2017 год, №2

Содержание выпуска
Постановка задачи формирования направлении развития автоматизированных систем организационного типа и алгоритм ее решения
В.Л. Лясковский, И.Б. Бреслер, М.А. Алашеев
Стр. 165 — 171
В статье рассматриваются постановка задачи формирования направлений развития автоматизированных систем обработки информации и управления организационного типа и алгоритм ее решения. Необходимость решения данной задачи обусловлена тем, что многие автоматизированные системы создаются и эксплуатируются в течение десятилетий, при этом в процессе эксплуатации меняются требования, предъявляемые к этим системам, поэтому возникает потребность в периодическом формировании решений по приведению состояния автоматизированной системы в соответствие новым требованиям. В качестве основного показателя эффективности формируемых решений принят комплексный показатель, характеризующий степень автоматизации функциональных процессов, реализуемых в системе. В качестве ограничений выступают требования к обязательной автоматизации наиболее важных функциональных процессов и своевременности их выполнения, а также предельно допустимые финансовые и временные ресурсы процесса развития автоматизированной системы. Проведенный анализ алгоритмической сложности решения задачи показывает невозможность ее решения путем рассмотрения всех возможных вариантов из-за экспоненциальной зависимости количества решений от размерности исходных данных. В связи с этим разработан эвристический алгоритм, позволяющий существенно сократить количество рассматриваемых вариантов и получить рациональное решение задачи при относительно небольшой вычислительной сложности. Предложенный алгоритм позволяет обосновать решения по разработке и изготовлению комплексов средств автоматизации для оснащения органов управления из состава автоматизированных систем обработки информации и управления организационного типа, а также продления ресурса действующих в системе средств автоматизации. Предполагается реализовать алгоритм в автоматизированной системе поддержки принятия решений, представляющей собой программный комплекс, функционирующий на ПЭВМ потребительского класса.
Формирование вариантов развития энергетики Вьетнама методами комбинаторного моделирования
А.В. Еделев, В.И. Зоркальцев, Доан Ван Бинь, Нгуен Хоай Нам
Стр. 172 — 179
В статье рассмотрен подход комбинаторного моделирования к исследованию вариантов развития энергетики страны. Основу подхода составляет представление развития моделируемой системы в форме направленного графа, узлы которого соответствуют возможным состояниям системы в отдельные моменты времени, а связи характеризуют допустимость переходов из одного состояния в другое. Методы комбинаторного моделирования, являясь наглядной формой представления динамических дискретных ветвящихся альтернатив, позволяют имитировать долгосрочный процесс развития исследуемой системы при различных возможных внешних и внутренних условиях, учитывая дискретность будущих состояний системы, определять рациональную стратегию развития исследуемой системы. Процедуры формирования и анализа графа развития энергетики страны реализованы в виде пакета прикладных программ «Корректива». Анализ графов развития больших размеров проводится с помощью распределенных вычислений. Приводится описание исследования устойчивого развития энергетики Вьетнама и его энергетической безопасности с 2015 по 2030 гг., выполненного в 2015 г. Институтом энергетической науки Вьетнамской академии науки и технологий. На основе данных этого исследования показано применение методов комбинаторного моделирования для формирования и анализа вариантов устойчивого развития энергетики Вьетнама с учетом требований энергетической безопасности. Создан граф развития топливно-энергетического комплекса Вьетнама, состоящий из 531 442 узлов. Его обсчет проводился в распределенной вычислительной среде, состоящей из вычислительных узлов высокопроизводительного кластера Института динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук. На основе результатов расчета была определена оптимальная стратегия развития энергетики Вьетнама, обеспечивающая минимум затрат на развитие и функционирование топливно-энергетического комплекса в рассматриваемый период времени.
Принцип минимизации эмпирического риска на основе агрегирующих функций средних потерь для решения задач регрессииПринцип минимизации эмпирического риска на основе агрегирующих функций средних потерь для решения задач регрессии
З.М. Шибзухов, Д.П. Димитриченко, М.А. Казаков
Стр. 180 — 186
В настоящей работе предлагается расширенный вариант принципа минимизации эмпирического риска для решения задачи регрессии. Он строится на основе применения усредняющих агрегирующих функций для вычисления эмпирического риска вместо среднего арифметического. Это оправданно, если распределение потерь имеет выбросы или существенно искажено, отчего оценка риска как средних потерь с самого начала является смещенной. Поэтому в таких случаях при оптимизации параметров в задаче регрессии изначально следует использовать робастную оценку среднего риска. Подобные оценки среднего риска можно построить, используя усредняющие агрегирующие функции, которые являются решением задачи минимизации штрафной функции за отклонение от своего среднего значения. Такой подход для представления агрегирующих функций среднего позволяет, с одной стороны, определить значительно более широкий класс функций среднего, а с другой, определить дифференцируемые функции среднего, которые аппроксимируют недифференцируемые функции среднего, такие как медиана или квантиль. В результате появляется возможность построить градиентные методы решения задачи регрессии, в определенном смысле аппроксимирующие робастные методы, такие как Least Median и Least Quantile. В настоящей работе предлагается новая градиентная схема для решения задачи минимизации среднего риска. Она является аналогом схемы, применяемой в алгоритме SAG в случае, когда риск вычисляется при помощи среднего арифметического. Приведен иллюстративный пример построения робастной процедуры оценки параметров в задаче линейной регрессии на базе использования усредняющей функции среднего, аппроксимирующей медиану.
