирования. Эффективность схем информационного взаимодействия оценивается оперативностью выполнения заявок. Измерение оценок оперативности выполняется на основе имитационного моделирования коммуникационной сети и соответствующей схемы информационного взаимодействия.
Рассматривается задача исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами (АПО) – материальными объектами, перемещающимися в пространстве и осуществляющими информационное, вещественное и энергетическое взаимодействие с объектами и пунктами управления, другими АПО. Применение АПО по назначению обычно регламентируется жесткими требованиями, поэтому любая временная задержка или неполное достижение целевого эффекта недопустимы. Причиной срыва выполнения целевой задачи может быть разработка некорректного плана применения средств управления, процесс реализации которого оказывается неустойчивым вследствие влияния случайных факторов либо целенаправленных воздействий среды и других систем. В статье рассматриваются проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами. Авторами предлагаются количественные и качественные методы оценивания устойчивости планов, пути и способы обеспечения требуемых уровней устойчивости. При этом задача планирования рассматривается как динамическая, предусматривающая корректировку плана за счет организационных, структурных и программно-алгоритмических мероприятий по обеспечению устойчивости
Решается задача слежения для нелинейного объекта по выходу в условиях внешних ограниченных возмущений, недоступных для измерения. Объект управления описывается гладкими функциями, для которых может быть определена их относительная динамическая степень. Функция возмущений удовлетворяет условию Липшица. Использованы стандартные модельные преобразования для перехода к описанию динамики объекта в ошибках. При синтезе алгоритма используется итеративная процедура с количеством шагов, равных показателю относительной динамической степени объекта. Предложенная система управления представляет собой робастную модификацию алгоритма обратного обхода интегратора и сохраняет его структуру. Ключевые изменения в алгоритме состоят в использовании метода вспомогательного контура для оценки и компенсации сигнала возмущения, а также в модельных преобразованиях, позволяющих уменьшить количество фильтров в системе управления. Метод вспомогательного контура дает возможность на каждом шаге синтеза алгоритма ввести в рассмотрение модель желаемой динамики ошибок слежения, что является основой для оценки величины возмущающего воздействия. Для оценки неизвестных сигналов и их производных используются известные наблюдатели с сильной обратной связью. Доказана сходимость ошибок слежения и наблюдения в замкнутой системе за конечное время с настраиваемой точностью, зависящей от величины возмущающих воздействий и параметров регулятора. Эффективность алгоритма подтверждена результатами компьютерного моделирования. Приведены графики работы предложенного метода и ближайшего аналога в режимах стабилизации и слежения, и представлены количественные показатели, позволяющие оценить качество регулирования. Практическая применимость метода рассмотрена на примере задачи управления лабораторным стендом «Twin Rotor MIMO System», который воспроизводит динамику винтокрылого летательного аппарата.
В статье предлагается компьютерная модель и описание метода использования электромагнитных волн с длиной 0,1-1 мм для выявления внутренних дефектов изделий, выполненных по аддитивным технологиям. С помощью предложенной модели демонстрируется возможность бесконтактного неразрушающего контроля качества по дифракционным картинам.
В настоящее время аддитивные технологии, и в частности печать на трехмерных принтерах, используют для получения изделия материалы, многие из которых свободно пропускают терагерцовое излучение (частота 3·1011-3·1012 Гц, длина волны 0,1-1 мм). В то же время дефекты, возникающие в изделиях при аддитивном производстве, имеют размеры того же порядка (0,1-1 мм), что и терагерцовые волны. Следовательно, при облучении изделий с такими дефектами монохромным миллиметровым излучением будет возникать дифракция Френеля.
Это позволяет использовать дифракционный метод контроля качества изделий, выполненных методом трехмерной печати. В статье описаны схема проведения контроля, алгоритм моделирования дифракционных картин с использованием выражения Релея-Зоммерфельда и компьютерная программа, реализующая указанный алгоритм. Приведены результаты определения размеров и расположения дефектов в изделиях по дифракционным картинам.
Рассматривается компьютерная модель такого дифракционного метода, который может быть реализован в виде аппаратно-программных средств, позволяющих автоматизировать процесс контроля, обеспечить его низкую себестоимость, безопасность (учитывая свойства электромагнитного излучения указанного диапазона длин волн) и может конкурировать с методами электромагнитной и звуковой томографии.
В данной статье предлагается метод автоматического предсказания интонационно выделенных слов, то есть наиболее важной информации в высказывании. Метод опирается на использование лексических, грамматических и синтаксических маркеров интонационного выделения, что делает возможным его применение в системах синтеза речи по тексту, где реализация интонационного выделения может повысить естественность звучания синтезированной речи.
