Рассматриваются три архитектуры планировщика кооперативного выполнения потоков в многопоточном приложении, исполняемом на многоядерной системе. Архитектура А0 использует средства взаимодействия и синхронизации потоков, предоставляемые операционной системой. Архитектура А1 вводит новый примитив синхронизации потоков и единую для планировщика очередь заблокированных потоков, благодаря которым уменьшает активность взаимодействия потоков с операционной системой и значительно ускоряет процессы блокировки и разблокировки потоков. Архитектура А2 заменяет единую очередь заблокированных потоков на отдельные очереди для каждого примитива синхронизации и расширяет набор внутренних состояний примитива, уменьшая взаимозависимость потоков планирования и значительно ускоряя процессы блокировки и разблокировки рабочих потоков. Архитектуры планировщика реализованы в операционных системах Windows на базе технологии User Mode Scheduling. Важные экспериментальные результаты получены для многопоточных приложений, реализующих два блочно-параллельных алгоритма решения систем линейных алгебраических уравнений методом Гаусса. Алгоритмы различаются способами распределения данных между потоками и моделями синхронизации потоков. Число потоков варьировалось от 32 до 7936. Архитектура А1 показала ускорение до 8.65%, а архитектура А2 показала ускорение до 11.98 % по сравнению архитектурой А0 на блочно-параллельных алгоритмах с учетом их прямого и обратного хода. На обратном ходе алгоритмов архитектура А1 дала ускорение до 125 %, а архитектура А2 дала ускорение до 413 % по сравнению архитектурой А0. Эксперименты убедительно доказывают, что предлагаемые в статье архитектуры А1 и А2 выигрывают у А0 тем значительнее, чем большее количество блокировок и разблокировок потоков происходит во время выполнения многопоточного приложения.
Системный анализ и прикладная информатика
2017. — Выпуск 1
Содержание:
В статье рассматривается подход к моделированию метаморфозов в развитии ряда биологических видов в контексте влияния их успешности на долговременные тренды популяционной динамики. Изменения выживаемости в раннем онтогенезе, контролируемые фактором темпов индивидуального развития в конкурирующей группе особей, могут стать причиной неожиданной деградации популяции при малом избыточном промысловом воздействии. Теория нелинейной эффективности воспроизводства выводит к гипотезе, что два различных нелинейных эффекта контролируются на самом деле схожими механизмами. Для насекомых аналогичные колебания выживаемости при метаморфозах могут запускать другой процесс - стремительной вспышки численности вредителей, где актуальна формализация воздействия паразитов на первой стадии развития, зависящая от начальной концентрации кладок, но ограниченность ресурсов учитывается на завершающей. Рассмотрен метод представления убыли поколений на основе систем динамически переопределяемых дифференциальных уравнений с дискретно-непрерывной структурой времени. В расширении ранее предложенной модели формирования поколений сформирована вычислительная структура для учета зависимости смертности от уровня конкуренции, дополненная триггерным функционалом и новой схемой описания изменений скорости роста для примера осетровых рыб Каспийского моря на трех эколого-физиологических этапах развития. Модель обладает нетривиальными возможностями в параметрическом изменении режимов поведения. Сосуществование альтернативных циклов находит объяснение в адаптивном возрастании внутривидовых различий.