Ключевые слова
агрегирующая функция
Сжатое представление строгих ассоциативных правил в анализе данных
В.В. Быкова, А.В. Катаева
Стр. 187 — 195
Современные методы и средства поиска ассоциативных правил в больших массивах данных приводят к значительному множеству правил, многие из которых являются избыточными. Избыточные ассоциативные правила не представляют ценности, но могут вводить в заблуждение. Для решения этой проблемы предложен алгоритм MClose, являющийся модификацией алгоритма Close. Известно, что с помощью алгоритма Close можно построить минимаксный базис для строгих ассоциативных правил (правил с достоверностью 1). Минимаксный базис интересен для экспертов тем, что каждое входящее в него правило имеет минимальную посылку и максимальное следствие. Однако минимаксный базис может содержать избыточные ассоциативные правила. Алгоритм MClose позволяет в процессе построения минимаксного базиса устранять избыточные правила. Результирующий базис назван сжатым строгим базисом. Удаленные ассоциативные правила всегда можно получить из сжатого строгого базиса с сохранением их поддержки и достоверности без обращений к анализируемому массиву данных. Алгоритм MClose основан на соответствиях Галуа и выводимостях, подобных аксиомам Амстронга, которые используются в теории реляционных БД для функциональных зависимостей. Как показали вычислительные эксперименты, алгоритм MClose по времени работы сопоставим с алгоритмом Close. Однако он примерно в два раза уменьшает число ассоциативных правил минимаксного базиса. В работе дано описание программы, в которой представлены алгоритмы MClose и Close.
Ключевые слова
анализ данных
Effective algorithm for constructing associative rules
V.A. Billig
Стр. 196 — 206
Constructing associative rules is one of the most important algorithms for extracting knowledge from databases. All modern algorithms are somehow connected with Apriori algorithm proposed in R. Agrawal’s and his co-authors’ works published more than 20 years ago and now considered classical. The known effective implementations of the algorithm are connected with database compression and presentation of data structure as a tree, which allows effective evaluation of support and other characteristics of associative rules. The proposed ConApriori algorithm does not use the above idea. We regard database transactions as enumeration given by a scale. This allows instant calculation of the basic algorithm operation determining whether some set is a subset of another set or not. The calculations are reduced to several logical computer commands. Enumeration also allows us to treat the transaction in the internal presentation as a number, preserving the meaning of the transaction elements in their external presentation at the same time. Another idea used in the algorithm allows us to construct most of the confident rules on the basis of those previously built. This article provides evidence for correctness of the algorithm as well as evaluate its complexity. We analyze its effectiveness compared with other known algorithm implementations. Possibility of parallelization is also considered.
Ключевые слова
data mining
Параллельные вычисления при реализации web-инструментария распознавания образов на основе методов прецедентов
В.В. Фомин, И.В. Александров
Стр. 207 — 216
Предлагается программное решение, направленное на улучшение качества распознавания образов и повышение эффективности инструментария машинного обучения посредством реализации grid-технологий. Формулируются стратегические направления разработки инструментария распознавания образов в виде программной системы, основанной на принципах распределенных систем, распараллеливания и адаптивной настройки вычислительных ресурсов. Рассматривается структура организации web-инструментария распознавания образов с использованием концепции библиотеки алгоритмов. Даются алгоритмические решения распараллеливания алгоритмов обучения и распознавания на базе классических методов интеллектуального анализа данных, которые хорошо зарекомендовали себя на практике. К таким алгоритмам относятся методы прецедентов или методы, основанные на метриках близости. Они обладают большим потенциалом к распараллеливанию вычислительных процессов и разработке параллельных алгоритмов их реализации. Поиски путей повышения производительности вычислительной техники, особенно при реализации web-инструментария на основе ресурсоемких вычислительных алгоритмов машинного распознавания и прогнозирования, привели к решению создать grid-систему. Рассматриваемые в статье архитектура и реализация grid-системы предполагают распараллеливание и организацию распределенных вычислений на многомашинной основе с применением интернеттехнологий, что позволяет получить практически те же вычислительные мощности, что и на многопроцессорных компьютерных системах, но с гораздо меньшей стоимостью. В статье решается задача повышения эффективности вычислительных ресурсов при возможности реконфигурирования структуры интернет-соединений, в том числе процедуры настройки структуры вычислительной сети, подключаемых каналов связи и выделенных серверов в зависимости от исходных алгоритмов и данных. Представлены зависимости параметров времени выполнения операций от дисциплины обслуживания, адаптирующей систему к запросам пользователей. При этом задачи ранжируются по ресурсоемкости и под них выделяются соответствующие их рангу вычислительные мощности.