В качестве методов классификации независимо друг от друга использовалось несколько различных моделей: наивная байесовская модель, модель максимальной энтропии и условные случайные поля. Сопоставление результатов, полученных в ходе нескольких экспериментов, показало, что использовавшиеся дискриминативные модели демонстрируют сбалансированные и примерно равные значения метрик качества, в то время как генеративная модель потенциально более пригодна для поиска интонационно выделенных слов в речевом сигнале.
Результаты, представленные в статье, сравнимы и в некоторых случаях превосходят аналогичные системы, разработанные для других языков.
Исследования являются частью работ по созданию маломерного робо-тизированного научно-исследовательского судна для комплексного экологического мониторинга морской прибрежной акватории Черного моря, а также озер и рек, с базированием в г. Севастополе. На основе сформированной аналитической нелинейной модели судна катамаранного типа с двумя винто-рулевыми колонками, учитывающей его массогабаритные и тяговые характеристики, разработаны первоначальный и упрощенный способы управления угловой скоростью и курсом судна при «сильных» маневрах с использованием метода конечных состояний. Под «сильными» маневрами в судовождении понимаются маневры с большими углами перекладки рулей, когда линеаризованные модели судов неприменимы. Разработанные способы управления имеют вид простых структур, явно зависящих от задающего воздействия, длины судна, упоров винто-рулевых колонок, момента инерции судна, а также известных нелинейных функций текущего состояния – скоростей по продольной и поперечной осям судна, угловой скорости и угла поворота винто-рулевых колонок. В упрощенном способе значения измерений скоростей не используются.
На основе принципа зеркального отображения и соответствующих решений модифицированных линейных сингулярных интегральных уравнений проведено численное моделирование единой функции внешнего поля излучения и фотометрических инвариантов коэффициентов яркости плоского однородного слоя конечной оптической толщины на его внешних границах. Показана эффективность этих уравнений при использовании метода угловой дискретизации в задачах численного моделирования полей излучения системы «атмосфера — подстилающая поверхность». Указанный новый подход позволяет обобщить основные результаты численного радиационного моделирования в частном случае полубесконечного однородного слоя. В этой связи рассмотрены основные математические аспекты и вычислительные особенности численной реализации метода угловой дискретизации. Вследствие линейности используемых базовых интегральных уравнений проведенный анализ можно обобщить на случай скалярных и поляризованных полей излучения при учете многократного анизотропного рассеяния излучения и его отражения от произвольной горизонтально-однородной подстилающей поверхности.
Рассмотрена задача построения методологии оценки эффективности информационных систем и технологий, позволяющая количественно оценить результативность их применения. Особенностью информационных систем является их сервисный характер, что приводит к необходимости косвенного оценивания их эффективности через терминальный положительный эффект метасистемы, в интересах которой данная система была создана или адаптирована.
Приведен краткий обзор существующих подходов и методик к оцениванию эффективности информационных систем и технологий. Установлена неоднозначность используемых определений эффективности, и как следствие, сложности построения формализованной количественной методики ее оценивания.
Предложены количественные оценки эффективности информационной системы, учитывающие вероятностную природу исходных данных, используемых для построения этих оценок. Представлены варианты необходимых и достаточных критериев эффективности информационных систем, выраженные через эффективность метасистем, в интересах которых они функционируют.
В данной статье исследуются проблемы применимости и выбора криптографических стандартов с учетом предпочтений и требований потенциального пользователя. Профили пользователя формируются с помощью онтологических методов. На основе профилей пользователей и характеристик документов формируется набор документов, которые могут подойти конкретному пользователю, и элементы этого набора ранжируются по вероятности соответствия его требованиям. При формировании набора документов используются различные методы фильтрации: коллаборативная фильтрация, анализ и фильтрация контента, а также гибридные методы, совмещающие оба подхода. Таким образом, создается рекомендующая система выбора криптографических стандартов и алгоритмов. При наличии нескольких пользовательских критериев выбора объекта целесообразно использовать интегральный показатель соответствия объекта, который вычисляется в виде взвешенной суммы показателей.
В статье на примерах наиболее распространенных на микро- и макроуровнях экономико-математических моделей предложен подход к построению методики «оптимальной сложности», обеспечивающей минимальную величину суммарной ошибки при заданной продолжительности решения информационно-расчетных задач в рамках модельных исследований организационно-экономических систем. Кроме того, данный подход позволяет обосновать требования к точности входной информации. Показано, что для обеспечения рационального уровня точности моделирования орган управления (заказчик модели) должен учитывать складывающиеся в реальности соотношения точности исходной информации, структурной точности модели, функциональной точности модели и точности вычислительных алгоритмов.
