НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Представляем перспективный метод глобальной оптимизации – метод биогеографии (BBO-метод). Эффективность метода и разработанного программного обеспечения демонстрируем на примере известной сложной задачи минимизации многомерной функции Растригина. Рассматриваем интеграцию разработанного в системе MatLab программного обеспечения, реализующего BBO метод, с известным программным продуктом PowerFactory компании DlgSilent, который мы используем в работе для расчета суммарных потерь мощности в исследуемой электрической сети. С помощью программного комплекса MatLab BBO + PowerFactory проведено исследование эффективности метода биогеографии при решении задач оптимизации электрических сетей IEEE 9 и Кубани. За счет оптимизации набора и размещения компенсаторов удалось снизить потери активной мощности в указанных сетях примерно на 9,2% и 2,5% соответственно.

Рассмотрен быстрый алгоритм вычисления конвективных скоростей в методе вихревых элементов. Алгоритм основан на построении дерева прямоугольных областей, содержащих вихревые элементы. Проведен анализ влияния параметров быстрого метода на вычислительную сложность алгоритма. Для задачи о моделировании эволюции завихренности в идеальной несжимаемой жидкости построена оценка количества арифметических операций, требуемых для вычисления скоростей всех вихревых элементов. Теоретическая оценка хорошо согласуется с результатами вычислительного эксперимента. Полученный результат может быть полезен на практике при решении задачи, поскольку он дает возможность априорного определения оптимальных параметров алгоритма.

В работе представлена технология постановки и выполнения вычислительных экспериментов в области исследования проблем энергетической безопасности для изучения комплексных сценариев развития критических и чрезвычайных ситуаций. Данная технология опирается на использование средств интеллектуальной поддержки исследований в рамках единой ИТ-среды, а также интеграции в нее инструмента для моделирования угроз энергетической безопасности с помощью байесовских сетей. Приведен пример анализа природной угрозы похолодания в объединенной энергетической системе Центра. Применение данной технологии дает новое качество в описании угроз энергетической безопасности, получаемое за счет совместного использования интеллектуальных технологий для формирования сценариев расчетных ситуаций на качественном уровне с дальнейшим переходом к традиционным количественным исследованиям.

Статья посвящена вычислению некоторых характеристик спектра социального графа сети LiveJournal и оценки коэффициентов вершинного и реберного расширения этого графа. Кроме того, описывается метод получения социального графа. Для вычисления первых двух компонент спектра графа использован итерационный алгоритм. Концепция использования методов спектральной теории графов для анализа социальных сетей является весьма перспективной. Рассмотренные в статье методы могут найти широкое применение в различных задачах, находящихся на стыке информатики и социологии и связанных с анализом социальных сетей и исследованием социальных взаимодействий.

Рассматриваем задачу глобальной непрерывной оптимизации и ее решение методом кукушки (Cuckoo Search, CS). Метод относится к новому классу популяционных методов, которые интенсивно развиваются в последние годы. CS-метод выгодно отличается от большинства известных популяционных методов малым числом свободных параметров (всего два). Целью работы является повышение эффективности канонического CS-метода. Для этого в работе предложено несколько модификаций этого метода, рассмотрена программная реализация канонического CS-метода и его модификаций, представлены результаты широкого исследования эффективности предложенных модификаций на ряде тестовых функций, которое показало их преимущества по сравнению с каноническим методом. Рассмотрено решение с помощью одной из предложенных модификаций известной практической задачи о минимизации расходов на изготовление сосуда высокого давления. Показано, что предложенные модификации обеспечивают лучшее значение целевой функции по сравнению результатами, полученными другими авторами, и обеспечить выполнение всех ограничений.

В работе рассмотрена задача распознавания знаков дорожного движения с обучением на синтетически созданных данных. Описан метод генерации синтетической обучающей выборки из одной пиктограммы для каждого класса знаков. Предложен метод сегментации и классификации знаков, работающий на основе поиска ближайшего соседа в пространстве градиентных признаков, извлеченных из синтетически созданных изображений. Проведено тестирование предложенного метода на базах знаков из трех стран - Германии, Бельгии и Швеции. Проведён сравнительный анализ точности классификации предложенного метода, с обучением на синтетических и на реальных данных.

В статье предложен параллельный алгоритм решения систем линейных алгебраических уравнений с многодиагональной (многоленточной) матрицей коэффициентов. Приведена схема алгоритма для многопроцессорных вычислительных систем с общей памятью. Реализованы структуры данных для компактного хранения разреженных матриц с ленточной структурой.  Исследована (теоретически и экспериментально) эффективность алгоритма на различных задачах. Даны зависимости ускорения решения от различных параметров задачи и количества процессоров вычислительной системы. В заключении отмечены достоинства и недостатки алгоритма.