Однородная распределительная задача на основе моделей адаптивного поведения муравьиной колонии
Б.К. Лебедев, О.Б. Лебедев, Е.М. Лебедева
Стр. 217 — 226
В данной работе предлагается решение однородной распределительной задачи. Приводится постановка этой задачи, рассматриваются основные группы алгоритмов ее решения - приближенные и точные, а также их достоинства и недостатки. Описана предлагаемая новая парадигма комбинаторной оптимизации, базирующаяся на моделировании адаптивного поведения муравьиной колонии. Решением однородной распределительной задачи является ее графическое представление в виде двудольного графа. Для решения данных задач были предложены новые механизмы. Основу метаэвристики алгоритма на основе муравьиной колонии составляет комбинация двух техник. Базовая техника состоит в поиске наилучшего решения с использованием механизмов адаптивного поведения муравьиной колонии. Муравей строит какое-то конкретное решение, при этом используется встроенная процедура, в основе которой лежит конструктивный алгоритм. Построенный на графе поиска решений двудольный граф - основное отличие предлагаемого муравьиного алгоритма от существующей канонической парадигмы. При нахождении оптимальных решений оптимизационных задач, которые допускают представление решений в виде двудольных графов, данный подход будет достаточно эффективным. Проведенные исследования показали, что муравьиный алгоритм позволяет получать более качественные решения, чем известные алгоритмы. Сравнив результаты, можно сказать, что они улучшились на 3-4 %.
Ключевые слова
задача о назначениях
Автоматизированная система обработки данных в umx-подобных системах
Е.В. Пальчевский, А.Р. Халиков
Стр. 227 — 234
Данная статья посвящена распределенно-модульной обработке информации в автоматизированном режиме. Эта разработка позволяет принимать входящие и исходящие данные на физический сервер в объеме до 2,2 GB/s, при этом распределяя потоковую информацию (весь входящий сетевой трафик на сервер) по физическим и логическим ядрам. Показана нагрузочная зависимость физических ресурсов от входящей информации. Обоснована целесообразность применения разработанного аппаратно-программного комплекса SDP (Speed data processing), а также представлены структура и принципиальная схема работы. На первом этапе создания комплекса осуществляется разработка алгоритма, на втором - его техническая реализация. Приведен фрагмент исходного кода, отвечающего за уведомления на e-mail как о нагрузке на центральный процессор, так и об основных запускаемых процессах. Описан основной функционал со следующими данными: название функции, цель функции, теоретическая нагрузка, лимит передачи данных (в MB/s) и результат выполнения. На третьем этапе проводится тестирование комплекса SDP, представлены среднесуточные результаты за десять дней. Созданный аппаратно-программный комплекс позволяет эффективно обрабатывать входящую и исходящую информацию в автоматическом режиме для увеличения пропускной способности при приеме и отправке данных в СУБД MySQL, в том числе при DoS- и DDoS-атаках. Одной из частей комплекса является web-модуль для управления как с персонального компьютера, так и с мобильного телефона. В мониторинговой части web-модуля реализована возможность уведомления SMS-сообщениями о состоянии загруженности физического сервера. Разработанный аппаратно-программный комплекс показал высокую стабильность при обработке больших объемов данных с минимальной нагрузкой на ЭВМ.
Ключевые слова
обработка информации
Обобщенно-периодические движения динамических и неавтономных периодических систем
А.П. Афанасьев, С.М. Дзюба, И.И. Емельянова
Стр. 235 — 240
Настоящий обзор посвящен истории изучения ситуации общего положения движений динамических и неавтономных периодических систем, поскольку, как оказалось, полное и подробное описание ситуации общего положения позволяет решить проблему построения обобщенно-периодических движений динамических и неавтономных периодических систем. Необходимость численного изучения указанных систем объясняется тем, что подавляющее большинство моделей реальных технических, биологических, экономических и др. процессов описываются именно такими системами. В автономном случае обобщенно-периодическое движение эквивалентно классическому рекуррентному движению, введенному и изученному еще Дж. Биркгофом. С понятием рекуррентного движения прямо связано понятие минимального множества. Именно эти два понятия и определяют ситуацию общего положения классических динамических систем. Особое значение построение и исследование рекуррентных движений и минимальных множеств приобрели в связи с потребностями хаотической динамики и гиперболической теории. Однако еще до недавнего времени отсутствовали общие методы построения рекуррентных движений и минимальных множеств: все сводилось к построению аттракторов отдельных систем дифференциальных уравнений с полилинейной правой частью. Открытие же понятия обобщенно-периодического движения привело к созданию общего метода построения и исследования всех минимальных множеств, содержащихся в предельных множествах динамических систем. Более того, понятие обобщенно-периодического движения позволило перенести все основные понятия классической теории динамических систем на неавтономные периодические системы и описать ситуацию общего положения в таких системах с единых позиций. Соответственно, появилась возможность прямого переноса метода построения рекуррентных движений на построение обобщенно-периодических движений неавтономных периодических систем, что позволило выполнять численное построение таких движений с единых позиций.
