Рассмотрена модель распространения вирусов в отдельных городах и в сети городов с учетом запаздывания, вызванного длительным инкубационным периодом вируса. Показано влияние эффектов запаздывания в сравнении с пандемиями без такого запаздывания. Выявлена временная асимметрия распространения инфекции, означающая, что время развития пандемии значительно превышает время ее завершения. Проведены модельные расчеты распространения вирусов в сети связанных между собой больших и малых городов и выявлены особенности динамики в сравнении с распространением вирусов в моногороде, в том числе возможность повторного инфицирования мегаполисов из внешнего резервуара инфекции. При выбранных параметрах запаздывания, длительность и амплитуда пандемии увеличивается в несколько раз по сравнению с пандемией вирусов с короткой инкубационной фазой.
Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии
2020. — Выпуск 2
Содержание:
Одной из наиболее сложных задач параметрической идентификации является задача оценки параметров моделей распределенных динамических процессов на основе статистических методов. Известно, что одним из факторов, влияющих на качество полученной модели, например, регрессии, является мультиколлинеарность. Если оцененную модель регрессии предполагается использовать для изучения связей, например, экономических или иного характера, то устранение мультиколлинеарных факторов является обязательным, потому что их наличие в модели может привести к смещенным коэффициентам регрессии. В рамках данной статьи был предложен метод понижения размерности с целью устранения мультиколлинеарности в задаче параметрической идентификации распределенных динамических процессов, а также проведено исследование возможности применения метода наименьших квадратов (МНК) для параметрической идентификации моделей распределенных динамических процессов в случае смещенных оценок. МНК-оценки, полученные в результате метода понижения размерности, названы альтернативными. Необходимо проверить, эффективность применения альтернативных оценок по сравнению с обычными МНК-оценками. Проведенное исследование показало, что при низком уровне погрешностей наблюдения (1 % и ниже) применение прямых МНК-оценок для идентификации параметров распределенных динамических процессов дает удовлетворительные результаты. При этом величина смещения всегда несколько больше величины стандартного отклонения оценки параметра, что не позволяет пренебрегать смещением, особенно при высоком и среднем уровне погрешностей наблюдения. Применение альтернативных МНК-оценок позволяет уменьшить мультиколлинеарность, а, следовательно, понизить размерность задачи. В выборочной статистике и при любом уровне погрешностей наблюдения предложенный метод существенно снижает стандартную ошибку оценки параметров.
Ключевые слова
Рассматривается многокритериальная задача оценки эффективности группового полета пилотируемой и беспилотной авиации при обслуживании потока заявок. С помощью динамического программирования сформирована модель назначения динамических приоритетов, оценивающих важность обслуженных заявок. Осуществлен выбор единого критерия оценки эффективности в мультипликативной форме, в которой количество сомножителей равно числу учитываемых факторов. Компьютерное моделирование показало преимущество в эффективности планирования с помощью мультипликативной формы по сравнению с аддитивной за счет повышения суммарной важности обслуженных объектов в маршрутном полете.
Ключевые слова
Одним из этапов решения ряда задач математического моделирования является поиск точки, в которой некоторая функция нескольких переменных достигает наибольшего или наименьшего значения. Эта функция, как правило, имеет высокую размерность и множество локальных экстремумов. Подобная задача успешно решается популяционными алгоритмами оптимизации, например, алгоритмом роя частиц, алгоритмом пресноводных гидр и другими. Целью работы являлось совершенствование алгоритма пресноводных гидр (Н-алгоритма) с учетом представлений квантовой механики. Разработанные квантовые модификации данного алгоритма основаны на методе анализа иерархий (QH-AHP) и байесовском подходе (QH-B). Скорость сходимости квантовых модификаций выше, чем у исходного Н-алгоритма в связи с тем, что положение особей определяется напрямую, не оперируя их скоростями (в соответствии с представлениями квантовой механики). Вследствие этого, в течение одной итерации особи могут перемещаться на значительное расстояние, в результате чего увеличивается охват пространства поиска. Кроме того, данный подход позволяет особям успешнее преодолевать области притяжения локальных экстремумов, что препятствует преждевременной сходимости алгоритма. Найдены оптимальные значения параметров разработанных алгоритмов в результате решения задачи метаоптимизации. Cравнение скорости сходимости предложенных алгоритмов оптимизации выполнялось на примере различных многоэкстремальных тестовых функций: Розенброка, Дэвиса, Экли, Растригина. Предложенные квантовые модификации Н-алгоритма (QH-AHP и QH-B) для различных тестовых функций показали различную, но в среднем одинаковую скорость сходимости. Скорость сходимости квантовых модификаций алгоритмов для различных тестовых функций выше, чем у исходного алгоритма пресноводных гидр и алгоритма роя частиц. Разработанные алгоритмы решения задачи оптимизации могут быть использованы при обучении нейронных сетей, при математическом моделировании процессов и систем в различных предметных областях на этапе идентификации параметров модели, оптимизации характеристик и построения оптимального управления такими системами и т. д.
Ключевые слова
В статье рассмотрены физические основы формирования технического канала утечки информации, возникающего за счет низкочастотных акустоэлектрических преобразований. Приведена, с представлением в виде имитационной модели, используемая в настоящее время при проведении специальных исследований методика инструментально-расчетного контроля защищенности речевой информации в рассматриваемом канале утечки информации. На основе разработанной имитационной модели, используя паттерн проектирования MVP, разработано программное средство. Представлены основные классы программного средства, реализующего модель. Продемонстрирован функционал разработанного программного средства и даны рекомендации по возможному применению разработанного программного средства идентификации угроз нарушения информационной безопасности, возникающих за счёт низкочастотных акустоэлектрических преобразований.
