НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

В статье изложен метод оценки средних времен пребывания заявок в узлах замкнутых сетей массового обслуживания с приоритетами и с широким диапазоном консервативных дисциплин обслуживания. Метод основан на разложении всей замкнутой сети массового обслуживания на совокупность относительно простых базовых систем массового обслуживания типа M | GI | n | N для каждого узла. Неизвестные средние времена пребывания в узлах сети взаимосвязаны системой нелинейных уравнений. Доказано существование решения этой системы. Для нахождения решения такой системы предложена итерационная процедура, основанная на методе Ньютона-Канторовича. Процедура обеспечивает быструю сходимость к решению. Возможности предложенного метода ограничены на сегодня известными аналитическими решениями для простых базовых систем массового обслуживания типа M | GI | n | N.

В статье изучается проблема снижения вентильной сложности обратимых схем, состоящих из вентилей NOT и k-CNOT, без использования таблиц замен. Делается обобщение вентиля k-CNOT на случай нулевого значения на некоторых управляющих входах этого вентиля. Для таких обобщенных вентилей k-CNOT рассматриваются различные эквивалентные замены композиций обратимых вентилей. Приводится доказательство корректности таких замен путем сравнения результирующего преобразования до и после замены. Показано применение на практике эквивалентных замен для снижения вентильной сложности абстрактной обратимой схемы.

Рассматриваются вопросы построения сетей связи на основе синхронной цифровой иерархии (СЦИ) с помощью программного комплекса, в котором реализован алгоритм Дейкстры с учетом условий реальных сетей. В эти условия включаются тупиковые ответвления, прохождение резервного канала по волокнам и оборудованию, отличному от тех, по которым прошел основной канал и т.п. Программный комплекс позволяет находить оптимальные основной и резервный маршруты для каналов в сети СЦИ сложной структуры с учетом этих ограничений. Помимо прокладки маршрутов, комплекс позволяет хранить в базе данных сведения об узлах, секциях и каналах сети, то есть представляет собой фактически базу данных с графическим интерфейсом, что позволяет оператору сети иметь оперативную информацию о ее состоянии.

Рассмотрена задача поиска объекта на изображении при помощи обобщенного преобразования Хафа при наличии неучтенных геометрических искажений. Рассмотрен метод коррекции неучтенных геометрических искажений изображения и метод нормировки пространства параметров. Показано, что предложенные алгоритмы требуют относительно небольшого объема вычислений и позволяют существенно повысить надежность обнаружения объектов. Работа может быть интересна специалистам, работающим в области распознавания изображений, а также аспирантам и студентам старших курсов, слушающих курс лекций по распознаванию изображений.

В статье рассматривается применение логико-вероятностных методов для оценки надежности класса распределенных программно-аппаратных технических систем, реализованных на основе многоагентного подхода. Предложена модель многоагентной системы, задающая стратегию обеспечения отказоустойчивости, основанную на резервировании задач и исполнительных механизмов системы и введении избыточных множеств исполнительных контейнеров. Разработанная модель также учитывает возможность существования в системе конвейеров исполнительных механизмов. На основе модели резервированной многоагентной системы разработаны критерии ее работоспособности и предложена методика оценки надежности такой системы, определяющая процедуру построения аналитической функции работоспособности системы. Работоспособность и достоверность методики подтверждены проведенным вычислительным экспериментом. Предложенные модель резервированной многоагентной системы и методика оценки ее надежности могут найти широкое применение в задачах синтеза оптимальной структуры многоагентной системы с заданным уровнем надежности.

В статье представлены результаты исследований по созданию математической модели физического здоровья «здорового человека» методом регрессионного анализа, где в качестве факторов выступают физические параметры человека, а в качестве отклика – показатель физической работоспособности. Уравнение регрессии вычислялось для каждой возрастной группы. После выполнения множественного регрессионного анализа, получена множественная регрессионная модель, которая может предсказать физическую работоспособность для мальчиков в возрасте от четырнадцати до семнадцати лет. А также приведены результаты анализа и разработка регрессионной модели для шестнадцати летних мальчиков.

В работе изучена математическая модель параллельной вычислительной системы – асинхронная система. Она рассматривается как множество с частичным действием моноида трасс. Это позволило авторам ввести гомоморфизмы асинхронных систем как морфизмы соответствующих полигонов. С помощью этих гомоморфизмов изучаются асинхронные системы с функцией, сопоставляющей операциям их время выполнения. Построен алгоритм вычисления минимального времени выполнения параллельных процессов в асинхронных системах. Найдены условия, при которых гомоморфизм асинхронных систем сохраняет минимальное время выполнения. Построенный алгоритм применяется для расчета времени выполнения параллельного процесса, состоящего из переходов сети Петри. Приведены примеры вычисления минимального времени для псевдо-конвейера и волновой системы. Описан эксперимент, реализованный с помощью многопоточного приложения, построенного по заданной сети Петри. Этот эксперимент подтверждает метод оценки минимального времени выполнения параллельного процесса.