Додекапод представляет собой односекционный параллельный манипулятор, который можно считать развитием широко известного гексапода или платформы Стюарта. Идея додекапода предложена профессором Саяпиным С.Н. в 2012 г. В статье рассматривается одна из функциональных возможностей додекапода - движение в прямолинейной цилиндрической трубе постоянного и переменного сечений. Мы приводим расчетную схему додекапода, условия прохождения додекаподом указанных труб, алгоритмы изменения длин штанг додекапода, обеспечивающие его движение по этим трубам. Представленные в статье результаты позволяют сделать вывод о том, что односекционный параллельный манипулятор на основе додекапода может быть использован для построения механизмом, предназначенных для выполнения различных технологических операций в прямолинейных цилиндрических трубах постоянного и переменного сечений.

Представлены результаты расчетов динамических характеристик входящего и исходящего трафика, а также распределения аппаратных мощностей на примере сервера корпоративной сети университета. Для сетевого трафика были рассчитаны экспонента Ляпунова и показатель Хёрста, характеризующие хаотические и фрактальные свойства процессов. Исследованы фазовые диаграммы трафика и, в отличие от других работ в данной области, впервые выявлено возникновение аттракторов, позволяющих провести более глубокий анализ влияния нагрузки на пропускную способность сети. Для всех процессов было установлено самоподобие, что подтверждает возможность применения фрактальных моделей для работы с данными, в том числе при решении актуальных задач прогнозирования поведения временных рядов.

Рассмотрена статистическая модель рыночного звена макроэкономической системы управления, в которой спрос и предложение носят случайный характер вследствие статистического разброса доходов покупателей и рентабельности продавцов. На основе изучения статистики рынка определяются распределения плотности вероятности предполагаемых доходов покупателей и рентабельности продавцов. С их помощью находим плотность распределения возможного спроса и предложения по рыночной цене. Затем определены вероятные натуральный и стоимостной объемы продаж, средняя цена, динамика изменения спроса и предложения. Особенностью данной модели является одновременное существование неудовлетворенного спроса и остатка товара, что, например, характерно для рынка трудовых ресурсов.

Основой публикации являются результаты проведенных исследований средств автоматизированного проектирования системного программного обеспечения и программ для наземных и бортовых комплексов воздушной разведки (БКР) и дистанционного зондирования Земли. В статье проведен обзор типичных самолетов – носителей средств навигации и воздушной разведки, аппаратуры воздушной разведки, основных факторов навигации летательного аппарата (ЛА) и свойств аппаратных средств, определяющих качество разведданных при различных режимах воздушной разведки, особенностей предварительной обработки разведданных на борту ЛА, особенностей наземных информационных систем обработки разведданных и подготовки разведдонесений. Обоснована конфигурация специализированного АРМ.

В настоящей работе рассматривается задача Коши для автомодельного нелинейного обыкновенного дифференциального уравнения 2 порядка, которое возникает в задаче о движении двухжидкостной плазмы. Изложен алгоритм решения задачи Коши с помощью вейвлет Хаар метода. Численный эксперимент показал, что вейвлет Хаар метод определяет решение точнее, чем метод Рунге-Кутты 4-го порядка, для малого количества узлов коллокации, в задаче 1 с известным аналитическим решением. В задаче 2, где точное решение неизвестно, относительная погрешность между численными решениями по вейвлет Хаар методу и методу Рунге-Кутты уменьшается при увеличении количества коллокационных точек.

В статье предложена методика анализа точности работы алгоритмов автоматизированной идентификации лексем словоформ естественного языка на основе виртуальных текстов. Проведена оценка точности работы комплексной методики автоматизированной идентификации лексем словоформ русского языка. Доказана целесообразность применения комплексного решения поставленной задачи. Выявлена природа ошибок идентификации, и на основе проведенного анализа сформированы рекомендации по модификации предложенной методики с целью увеличения точности автоматизированной идентификации лексем русского языка.

В 2012 году в МГЮА им. Кутафина была проведена научно-исследовательская работа, одной из задач которой ставилось определение перспектив применения в вузе системы управления знаниями. В последние годы, многими авторами признавалось большое значение этому направлению развития информатизации в целом, и в образовании в частности. После анализа существующего опыта, коллективом авторов НИР был определен перечень наиболее перспективных и успешных проектов, в той или иной степени, реализованных с использованием технологий СУЗ. Особо можно отметить систему генерации образовательного контента, разработанную в МГТУ им. Баумана, под руководством И.П. Норенкова. Именно направление, позволяющее существенно повысить эффективность разработки и (особенно) актуализации электронных образовательных ресурсов, в перспективе позволит создать в вузах единые предметные области, которые в свою очередь откроют на практике дорогу новым технологиям обучения, базирующимся на проектных и междисциплинарных формах учебного процесса. В статье описывается проблема обеспечения ЭОР в вузе и подходы, позволяющие ее решить. Рассматривается ряд возможных сценариев формирования, визуализации и применения баз знаний.