Оценка эффективности методов решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем
Д.О. Есиков
Стр. 241 — 256
Для принятия обоснованных решений в части организации процессов хранения и обработки данных для обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем предложено применять комплекс разработанных математических моделей оптимизации распределения элементов ПО функциональных задач по узлам сети, распределения информационных ресурсов по центрам хранения и обработки данных, состава технических средств системы хранения и обработки данных, распределения резерва информационных ресурсов по центрам хранения и обработки данных. Показано, что данные задачи относятся к классу задач дискретной оптимизации с булевыми переменными. Для решения формализованных задач предложено и экспериментально проверено применение метода ветвей и границ и генетических алгоритмов. Для повышения эффективности этого метода рекомендован алгоритм предварительного определения порядка ветвления переменных путем однократного решения приближенным методом задачи, двойственной по отношению к исходной. Проведена экспериментальная проверка эффективности метода ветвей и границ для решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем, в том числе с использованием алгоритма предварительного определения порядка ветвления переменных. Дана оценка влияния исходных данных на общую производительность метода ветвей и границ. Определены наиболее эффективные для решения разработанных задач стратегии ветвления переменных. Предложены варианты основных операторов, а также схемы начальной инициализации исходной популяции генетического алгоритма для решения задач обеспечения устойчивости функционирования распределенных информационных систем. Для повышения качества получаемого генетическим алгоритмом решения обосновано использование адаптивной схемы репродукции особей и островной схемы организации вычислений. Экспериментально проверена эффективность предложенных генетического и островного генетического алгоритмов и определены параметры генетических алгоритмов, обеспечивающие максимальное качество получаемого решения. Подтверждена возможность управления точностью получаемого решения за счет изменения параметров алгоритма при введении ограничений на время решения. Дана сравнительная оценка метода ветвей и границ и островного генетического алгоритма при решении формализованных задач, определены области их эффективного применения.
Рекурсивный алгоритм точного расчета ранговых критериев проверки статистических гипотез
Л.В. Агамиров, В.А. Вестяк, В.Л. Агамиров
Стр. 257 — 260
В статье рассматривается методика генерации точных распределений ранговых непараметрических критериев средствами компьютерной комбинаторики. Актуальность работы обусловлена затруднениями в определении точных распределений критических значений ранговых критериев проверки статистических гипотез из-за того, что точные таблицы, рекуррентные формулы для многих критериев не существуют, а аппроксимации часто дают неудовлетворительный результат при ограниченных объемах наблюдений. Задача расчета распределения ранговых критериев заключается в переборе всех возможных вариантов перестановок выборок и в расчете ранговых статистик, а также накопленных частот их появления. Для ее решения разработана программа генерации перестановок элементов выборок ранговых непараметрических критериев, основанная на рекурсивном алгоритме прямого перебора вариантов перестановок вектора порядковых статистик со следующим ограничением числа вариантов: во всех вариантах перестановок элементы одной и той же выборки не могут меняться местами, что является универсальным условием для всех точных распределений ранговых критериев. В работе приводится ссылка на интернет-ресурс, содержащий программный комплекс реализации алгоритма расчета ранговых критериев. В данном комплексе рассмотрены четыре непараметрических критерия: двухвыборочный критерий Уилкоксона, критерий Лемана-Розенблатта, критерий серий и критерий Краскела-Уоллиса, точные распределения статистик которых представляют наибольший интерес для технических задач. Рассматриваемый алгоритм может быть использован и для других ранговых критериев проверки статистических гипотез. В работе представлена разработанная авторами реализация метода генерации точных распределений ранговых непараметрических критериев средствами компьютерной комбинаторики, основанная на рекурсивном прямом переборе вариантов перестановок вектора порядковых статистик с последующей фильтрацией результатов. Таким образом, решена задача определения критических значений ранговых непараметрических критериев для проверки статистических гипотез.