Ключевые слова
В статье описываются результаты сравнительного анализа 34 функций, опубликованных в научной литературе и использующихся для оценки качества изображений при отсутствии эталона. В англоязычной литературе они называются no-reference (NR) measure или мерами NR-типа. Первая статья, использующая термин no-reference, была опубликована в 2000 году и ежегодно растет число публикаций о новых мерах NR-типа. Тем не менее, сравнительных исследований таких мер практически не проводилось. Наличие NR-мер очень актуально для, а) оценки качества сделанных фотографий, б) оценки результатов преобразований, ориентированных на улучшение изображений, и выбор параметров этих преобразований (яркостные изменения, сжатие динамического диапазона яркости, преобразование цветного в полутон и другие). Базы тестовых изображений, используемые для исследования без эталонных мер качества (TID2013 и другие), содержат по 4, 5 вариантов изображений определенного типа искажений параметры которых не описаны. Поэтому разработано шесть типов экспериментов с целью анализа корреляции вычисляемых количественных оценок с визуальными оценками качества тестируемых изображений. Четыре из них являются принципиально новыми: сравнение изображений после гамма-коррекции и изменения контраста с разными параметрами, а также сравнение отретушированных изображений и фотографий, сделанных с разным фокусным расстоянием. Экспериментально показано, что ни одна из исследуемых мер оценки качества изображения не является универсальной, а вычисленная оценка не может быть преобразована в качественную шкалу без учета факторов, влияющих на искажение качества изображения. Большинство исследованных мер вычисляет локальные оценки в малых окрестностях, а их среднее арифметическое является оценкой качества всего изображения. Если на изображении доминируют большие области однородной яркости, меры такого типа могут дать неверные оценки качества, не совпадающие с визуальными оценками.
Ключевые слова
Показано, что максимально полное описание vita-среды «субъективной сенсорной системой» на базе формулируемых синтаксических свойств подразумевает введение сложных высказываний экспертов, построенных на элементарных оценках. На множество моделей, соответствующее всем сенсорным элементам, контролирующим свойства vita-среды, налагаются естественные условия детерминированности и полноты. Рассмотрена степень истинности высказываний экспертов и мера неадекватности представления свойств vita-среды в процессе сенсорного контроля. Обобщенное описание vita-среды при сенсорном контроле ее свойств возможно с использованием представлений термодинамики информационных процессов. Для выяснения термодинамических закономерностей процедуры сенсорного контроля рассматривается последовательная цепь преобразований: свойство объекта - контролируемый параметр - искажение характеристики - обобщенная координата - информационная модель. При высокоточном контроле количество информации определяется логарифмом относительной точности, а при сравнительно грубом определении параметров vita-среды оно зависит от квадрата относительной точности сенсорного контроля. Рассмотрены причины и последствия искажения сенсорных образов при использовании технических средств изложения событий и представления свойств vita-среды. Показан противоречивый, двойственный характер воздействия на процесс контроля дополнительных технических средств, включаемых между объектом контроля и «субъективной сенсорной системой». Проанализирована вероятность обеспечения средствами интеллектуальной системы успешного сбора, обработки, накопления или обновления информации о параметрах vita-среды.
Ключевые слова
Классические методы проектирования электрических машин направлены на достижение работоспособности электрической машины и не обеспечивают минимальных затрат при изготовлении и при эксплуатации. В последнее время оптимизация становится важной частью современного процесса проектирования электрических машин. Цель процесса оптимизации, как правило, сводится к обеспечению минимума стоимости машины, потерь энергии, массы, или обеспечения максимума момента и к.п.д. Большинство требований проектирования электрической конструкции машины находятся в противоречии друг с другом (уменьшение объема или массы, повышение КПД и т.д.). Задача оптимизации проектирования синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами (СДИПМ) является задачей многокритериальной оптимизации. Существуют два подхода для решения этой задачи, одним из которых являются эволюционные алгоритмы, получившие широкое распространение в настоящее время. Для оптимизации проектирования СДИПМ эволюционные алгоритмы представляет собой более привлекательный подход. Генетический алгоритм (ГА) является самым популярным в эволюционных алгоритмах. Рассмотрены компоненты и процедура выполнения генетического алгоритма для оптимизации проектирования СДИПМ. Реализован генетический алгоритм на ЭВМ в программных языках C# и Lua. В процессе оптимизации для повышения скорости вычисления и точности аналитический расчет используется вместе с расчетом методом конечных элементов. Включение в процессе оптимизации анализа методом конечных элементов осуществляется с помощью программы FEMM и технологи ActiveX. Результатом процесса оптимизация с помощью генетического алгоритма является множество решений, из которых инженер выбирает самое лучшее. Осуществлена оптимизация проектирования СДИПМ на основе асинхронного двигателя типа АИР112МВ8.