В статье предлагается и обосновывается возможность создания методики оценки и оптимизации бизнес-процессов предприятия, основанной на тождественности понятий алгоритма и бизнес-процесса. Описанная методика опирается на выделении из бизнес-процесса рекурсивной модели, продемонстрированном в статье на примере одного автоматизированного с помощью BPM-системы процесса, и на дальнейшей оценке и оптимизации процесса в соответствии с методиками оценки оценки и оптимизации, применяемыми к алгоритмам. Результаты исследования могут быть использованы специалистами, занимающимися реинжинирингом бизнес-процессов предприятий, автоматизацией бизнес-процессов, а также разработкой информационных систем предприятий.

Рассматриваются методы синтеза высокоэффективных быстрых преобразований Виленкина-Крестенсона, использующие скалярную форму их представления и оригинальные способы декомпозиции многоточечных преобразований. Получены аналитические описания быстрых алгоритмов Виленкина-Крестенсона на различных уровнях прореживания исходных выборок обрабатываемых сигналов, а также аналитические оценки их вычислительной сложности. Предложены средства графического представления вычислительного процесса этих алгоритмов в виде сигнальных графов. Приведенные теоретические результаты проиллюстрированы конкретными примерами, подтвердившими их прикладную целесообразность и эффективность.

При проектировании компьютерных систем, а также в процессе итеративной компиляции возникает задача оценки быстродействия программ на данной системе. Традиционным методом решения данной задачи является эмуляция исполнения программы на целевой системе. Современным альтернативным подходом к оценке быстродействия программы является подход, основанный на построении статистической модели быстродействия этой программы на исследуемом компьютере. Представляем статистический метод Velocitas моделирования быстродействия программ на компьютерах общего назначения. Даем описание метода и его программной реализации в виде инструментария Adaptor. Приводим результаты исследования эффективности метода и указанного инструментария, которые показывают достаточно высокую точность предсказания быстродействия программ.

В статье рассматриваются характеристики аппаратной реализации семейства криптографических хэш-функций GRACE-H, основанных на обобщенных клеточных автоматах. Реализация выполнена для программируемых логических интегральных схем на языке VHDL. Произведено сравнение производительности и эффективности аппаратных реализаций хэш-функций из семейства GRACE--H и хэш-функций Keccak (SHA-3), SHA-256, BLAKE, Groestl, JH, Skein. По результатам сравнения можно отметить, что как производительность, так и эффективность аппаратной реализации хэш-функций семейства GRACE-H значительно (до 12 раз и до 4 раз, соответственно) превышает соответствующие характеристики хэш-функций сравнения.

В настоящее время многие научные коллективы в области микроэлектроники ведут разработки технологии создания мемристора, а также возможности его интеграции в существующую КМОП-технологию. В результате исследований были установлены основные классы материалов с эффектом памяти такие как: оксиды металлов, твердые электролиты, халькогениды, полимеры и пр. Все эти классы материалов обладают свойством переключения сопротивления, но механизмы, за счет которых это переключение достигается, различаются. В литературе представлены элементы разной степени исследования, однако для ряда материалов удалось добиться стабильного мемристивного эффекта, получить на их основе устойчивый к переключению элемент и разработать для него модель функционирования. В данной статье представлен обзор таких структур с эффектом памяти на основе неорганических материалов, проведен анализ их характеристик и возможных вариантов их применения.

Для четырехмерной модели, описывающей движение вертолета вдоль заданной горизонтальной прямой, решена задача автоматического синтеза программного движения, обеспечивающего перемещение вертолета из заданного состояния покоя в заданное состояние покоя. Время выполнения маневра не задано. Рассматриваемая модель вертолета представляет собой динамическую систему с управлением, которая не является плоской системой, и для таких систем общие подходы к решению терминальных задач в настоящее время неизвестны. Для решения терминальной задачи в работе применяются два подхода. Первый подход основан на использовании конечной симметрии, которая преобразует начальные условия задачи в конечные. Использование такой симметрии позволяет уменьшить количество конечных условий. Второй подход основан на использовании накрытия и заключается в построении специального отображения, которое для двух заданных динамических систем сюръективно отображает множество решений первой системы в множество решений второй системы. Программное движение в этом случае может быть найдено как решение двух связанных специально поставленных задач Коши для этих динамических систем. Полученное программное управление представляет собой кусочно-непрерывную функцию времени.

В работе рассматривается реализация нейросетевого алгоритма распознавания лиц на графических процессорах, разработанная  с использованием OpenCL. Алгоритм основан на классическом многослойном перцептроне, обучение которого производится с помощью алгоритма обратного распространения ошибки. По результатам проведенных эмпирических исследований, производительность такой реализации в 7 раз превышает производительность реализации для обычного процессора. При этом частота ошибок распознавания составляет приблизительно один процент.