Программный комплекс решения задачи кластеризации
A.С. Григораш, B.М. Курейчик, В.В. Курейчик
Стр. 261 — 269
В последнее время информационные технологии неуклонно развиваются. В связи с этим стремительно увеличиваются объемы банков данных, обрабатывать которые с каждым днем становится все сложнее. Актуальным направлением обработки больших массивов данных является их интеллектуальный анализ, методы которого позволяют обнаруживать в наборах данных неявные закономерности. Одна из основных задач интеллектуального анализа данных - задача кластеризации. Авторами статьи сформулирована ее постановка. Кластеризация является NP-полной, трудной задачей, поэтому необходимо разрабатывать нестандартные алгоритмы и методы для нахождения эффективного решения за полиномиальное время. Цель данной работы - построение программного комплекса для решения задачи кластеризации. Особенностью предлагаемого решения является использование модифицированных методов эволюционного моделирования и роевого интеллекта, которые адаптируются к изменениям внешней среды. Была выделена модификация для нахождения квазиоптимальных решений, позволившая значительно сократить время формирования кластеров. Разработаны модифицированные генетический, муравьиный и пчелиный алгоритмы, а также модель функционирования алгоритмов как единая система. Рассмотрена структура программного комплекса. Разработан интуитивный пользовательский интерфейс. Был проведен вычислительный эксперимент на банках данных различного объема. В ходе серии вычислительных экспериментов время выполнения кластеризации элементов приблизительно равно 9.4 сек. В среднем полученное значение отличается от оптимального на 3-5 %. В рамках данной работы оптимальное значение времени равно 8-9 сек. Вычислительный эксперимент выявил временную сложность разработанного комплекса, которая приблизительно равна O(n2).
Реализация и тестирование ньютоновских методов безусловной оптимизации
А.Б. Свириденко
Стр. 270 — 281
Предложен подход к увеличению эффективности ньютоновских методов безусловной оптимизации, основанных на факторизации Холесского, с регулировкой шага и с конечно-разностной аппроксимацией первых и вторых производных. В основе увеличения эффективности ньютоновских методов лежит модифицированное разложение Холесского матрицы вторых производных, определяющее решение проблемы масштабирования шагов при спуске, аппроксимацию неквадратичными функциями, интеграцию с методом доверительной окрестности и уменьшение нормы априорной поправки. Исследована возможность уменьшения числа вычислений функции путем формирования матрицы вторых производных в соответствии с ее структурой. Рассмотрена взаимосвязь подхода к увеличению эффективности гауссова исключения для разреженных матриц и предлагаемого подхода к увеличению эффективности численных методов ньютоновского типа - использование структуры матрицы, то есть информации о том, в каких позициях матрицы хранятся ненулевые элементы. Для ньютоновских методов безусловной оптимизации, основанных на факторизации Холесского, с регулировкой шага и с конечноразностной аппроксимацией первых и вторых производных это возможность уменьшения числа вычислений функции путем формирования матрицы вторых производных в соответствии с ее структурой. Приведены описания программных реализаций, все версии алгоритмов реализованы на языке Visual Basic .NET, среда разработки - Microsoft Visual Studio 2010. Приведены результаты численного исследования эффективности реализованных алгоритмов с учетом ряда правил, описанных в работе. Изучен подход к увеличению эффективности ньютоновских методов с конечно-разностной аппроксимацией первых и вторых производных. Подход является основой для дальнейших исследований, результаты которых могут быть использованы для построения численных методов ньютоновского типа.
Ключевые слова
ньютоновские методы
Эффективный метод блочного кодирования двухуровневых изображений
М.П. Бакулина
Стр. 282 — 285
Эффективное сжатие изображений без потери качества - одна из важных задач теории информации, имеющая широкое практическое применение. Известно, что любое цифровое изображение можно представить последовательностью сообщений. Для выбора таких сообщений существуют многочисленные способы. Единственное требование к ним - обеспечение возможности восстановления точной копии исходного изображения из последовательности сообщений. Один из способов выбора сообщений состоит в том, что смежные элементы изображения группируются в блоки, которые затем кодируются в соответствии с вероятностями их появления. При этом для наиболее вероятных конфигураций блоков используются короткие кодовые слова, а для менее вероятных - длинные, в результате чего в среднем достигается сжатие данных. Такой тип кодирования называется блочным. Применяя метод блочного кодирования, можно добиться эффективного сжатия без потери качества двухуровневых (бинарных) изображений, где каждый элемент изображения может быть либо черным, либо белым. Решению этой задачи и посвящена данная статья. Любое двухуровневое изображение рассматривается как множество примыкающих друг к другу прямоугольных блоков определенного размера. Эти блоки образуют совокупность сообщений, характеризующую изображение. Применив к совокупности блоков оптимальный код Хаффмана, можно добиться наибольшего сжатия данных. Однако для блоков размером более 3x3 совокупность сообщений оказывается очень большой, и использование кода Хаффмана становится неэффективным. Кроме того, статистический анализ конфигураций блоков для двухуровневых изображений показывает, что блок, состоящий из белых элементов, имеет достаточно высокую вероятность. Исходя из этого наблюдения и применяя известный оптимальный код, в данной работе предлагается эффективный двухэтапный метод блочного кодирования для двухуровневых изображений. Найдены оптимальные размеры блока, используемые на первом этапе кодирования, а также проведено сравнение экспериментальных результатов сжатия построенного алгоритма с результатами сжатия известного блочного алгоритма JPEG, которое подтвердило эффективность предложенного метода.