В статье рассматриваются некоторые подходы к распознаванию параметров пороговых k-значных функций, которые могут быть использованы для построения узлов обработки и защиты информации. Основное внимание сосредоточено на проблеме доказательства принадлежности некоторой k-значной функции к классу пороговых. Для решения этого вопроса предлагается использовать вводимые коэффициенты роста и возрастания, с помощью которых процедурно аппроксимируются коэффициенты линейной формы k-значной пороговой функции. На ряду с предложенным аналитическим подходом в статье рассматривается алгоритмический метод, основанный на сведении задачи нахождения порогового представления k-значной функции к системе линейных неравенств, для решения которой применяется модифицированный метод эллипсоидов Хачияна. На основании экспериментов проводится сравнительный анализ предложенных методов.
Получено более детальное представление формулы Шеннона для определения пропускной способности канала связи. В модифицированном виде в нем учитывается параметры сигнала, как во временном, так и частотном диапазоне.
Предложена и описана новая методика расчета соотношения неопределенности для сигналов. Приведены примеры расчетов соотношения неопределенности для различных классов сигналов с использованием энергетического метода, метода моментов и с применением предложенного подхода.
В данной статье излагаются результаты исследований по планированию маршрутов автономных подвижных объектов на априорно сформированной многовариантной модели маршрута (МММ) как множестве альтернативных путей из начальной точки в целевую. Построение МММ основывается на компьютерном методе функционально-воксельного моделирования, сочетающем аналитическую форму описания 3D-сцены с воксельным представлением ее локальных геометрических характеристик. Синтез управления движением и стабилизация траектории движения обеспечиваются представлением объекта управления в форме многорежимной модели и применением к ней метода редукции.
В работе предложен алгоритм вычисления координат автономного необитаемого подводного аппарата на базе триангуляционного метода и посттриангуляционной коррекции. Особенностью алгоритма является использование в качестве входных параметров нескольких наборов дальностей аппарат-маяк, вычисленных с разными значениями скорости звука в воде. Проведены исследования, которые показали, что разработанный алгоритм в среднем превосходит триангуляционный метод по точности в два раза.
В статье рассматриваются подходы к долгосрочному прогнозированию количественных и качественных показателей подсистемы защиты информационных и телекоммуникационных систем, оценивается возможность их применения для анализа защищенности систем от несанкционированного доступа.
В работе приводятся результаты классификации электроэнцефалографических (ЭЭГ) паттернов кинестетического воображения движений пальцами и кистью одной руки в заданном ритме на основе метода опорных векторов и разработанного комитета искусственных нейронных сетей. Показано, что точность попарной классификации ЭЭГ-паттернов воображаемых движений с использованием комитета искусственных нейронных сетей в среднем была выше, чем при использовании классификатора на основе метода опорных векторов. Выявлена возможность увеличения точности распознавания воображаемых движений мелкой моторики при использовании индивидуального подхода к выбору параметров классификации паттерна ЭЭГ сигнала.
Категоризация сцен при автоматическом аннотировании изображений предполагает обязательный этап извлечения дескрипторов для построения гистограмм визуальных слов. Изучено семейство новых цветовых дескрипторов на основе точечных особенностей, инвариантных не только к геометрическим преобразованиям, но к изменениям освещенности. Особенностью дальнейшего алгоритма является предварительная цветовая и текстурная сегментация на основе алгоритма J-SEG с ранжированием полученных регионов по площади. Для построения визуальных слов и категоризации по методу опорных векторов используются расширенные цветовые дескрипторы, рассчитанные в 5–7 регионах с наибольшей площадью. Представлены сравнительные результаты экспериментальных оценок точности категоризации изображений из тестового набора 2688 изображений с применением расширенных цветовых дескрипторов.
В статье рассмотрены два основных метода позиционирования внутри помещений с помощью мобильного устройства: метод трилатерации сигналов Wi-Fi и метод радиоотпечатков (fingerprinting). Кроме того, рассмотрены подходы к позиционированию внутри помещений, различающиеся определением расстояния до источника сигнала, которые основываются на вышеуказанных методах и открывают перспективу создания комбинированного метода позиционирования.