Предложен подход  расчета весовых коэффициентов ранговых оценок экспертов с целью совершенствования процесса обработки результатов экспертного опроса, направленного на увеличение уровня согласованности мнений экспертов при наличии  сформированной рабочей группы. Весовые коэффициенты  вычисляются  либо с учетом известных численных значений уровней компетентности экспертов, либо на основе ранговых оценок экспертов, выставленных ими в результате выполнения тестового задании. Основу предложенного подхода составляют рекомендации по формированию компетентной рабочей группы экспертов, относящихся к одной научной школе, а также правила использования экспертами стандартизированной ранговой системы при проставлении ранговых оценок. Приведен пример, иллюстрирующий эффективность использования предложенного подхода.

Рассмотрены вопросы разработки и проектирования датчиков напряженности электрического поля или плотности тока проводимости в проводящих средах, не вносящих искажений в исследуемое поле. При условии однородности исследуемого поля, которое выполняется, если геометрические размеры датчика много меньше масштаба его неоднородности, рассмотрена конструкция датчика, не искажающего картину поля при внесении его в заданный объем проводящего пространства. Рассмотрены оригинальные конструкции реальных датчиков напряженности электрического поля с гидроканалами электролитической связи, не искажающими исследуемое поле и позволяющими осуществить измерение как одной компоненты напряженности, так и трехкомпонентные датчики. Предложены рекомендации по выбору геометрических размеров гидроканалов. Получены аналитические выражения для определения метрологических характеристик таких датчиков.

Работа является четвертой и последней в серии публикаций, посвященных синтезу механизмов ориентации космического телескопа «Миллиметрон». Рассмотрены проблемы обеспечения сверхточной геометрии раскрываемого на орбите космического радиотелескопа «Миллиметрон», а также его высокоточного наведения на наблюдаемый объект. Эти проблемы обусловлены сверхвысокой чувствительностью телескопа и его работой в условиях глубокого вакуума и сверхнизких температур. Представлена концепция построения интеллектуальной системы активной виброзащиты и высокоточного наведения телескопа «Миллиметрон». Система отличается мировым уровнем новизны и позволяет существенно повысить эффективность виброзащиты и высокоточного наведения телескопа.

Работа посвящена исследованию криптостойкости блочных шифров, основанных на обобщенных клеточных автоматах, к классическому линейному криптографическому анализу. Получено достаточное условие стойкости шифров из этого семейства по отношению к данному виду криптоанализа. С помощью этого условия показывается, что при произвольном графе клеточного автомата, в случае правильного выбора локальной функции связи и других параметров, для того, чтобы шифры из этого семейства с длиной ключа, составляющей 128 и 256 бит, и длиной блока 128 бит не могли быть взломаны методом линейного криптоанализа, при четырех раундах, достаточно использование 7 шагов обобщенного клеточного автомата на раунд.

Для лица принимающего решение, по выбору наилучшего варианта развития системы обработки информации, предложен подход, направленный на формирование группы экспертов и совершенствование организации опроса экспертов рабочей группы, с целью получения от них адекватной информации. Основу подхода составляют: рекомендации по формированию компетентной рабочей группы экспертов; правила использования экспертами стандартизированной ранговой системы; рекомендации по организации и проведению опроса экспертов; правила обработки результатов экспертного опроса; рекомендации по проведению целенаправленной корректировке результатов работы отдельных экспертов рабочей группы, направленные на увеличение уровня согласованности мнений экспертов. Приведен пример, иллюстрирующий эффективность использования предложенного подхода.

В работе предложен метод синтеза плоских шестизвенных механизмов с тремя степенями свободы. Метод учитывает ограничения, налагаемые требованиями к ориентации антенны космического телескопа. Особенностью предложенного метода является разложение синтезируемого механизма на два более простых ‑ механизм двойного маятника и двухкоромысловый механизм. Первый механизм имеет две степени свободы и служит для поддержания в постоянном положении точки, вокруг которой второй механизм осуществляет поворот выходного звена манипулятора на необходимый угол. В работе определены все неизвестные размеры звеньев механизма и углы их поворота, а также передаточная функция механизма, т.е. зависимость угла поворота выходного звена от угла поворота ведущего звена двухкоромыслового механизма. Кроме того, в работе рассмотрена задача сохранения неизменного положения центра масс антенны телескопа при изменении ее орентации.