Текстурирование трехмерной модели, построенной по объединенному набору видов с зашивкой дыр
А.П. Кудряшов, И.В. Соловьев
Стр. 286 — 290
В работе предложен автоматический метод генерации и нанесения текстуры на компьютерную трехмерную модель, построенную с помощью воксельного метода объединения триангуляционных сеток, полученных по дальност-ным данным с разных видов. Этот метод объединения основан на воксельном или объемном подходе, который также использует диффузное размытие значений неявной весовой функции в воксельном пространстве для зашивки дыр на финальной модели. Обычная проекция текстур образует заметные швы на границах сканов, а все рассмотренные аналоги текущего метода обладают высокой вычислительной сложностью. Представленный метод текстурирования предлагает решение этих проблем. Он основан на слиянии всех доступных текстур с учетом веса каждого отдельного пикселя в каждом треугольнике, перекрытия и наблюдаемости этих треугольников. Вес каждого пикселя учитывает следующие параметры: угол, под которым он наблюдается, тень/пересвет, дистанция от края скана, поскольку именно на краю скана часто образуется видимый шов текстур. Для уменьшения времени работы предложены алгоритм индексации треугольников в виде текстурной карты, который позволяет избежать полного перебора треугольников, алгоритм для быстрого расчета весов треугольника относительно дистанции этого треугольника от края скана, а также многоядерные вычисления. Вычислительные эксперименты были проведены на реальных сценах, реконструированных с помощью трехмерного сканера. Они показали, что текущий алгоритм способен генерировать реалистичные текстуры за короткое время для высокодетализированных моделей.
Ключевые слова
текстурирование
Принципы проектирования модульной архитектуры программного обеспечения авиационной тематики
Л.А. Чижикова
Стр. 291 — 300
Разработка ПО - довольно сложный и трудоемкий процесс, в котором проектирование корректной и надежной архитектуры (структуры) играет ключевую роль. Распределение и координация усилий по созданию ПО в группе разработчиков часто оказываются наиболее ответственными и трудными решениями, так как влияют на основной результат. С развитием технологий для функциональности и управления бортовым радиоэлектронным оборудованием требуется увеличение объемов работ по созданию и сопровождению ПО. В сфере производства авиационных тренажеров и контрольно-проверочной техники роль проектирования, разработки и сопровождения ПО также возрастает. Все большая часть задач переносится с аппаратной части на ПО. В статье дается анализ основных аспектов проектирования ПО авиационного назначения, сопоставляются принципы проектирования архитектуры ПО для бортового оборудования гражданского самолета и архитектуры ПО авиационного тренажера. Для представления единой модели архитектуры ПО исследованы работы по проектированию архитектуры ПО авиационного тренажера и архитектура бортового ПО самолета. Проведено сравнение подходов, выявлены их общности. Также рассмотрена модель, успешно применяемая при проектировании ПО компанией Rockwell Automation, исследован ряд работ Делфтского технического университета по рассматриваемой тематике. В работе предлагается математическое представление модульной архитектуры программного продукта, ориентированного на использование в авиационной индустрии. Предложенный подход к проектированию ПО для применения в авиационной отрасли позволяет унифицировать разработку программных продуктов, сократить временные затраты и трудоемкость их создания, вносить инновационные решения без трансформирования существующей структуры при условии, что программный продукт создавался с применением описанного решения.