Ключевые слова
Главное требование к имитационному моделированию военных действий - адекватность. Исходя из этого необходимо, чтобы поведение модельных объектов было максимально приближено к поведению реальных объектов в тех же условиях обстановки или, как минимум, не противоречило логике здравого смысла и требованиям уставных документов. Это создает необходимость разработки механизма, позволяющего формализовать управленческий опыт командиров соответствующих уровней и автоматически выводить решения на основании параметров текущей ситуации и предварительно заданных решающих правил. Как правило, в процессе принятия решений, командир оперирует сложно формализуемой информацией на уровне комплексных категорий. В противоположность этому, состояние объекта в системе моделирования описывается в виде набора значений конкретных параметров. Для преобразования множества параметров объектов в параметры более высокого уровня предлагается использовать метод анализа иерархий. Вторая задача, требующая своего разрешения, синтез аппарата принятия решений на основе полученных комплексных понятий. Для этого предлагается использование механизма нечеткого логического вывода. В этом случае предпочтительность выбора того или иного варианта поведения задается в зависимости от характера пересечения определенных экспертом нечетких множеств, функции принадлежности которых построены на осях сформированных ранее комплексных параметров. В качестве консеквентов решающих правил выступают заранее сформированные стратегии поведения модельных объектов, в связи с чем в предлагаемом алгоритме фактически отсутствует этап дефаззификации, а для аккумулирования заключений используется формула алгебраического объединения. Предлагаемый подход позволяет осуществлять автоматический выбор альтернативы поведения в ходе моделирования без участия оператора.
Ключевые слова
Рассматривается модифицированный алгоритм адаптивной компенсации активных шумовых помех, основанный на использовании рекуррентной оценки обратной ковариационной матрицы помех в процессе самонастройки. Оценка матрицы формируется методом последовательной регрессии (МПР), являющегося следствием применения леммы об обращении матрицы к дифференциально-разностному уравнению для сглаженной оценки прямой ковариационной матрицы помех (КМП). Разовая оценка прямой КМП формируется как результат диадного произведения мгновенных векторов помех в каналах обработки. В парциальных каналах реализуются адаптивные трансверсальные фильтры с самонастройкой по величине сигнала суммарной ошибки. В статье приведены структурные схемы устройств компенсации, реализованных различными способами. Выполнено математическое моделирование работы алгоритмов, реализованного методом наименьших квадратов (критерий минимума среднеквадратической ошибки) и методом последовательной регрессии. Приводятся результаты математического моделирования работы устройства компенсации помех в условиях активного радиоэлектронного противодействия при многолучевом распространении сигналов и неидентичных амплитудных и фазовых характеристиках каналов обработки. Даны оптимальные значения технических параметров устройств компенсации помех, обеспечивающих получение требуемых величин коэффициента подавления. Выполнен сравнительный анализ показателей эффективности классического и предлагаемого алгоритмов компенсации. Показано преимущество алгоритма компенсации активных помех, использующего рекуррентную оценку обратной ковариационной матрицы помех. Алгоритм функционирования на основе МПР позволяет существенно снизить требования к специализированным СБИС (ПЛИС) при реализации аппаратно-программных комплексов для первичной обработки радиолокационной, радиосвязной и радионавигационной информации в условиях воздействия активных шумовых помех при наличии эффектов многолучевого распространения сигналов, при наличии запаздывания сигналов по раскрыву антенной системы, а также при неустранимом технологическом разбросе амплитудно-фазовых характеристик СВЧ тракта каналов обработки.