В статье на примере задач, возникающих при исследовании свойств продукции военного назначения, выпускающейся на предприятиях оборонно-промышленного комплекса, описаны задачи исследования операционных и обменных свойств сложных технических систем. Операционные свойства систем характеризуют результаты (эффекты) функционирования систем (к операционным свойствам, в частности, отнесены эффективность функционирования системы для достижения заданной цели, потенциал системы), а обменные свойства характеризуют обмен результатами функционирования (к таким свойствам отнесены конкурентоспособность изделия, конкурентоспособность предприятия). Показано, что обменные свойства систем целесообразно изучать, используя концепцию и методологию оценивания операционных свойств систем. Введены показатели оценивания операционных свойств и на их основе введены показатели обменных свойств систем, допускающие свое прогнозное оценивание на математических моделях, что дает возможность решать спектр актуальных задач исследования операционных и обменных свойств систем. На примере одной из решаемого класса задач выполнена постановка задач исследования операционных и обменных свойств систем.
В статье рассматриваются концептуальные вопросы, определяющие состояние информационной безопасности государства и региона. Предлагается подход к формированию функций защиты и функций состояния безопасности на региональном уровне. Описываются различные требования к обеспечению требуемого уровня информационной безопасности. Приводятся сведения по подготовке кадров в области информационной безопасности в Сибирском и Дальневосточном федеральном округах.
Рассматриваются вопросы повышения энергоэффективности электроэнергетических комплексов децентрализованной энергетики со сверхпроводниковым оборудованием за счет использования интеллектуальной защищенной диалоговой системы автоматического управления, выполняющей адаптацию комплекса к режимам работы, внешним возмущающим воздействиям и проводящей биометрический контроль доступа операторов.
Создана модель мультимодальной сенсорной среды «INFANT.MAVS», включающая две базы стимулов разной перцептивной сложности – простых (визуальных, звуковых, тактильных и графических) и комплексных, синтезированных на основе сочетания простых. Программное обеспечение модели включает компонент управления созданными базами данных и саму базу данных. Компонент управления разработан на языке Microsoft Visual Basic v.6.0 и предназначен для работы под управлением операционных систем семейства Windows (Windows XP, Windows Vista, Windows 7). Программное обеспечение базы делает работу с моделью доступной и удобной для любого пользователя
Проведен системный анализ прикладных задач, решаемых на основе тематической обработки материалов аэрокосмической съемки и тестовых наземных измерений. В статье рассматриваются вопросы применения аэрокосмических средств наблюдения при решении актуальных прикладных задач, входящих в сферу интереса проекта ELRI-184 «Integrated Intelligent Platform for Monitoring the Cross-Border Natural-Technological Systems». Рассмотрены направления, имеющие особую практическую значимость для приграничных территорий государств — участников проекта. На основе экспертного анализа и моделирования получены числовые значения показателей, характеризующих систему мониторинга.
В данной работе была показана возможность и преимущество применения метода рандомизированных сводных показателей для оценки эффективности публикационной активности научных сотрудников различных организаций. Рассмотрен пример применения указанного подхода для построения иерархической системы сводных показателей двух уровней, учитывающей мнения двух потенциальных экспертных групп.
Обсуждается смысл терминов «биоинформатика», «медицинская информатика», «биомедицинская информатика» применительно к целям, задачам и методам последней. Обосновывается наиболее полное на наш взгляд определение биомедицинской информатики. Приводятся вехи истории биомедицинской информатики в России и основные научные школы по этому направлению, возглавляемые лидерами отечественной науки. Рассматриваются деятельность лаборатории биомедицинской информатики и особенности решения задач биомедицинской информатики в СПИИРАН
В статье предлагается аналитически обоснованный метод кластеризации мультимножеств, названный K–методом, который в кластерном анализе позволяет превзойти традиционный метод K–средних. В области сегментации изображений предлагаемый метод решает проблему вычисления оптимальных приближений изображения в последовательном числе яркостных градаций, рассматриваемую в мультипороговом методе Оцу, и кардинально улучшает по суммарной квадратичной ошибке приближения изображения связными сегментами, рассматриваемые в модели Мамфорда–Шаха. Если традиционный метод K–средних анализирует близость пикселей к центрам кластеров, то K–метод учитывает более сильный признак устойчивости оптимального разбиения относительно реклассификации пикселей из одного кластера в другой. При этом K–метод оказывается практичнее метода Оцу, т.к. при вычислении каждого последующего разбиения с очередным числом кластеров не ограничен экспоненциальным возрастанием продолжительности обработки. В сравнении с моделью Мамфорда–Шаха, основное преимущество K–метода состоит в снижении суммарной квадратичной ошибки за счет генерации последовательности перекрывающихся разбиений в комбинированном алгоритме влияния/дробления–коррекции сегментов изображения.