Ключевые слова
ПО
Унифицированное описание функционирования информационных радиоэлектронных систем для оценки программного обеспечения учебно-тренировочных средств
Ф.Н. Абу-Абед, Р.В. Допира, И.Н. Ищук, Е.Ю. Брежнев, А.Н. Потапов
Стр. 301 — 306
В настоящее время оценка ПО учебно-тренировочных средств выполняется по степени совпадения моделируемых процессов с реальными. Однако отсутствие универсальности описания механизмов функционирования эрготехнических информационных радиоэлектронных систем, для которых разрабатываются тренажные комплексы, не обеспечивает выработку инструментария для формирования стратегий их применения с учетом изменения условий функционирования, инвариантного к радиоэлектронным системам. Вследствие этого актуальным является унифицированное описание (представление) функционирования информационных радиоэлектронных систем, на основе которого предполагается создавать ПО их учебно-тренировочных средств. С учетом этого целью работы является унифицированное описание функционирования информационных радиоэлектронных систем, на основе которого в дальнейшем могла быть реализована оценка ПО их учебно-тренировочных средств. Унифицированное описание функционирования информационных радиоэлектронных систем основывается на едином подходе к их представлению в виде структурно-логических схем, отличительной особенностью которых является то, что в них учитываются радиочастотные (РЧ) взаимовоздействия с элементами среды, выраженные через РЧ-действия и РЧ-влияния, образующие причинно-следственные отношения РЧ-условий функционирования РЭС. Возможности осуществления радиоэлектронных систем функций выбора, распределения и перераспределения ресурсов зависият от заложенных в нем механизмов управляемости. Для построения структурно-логических схем функционирования эрготехнических радиоэлектронных систем, учитывающих операторскую деятельность, в работе отдельно рассмотрены механизмы их управляемости. В дальнейшем это позволяет разработать научно-методический аппарат оценки ПО учебно-тренировочных средств операторов управления воздушным движением по результатам экспертизы, а также, при представлении их как систем сложной иерархической структуры построения, по информационному полю рабочих мест операторов управления воздушным движением с использованием критерия Фишера-%2 и обобщенного закона распределения.
Ключевые слова
эрготехнический
Программно-алгоритмический комплекс защиты и управления предприятием
В.Г. Матвейкин, Б.С. Дмитриевский, В.И. Медников, С.Г. Семержинский
Стр. 307 — 313
В статье описана математическая модель предприятия во взаимодействиях с внешней средой, осуществляемых за счет обмена ресурсами. Через воздействия на ресурсы происходят как текущее управление предприятием менеджментом, так и реальное несанкционированное влияние на его деятельность со стороны субъекта или внешней среды. Несанкционированные воздействия выявляются при сравнении фактических и расчетных значений показателя деятельности на выбранном уровне исполнения функций. Если такое воздействие определено, система противодействия выполняет свою профильную функцию с целью достижения значения защищенности. Показатель успешности защиты принят в форме минимальных требований к эффективности на основе статистик или экспертным путем. Найден технический параметр безопасности предприятия, который количественно характеризует неэффективность защиты. Построена структура системы защиты и управления предприятием, которая выявляет и локализует несанкционированные влияния на его внутренние процессы и процессы взаимодействия с внешней средой без участия человека. Одновременно органично совмещает управление и защиту предприятия, существенно отличается от известных систем. Реализованная как программно-алгоритмический комплекс, система защиты и управления позволяет описывать все производственные процессы. Предложены средства повышения достоверности и получения измерительной информации о состоянии ресурсов, контролирующие и идентифицирующие внешние влияния на каждый ресурс без участия человека. Разработаны средства получения количественной информации о состоянии ресурсов и найдены условия технической реализации предложенной системы защиты и управления предприятием. Предложенные алгоритмы безопасного управления используют систему защиты ресурсов, которая надежно обеспечивает достоверность информации на всех уровнях управления. За счет использования представленной системы защиты и управления повышается эффективность предприятия во взаимодействиях с внешней средой.
Ключевые слова
модель предприятия
Метод формирования множеств альтернативных вариантов построения подсистем, входящих в состав системы защиты от компьютерных атак
Е.Б. Дроботун, Е.П. Угловский, И.Ш. Замалтдинов
Стр. 314 — 319
Построение рациональной системы зашиты от компьютерных атак для информационно-вычислительной или автоматизированной системы предполагает формирование множества конфигураций системы защиты, состоящей, в свою очередь, из множества отдельных программных и программно-аппаратных компонентов, и дальнейший выбор из сформированного множества рационального варианта построения системы защиты от компьютерных атак по определенным критериям. При формировании данного множества, помимо соответствия системы защиты необходимым функциональным требованиям, следует учитывать как параметры самой защищаемой системы (ее структуру и много-уровневость построения), так и программную и аппаратную совместимость компонентов между собой, а также совместимость компонентов с программно-аппаратной платформой, на базе которой построена защищаемая система. В статье представлен один из подходов к формированию множества возможных вариантов построения системы защиты от компьютерных атак с учетом ее декомпозиции на три подсистемы: подсистему обнаружения компьютерных атак, подсистему противодействия компьютерным атакам и подсистему устранения последствий применения компьютерных атак.