Ключевые слова
В статье рассматривается проектирование и разработка МРКК (мобильного робототехнического комплекса с квадрокоптером). МРКК в составе мобильного робота на базе трактора Беларусь-132N в режиме реального времени обеспечивает возможности преодоления препятствий при взаимодействии с квадрокоптером Фантом-4. Функционально комплекс состоит из GPS, мобильного робота и системы обработки изображений, получаемых как от робота, так и от квадрокоптера, также ипользуется эффективный алгоритм поиска, встроенный внутри робота. Способность точной ориентации является одной из основных возможностей мобильного робота для эффективного выполнения множества рабочих функций, включая различные манипуляции, стыковку и транспортировку. Для достижения требуемой точности навигации, мобильные роботы, как правило, оснащены датчиками на борту для наблюдения непрерывных изменений в окружающей среде, оценки позиции, исходя из этих наблюдений, и корректировки их движения, соответственно. Квадрокоптер взлетает с мобильного робота, обследует местность и передает обработанное изображение наземному роботу. Основной целью исследовательской работы является концентрация внимания на полной координации между роботом и квадрокоптером путем разработки эффективной беспроводной связи с использованием Wi-Fi. Кроме того, определения метода, включающего в себя использование визуального наблюдения и системы обработки изображений от обоих: робота и квадрокоптера, анализируя путь в режиме реального времени и избегая препятствий на основании вычислительного алгоритма, встроенного внутри робота. МРКК повышает эффективность и надежность всей системы, особенно в навигации роботов, обработке изображений и избегании препятствий благодаря системе помощи и связи между различными частями комплекса.
Ключевые слова
Применение совершенных алгебраических конструкций в современных системах передачи информации, основанных на технологии кодового разделения каналов MC-CDMA (Multi Code Code Division Multiple Access), а также в криптографии, диктует необходимость их дальнейшего исследования. Одними из наиболее часто используемых совершенных алгебраических конструкций являются двоичные бент-функции, обладающие равномерным спектром амплитуд Уолша-Адамара и, соответственно, максимально удаленные от кодовых слов аффинного кода. Помимо двоичных бент-функций в настоящее время особое внимание уделяется разработке методов синтеза их многозначных аналогов. В частности, одним из эффективных методов синтеза многозначных бент-функций признан метод, основанный на бент-квадратах Агиевича. В настоящей статье разработан регулярный метод синтеза троичных бент-квадратов на основе произвольного спектрального вектора и регулярного оператора триадного сдвига. Проведена классификация спектральных векторов длин N = 3 и N = 9. На основе проведенной классификации уточнено определение многозначной бент-последовательности с учетом феномена существования многозначных бент-последовательностей для длин, определяющихся нечетной степенью основания. Полученные в статье результаты являются ценными для практического применения: разработки новых кодов постоянной амплитуды для технологии MC-CDMA, криптографических примитивов, алгоритмов сжатия информации, сигнальных конструкций, алгоритмов блочного и поточного шифрования, основанных на перспективных принципах многозначной логики. Разработанный метод синтеза бент-квадратов Агиевича также является базой для дальнейших теоретических исследований: разработки методов перестановок строк и столбцов базовых бент-квадратов, синтеза составных бент-квадратов. Кроме того, полученные данные о спектральной классификации векторов органично ставят задачу синтеза бентфункций длин N = 32k+1, k ℕЄ.
Ключевые слова
Применение автоматизированных систем управления обучением увеличивает возможности преподавателя и обучаемого в достижении своих целей в образовательном процессе. Такие системы предоставляют учебный контент, помогают организовать и контролировать обучение, собирают статистику прогресса. Однако при переходе от одной системы обучения к другой возникает проблема миграции контента, ведь все учебные материалы и тесты должны быть либо созданы заново, либо каким-то образом перенесены в новую систему. Перенос контента вручную является весьма трудоемким процессом, поэтому ведущими разработчиками систем обучения был предложен стандарт для организации и хранения контента, названный SCORM (англ., Sharable Content Object Reference Model). Созданный по такому стандарту контент должен мигрировать в системы управления обучением при условии его поддержки этими системами. Стандарт SCORM позволяет создавать учебный контент, не зависимый от системы управления обучением, но свободно встраиваемый в нее. Такой подход позволяет преподавателям разрабатывать уникальные курсы и выставлять их в свободный доступ либо на продажу в сети Интернет для всех заинтересованных лиц, а также использовать учебный контент, созданный лучшими специалистами всего мира для проведения своих занятий. Использование контента по стандарту SCORM накладывает определенные требования на системы обучения, поскольку они не должны искажать учебный материал и правильно взаимодействовать с тестами. Целью данной работы является программная реализация миграции контента по стандарту SCORM из других систем управления обучением в собственную разработку, используемую на кафедре программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем факультета информационных технологий и робототехники Белорусского национального технического университета.