В статье приведен анализ типового процесса, касающегося практической реализации  рабочего цикла выпуска электронных периодических изданий, в издательстве высшего учебного заведения. Определен основной набор компонент, составляющих организационную структуру издательства и влияющих на эффективность его функционирования. Рассмотрен процесс обслуживания заявок пользователей  редакторами, рецензентами и  библиографами. В результате проведенных исследований показано, что закон поступления заявок пользователей  на публикацию их  материалов в электронном  периодическом издании является простейшим. Определены параметры простейшего потока заявок пользователей. Для описания типового процесса рабочего цикла выпуска электронных периодических изданий  предложена формализованная схема, представленная в виде замкнутой  сети массового обслуживания.

Статья посвящена проблеме эффективного построения цифровой модели рельефа местности (ЦМР) на основе большого количества аэрофотоснимков. Описаны основные этапы построения ЦМР. Особое внимание уделяется повышению эффективности поиска «ближайших» (по содержанию) изображений в базе данных: предложено использовать схему поиска на основе обратного индексирования характерных признаков изображений и организации базы данных в виде дерева «визуальных слов». Показано построение словарного дерева с помощью иерархической кластеризации пространства признаков, полученных на основе SIFT-дескрипторов, а также учет весовых коэффициентов «визуальных слов», рассчитанных по принципу TF-IDF (Term Frequency – Inverse Document Frequency).

В статье обосновывается необходимость разработки специализированного языка программирования, позволяющего описывать решение задач структурного анализа и синтеза в терминах используемых математических моделей. По сравнению с имеющимися языками и библиотеками подпрограмм язык позволит не только существенно сократить время разработки программ, но и обеспечит возможность создания более эффективных с точки зрения вычислительной сложности алгоритмов и времени выполнения реализующих их программ. По результатам анализа алгоритмов и представлений графовых моделей, отображающих предметную область, выявлено множество необходимых абстракций языка и операций над ними. В качестве основных предлагаются абстракции «множество», «мультимножество», «кортеж», «вектор» и «матрица». Операции над указанными абстракциями подразделены на математические и связанные с особенностями реализации описаний алгоритмов. Для каждой абстракции определен набор элементарных операций указанных видов.

В работе предложена методика автоматизированного исследования областей аорты, пораженных атеросклерозом, с целью нахождения взаимосвязи между соматическими мутациями митохондриального генома в клетках стенки аорты и степенью выраженности атеросклеротического поражения этих областей. Методика включает в себя следующие основные этапы: сегментация изображения аорты, маркировка связных компонентов изображения, построение графа смежности областей изображения, разбиение графа смежности. Предложена структура, спроектирована и разработана программная система АОРТА, реализующая предложенную методику. Тестирование и апробация системы АОРТА в НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН показали ее работоспособность и удобство использования.

Рассматривается задача построения пространственных траекторий для беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и синтеза реализующих их программных управлений. Приведена нелинейная математическая модель движения БПЛА как материальной точки. Кинематическая траектория строится на основе полиномов по времени, а реализующее ее программное управление – на основе концепции обратных задач динамики. Целью работы является нахождение такого времени маневра БПЛА, при котором построенные кинематическая траектория и программное управление удовлетворяли бы наложенным на переменные состояния и управления ограничениям. При этом найденное время маневра должно быть минимально возможным. Для решения поставленной задачи используются методы численной оптимизации. Приводятся результаты численного моделирования.

Работа выполнена в контексте исследований и разработок оригинальных двухкомпонентных нейтральных каталитических систем, состоящих из соединений металла переменной валентности (титана или циркония) и алюминийорганических соединений. Рассматриваем задачу идентификации кинетических параметров реакции гидроалюминирования олефинов алкилаланами, которая относится к классу обратных задач химической кинетики. Как правило, задача идентификации ставится как однокритериальная задача оптимизации невязки расчетных и экспериментальных данных. Недостаток такой постановки заключается в том, что в процессе идентификации игнорируется важная априорная информация об особенностях кинетики исследуемой химической реакции. Особенность и новизна данной работы заключаются в постановке задачи идентификации как двухкритериальной, позволяющей учесть, как экспериментальные данные о кинетике исследуемой химической реакции, так и априорную информацию об этой реакции. Под решением указанной двухкритериальной задачи понимаем множество Парето этой задачи. Для построения аппроксимации множества Парето используем модифицированный метод адаптивных взвешенных сумм (Adaptive Weighted Sum). Одной из целей работы является апробация модифицированного метода AWS в процессе решения практических двухкритериальных обратных задах химической кинетики. Приводим постановку двухкритериальных задач идентификации кинетики химических реакций гидроалюминирования олефинов алкилаланами HAlBui2 и ClAlBui2. Представляем использованное алгоритмическое и программное обеспечение. Приводим результаты вычислительных экспериментов и их обсуждение.