Уровни и правовая модель информационной безопасности (защиты информации)
С.В. Голубчиков, В.К. Новиков, А.В. Баранова
Стр. 320 — 323
В контексте определения информации как стратегического ресурса любого государства, производительной силы и дорогого товара рассматриваются проблемы информационной безопасности (защиты информации). Для их разрешения одним из направлений деятельности государства является правовое регулирование. Так как информационная безопасность - это неотъемлемая часть общей и национальной безопасности, содержание которой базируется прежде всего на Конституции Российской Федерации, а также на основных базовых документах, в работе выделены уровни безопасности, дано понятие жизненно важных интересов, вытекающее из понятия безопасности. Формулируются важнейшие задачи обеспечения информационной безопасности Российской Федерации. Задаются направления обеспечения информационной безопасности, а также организационно-технические мероприятия по защите информации в общегосударственных информационных и телекоммуникационных системах. Предлагается к рассмотрению разработанная правовая модель обеспечения информационной безопасности, где выделены объекты защиты информации: персональные данные человека, различные технические средства, ПО, информационно-технические системы, документы и др. В работе делается вывод о том, что информационная безопасность является составной частью общей и национальной безопасности и охватывает все сферы деятельности.
Ключевые слова
информация
Исследование защищенности систем электронных платежей
Т.А. Маркина, В.А. Хрупов
Стр. 324 — 327
В данной работе исследуется защищенность систем электронных платежей. Актуальность исследования обусловлена постоянным ростом количества преступлений в сфере электронных платежей, что подтверждается официальной статистикой. Пользователям систем электронных платежей необходимо иметь представление о защищенности этих систем, следовательно, и о защищенности своих денежных средств, хранящихся в них. В процессе работы рассматривались разнообразные системы электронных платежей, проанализированы способы и методы, обеспечивающие безопасность систем, выявлены недостатки и достоинства способов и методов их защиты, определены критерии и подкритерии оценки защищенности, а для каждого из подкритериев определено значение показателя безопасности в процентах. На основании значений показателей была произведена оценка защищенности систем электронных платежей, что позволяет сделать выводы о степени защищенности каждой из них. Исследование позволяет дать оценку защищенности наиболее популярных систем электронных платежей на территории Российской Федерации и стран СНГ.
Программный комплекс для измерения времени аудио-моторных реакций операторов систем управления химико-технологическими процессами
О.Л. Ахремчик, И.И. Базулев
Стр. 328 — 332
Время сенсорно-моторной реакции оператора является основой для выбора моделей представления информации и стратегии управления химико-технологическим процессом на основе минимизации потерь в ходе человеко-машинного взаимодействия. Широкое применение звуковых сигналов для формирования сообщений аварийной и предупредительной сигнализаций диктует необходимость разработки методов и средств контроля времени аудио-моторных реакций. В статье рассматриваются структура, функциональные характеристики и основные составляющие программного комплекса для измерения времени простых аудио-моторных реакций оператора системы управления. Исходя из концепции структурного программирования для реализации комплекса выбираются средства среды Delphi. Описываются типы экранных форм программного комплекса и возможные действия оператора с их использованием. В качестве настроечных параметров комплекса предлагается использовать тип звукового сигнала, интервал времени, определяющий момент предъявления сигнала, число предъявлений сигнала, а в качестве стимулов при измерении - тональные сигналы разной частоты. В ходе измерения заполняются и используются БД звуковых сигналов, операторов и результатов измерений. Предполагается применение программного комплекса для работы в составе системы управления химико-технологическим процессом. Комплекс может рассматриваться как инструмент для косвенной оценки состояния центральной нервной системы оператора. Основой передачи результатов измерения другим программным системам является сохранение результатов в форматах *.cds и *.txt. Результаты апробации комплекса показывают, что характер влияния совокупности внешних факторов на время аудио-моторной реакции оператора носит мультипликативный характер.
Ключевые слова
звуковой сигнал
О программе моделирования узловых цен на электроэнергию
Э.Д. Халилов
Стр. 333 — 337
В условиях реформ системы электроснабжения разных стран, в том числе Азербайджана, появилась возможность использования возобновляемых источников электроэнергии в электрической сети. Актуальными стали исследования, основанные на прослеживании потоков мощности. Появились исследования прослеживания мощности «зеленых» генераторов и мощности искажений источников гармоник. Торговля электроэнергией на оптовом рынке осуществляется с использованием таких механизмов, как рынок на сутки вперед, балансирующий рынок, рынок регулируемых договоров, свободные договора купли-продажи электроэнергии. Различная стоимость электроэнергии у разных поставщиков обусловила актуальность задачи определения узловых цен. Узловые цены определяют стоимость единицы электроэнергии, покупаемой в узле, и включают в себя маргинальную цену балансирующего узла, потери в линии электропередачи, цену ограничений линии электропередачи. Для расчета этих составляющих требуется соответствующее ПО. Разработан алгоритм для моделирования узловых цен на рынке электроэнергии. Он реализован в виде программы в среде MATLAB. Работоспособность программы проверена на различных тестовых схемах. Приведены результаты расчетов узловых цен на примере семиузловой тестовой схемы электрической сети.
Ключевые слова
рынок электроэнергии