Определяются операционные свойства – свойства систем и процессов их функционирования, характеризующие их приспособленность к достижению целей деятельности. Рассмотрены классы практических задач, ведущих к необходимости оценивания операционных свойств – таких, как потенциал систем, эффективность, результативность, экономичность использования систем и других аналогичных операционных свойств. Вскрыта проблема исследования операционных свойств систем и процессов их функционирования, предложена концепция ее решения. Концепция основывается на использовании синтетических отношений – взаимосвязанных, вложенных и иерархичных – и на использовании метода исследования на основе построения таких синтетических отношений. В рамках концепции предложены унифицированные концептуальные схемы оценивания операционных свойств, используемых в отечественной практике, таких, как потенциал систем, эффективность, экономичность и аналогов используемых за рубежом свойств efficacy, performance, efficiency, effectiveness, capabilities. Предложена концепция моделирования в задачах исследования операционных свойств систем и процессов их функционирования. Приведены модели синтетических отношений и их использование для оценивания показателей операционных свойств систем и процессов их функционирования.
В статье описаны и проанализированы общие тенденции архитектурного проектирования, технологии, свойства и недостатки систем позиционирования в помещениях, основанных на использовании телекоммуникационных технологий (WI-FI, GSM, Bluetooth), которые поддерживаются современными смартфонами. Преимущество использования этих технологий состоит в том, что они позволяют разрабатывать мобильные системы, реализующие позиционирование внутри помещений, и не требуют закупки дополнительного оборудования. Например, музеи вместо того, чтобы приобретать дорогие аудиогиды, могут обеспечить посетителей программным обеспечением для их смартфонов, которое выполняет функции позиционирования, навигации и обеспечения пользователя информацией. В статье представлен сравнительный анализ наиболее перспективных на данный момент систем и решений.
Рассматривается процесс решения задач исследования потенциала систем и эффективности их функционирования и автоматизация процессов решения этих задач. Задачи исследования потенциала систем относятся к классу новых задач, решение которых должно улучшить функционирование ряда систем, в состав которых входят взаимодействующие коллективы людей и комплексы технических устройств. Приведены примеры практически важных задач исследования потенциала систем и эффективности процессов их функционирования и источники проблемности при их решении. Вскрыта проблема решения задач исследования потенциала систем и эффективности их функционирования. Введен основной принцип исследования – принцип «погружения». На основе использования принципа «погружения» обоснованы требования к моделированию в задачах исследования потенциала систем и эффективности их функционирования, к методам и к информационным технологиям решения этих задач.
В данной статье рассмотрена ранее изложенная байесовская модель оценки кусочно-постоянной плотности распределения, соответствующая тернарному разбиению диапазона возможных значений исследуемой случайной величины, основанная на оценке параметров распределения Дирихле по нечисловой, неточной и неполной экспертной информации. Анализ проводится для оценки и прогноза статистических характеристик приращений курса швейцарского франка CHF относительно единицы XDR резервного платѐжного средства SDR Международного валютного фонда. Для сравнения качества результата для тех же данных проведены исследования с помощью классического эконометрического метода: построение ARIMA – модели и прогноза методом экспоненциального сглаживания.
В статье представлен основной психодиагностический инструмент выявления авторитарного потенциала личности человека, под которым в первую очередь подразумевается предрасположенность к агрессии и нетерпимости по отношению к аутгруппам. Созданный Теодором Адорно опросник «Шкала F» впервые полностью переведѐн на русский язык, представлен в интерактивном формате и опробован на испытуемых, принадлежащих к русской культуре.
В статье представлены результаты численных исследований качества применения традиционных вариантов статистической обработки данных к задачам оценивания и прогнозирования состояния рынков капитала.
Проблема противодействия вредоносному программному обеспечению (ПО), остается довольно острой, несмотря на появление более эффективных механизмов его выявления, анализа, обновления баз его описаний и правил обнаружения. Важным аспектом этой проблемы является поиск эвристических методов детектирования, обладающих большей точностью обнаружения. В работе рассматривается применение методов интеллектуального анализа данных (Data Mining) для создания эвристических детекторов вредоносного ПО. Описываемый подход отличается от существующих направленностью на обработку статической информации, обеспечивающей формирование отдельных функциональных элементов эффективной модели детектирования вредоносных исполняемых объектов. В работе реализована и исследована общая методология формирования системы детектирования на базе применения методов выделения значимых признаков и методов классификации.
Дается краткий анализ состояния информационной безопасности общества. Формулируются актуальные научные проблемы, решение которых позволит снизить риски от информационного вандализма, криминала, терроризма. Предлагаются некоторые подходы к снижению остроты проблемы информационной безопасности.