Ключевые слова
В работе рассматривается гетерогенная система безопасности, элементами которой являются силы и средства взаимодействующих между собой правоохранительных органов. Основная задача для данной системы состоит в раскрытии, предупреждении и пресечении преступлений, в том числе преступлений против общественной безопасности и общественного порядка. Для решения указанной задачи правоохранительными органами осуществляется мониторинг оперативной обстановки в регионе, а также контроль за различными типами объектов. Однако в случае возникновения чрезвычайных ситуаций, массовых беспорядков и/или других дестабилизирующих факторов, текущее распределение сил и средств может оказаться неэффективным. В этом случае необходим поиск наиболее оптимального распределения имеющихся сил и средств по охраняемым объектам, с учетом сложившейся обстановки в конкретном регионе. С этой целью осуществляется формализация задачи, включающая описание параметров, влияющих на оценку эффективности функционирования гетерогенной системы безопасности. На этой основе были получены модель оценки защищенности объектов в зависимости от выбора варианта обеспечения безопасности и модель оптимизации выбора вариантов функционирования гетерогенной системы безопасности. Для вариантов функционирования гетерогенной системы безопасности предусмотрено выполнение условия максимальной защищенности всех объектов, подлежащих охране. Разработанная модель представляет собой задачу нелинейного булева программирования большой размерности, что не позволяет использовать для нахождения решения точные методы. В связи с этим разработан численный метод решения поставленной задачи, основанный на принципе «жадных» алгоритмов и учитывающий особенности предметной области.
Ключевые слова
Наиболее часто используемые и передаваемые файлы - это аудиофайлы. Однако при такой передаче возникает вопрос об отсутствии модификации данного файла. Широкое распространение звуковых редакторов и различных программ обработки и монтажа аудиозаписей позволяют даже непрофессионалу осуществить фальсификацию фонограммы речи. Также возможна еще одна модификация аудиофайла, такая как использование его в виде стеганографического контейнера. Существует множество методов стеганографии для осуществления передачи информации под видом стандартных файлов. В связи с этим актуален вопрос по созданию методов исследования аудиозаписей и инструментальных средств анализа на наличие признаков их изменения. Поэтому в статье приводится исследование, посвященное обнаружению скрытого стеганографического вложения и признаков изменения в области данных аудиофайла с определением численных критериев принятия решения. Рассматриваются методы статистического анализа аудиофайлов на предмет внесенных изменений в области данных. При анализе внесённых изменений в аудиофайл применяют методы стегоанализа и спектральный анализ. Предлагаются алгоритмы, основанные на оценке изменения статистических характеристиках сигма-отношения «сигнал/шум», позволяющий провести оценку внесенных изменений. Описываются алгоритмы вычисления коэффициента сигма-отношения «сигнал/шум», на отдельных блоках, и на всем файле. Реализованные алгоритмы были проверены на аудиофайлах, в которые вносились следующие изменения: вставка - аудиофайл используется как стегоконтейнер; склейка - соединение двух аудиофайлов; вырезка - аудиофайл модифицируется путем удаления части информации. На основе предложенных методов проведена оценка возможных внесенных изменений. В результате эксперимента было выявлено, что с помощью методов можно оценить склейку аудиофайлов, вырезку фрагмента без предъявления оригинала. В статье приведены данные, которые показывают точность определения внесённых изменений.
Ключевые слова
В статье рассматривается описание групп эколого-математических моделей оптимизации аграрного производства с учетом ущербов от природных и техногенных процессов на окружающую среду в зависимости от вида мелиоративных работ, неопределенности параметров, происхождения внешних воздействий на почву и водную среду и содержанию критерия оптимальности. Построен алгоритм решения эколого-математических задач линейного программирования в условиях неопределённости. Выделены эколого-математические задачи для оптимизации аграрного производства с детерминированными, интервальными и случайными параметрами. Для их решения использованы пакеты прикладных программ с применением метода статистических испытаний. При этом получено множество оптимальных решений в условиях неопределенности. Моделирование интервальных параметров осуществлялось случайным образом в заданных интервалах изменения, а случайных величин с помощью законов распределения вероятностей. Результатом решения задачи с интервальными параметрами являются нижние, верхние и медианные оценки целевой функции и соответствующие им оптимальные планы. При реализации моделей со случайными параметрами определены зависимости значений критерия оптимальности от вероятностей параметров. При этом аналитическому значению этого критерия соответствует оптимальный план. Приведенный алгоритм реализован для аграрной организации, которая осуществляет деятельность на землях, часть из которых подвержена эрозии и загрязнению почв и водных ресурсов. Результаты, полученные с помощью эколого-математических моделей, учитывающие ущербы от негативного влияния природных и техногенных факторов в виде эрозии почвы и загрязнения земельных ресурсов, показывают возможности управления производством сельскохозяйственной продукции при минимизации ущерба окружающей среде.
Ключевые слова
В данной работе рассматривается задача миграции населения РФ между тремя группами федеральных округов. В первую группу вошли Центральный и Северо-Западный, во вторую - Дальневосточный, Уральский и Сибирский, в третью - Южный, Приволжский и Северо-Кавказский федеральные округа. Предложена модель динамики численностей населения с учетом распределения Больцмана, которое описывает распределение мигрирующего населения по трем заданным территориям. Предложена функция полезности, входящая в распределение Больцмана и, так же предложена, входящая в функцию полезности, мера информированности (притягательности) населения по отношению к рассматриваемым территориям. При этом, мера информированности учитывает экономический фактор - долю населения, живущего выше прожиточного минимума и общую численность населения на рассматриваемых группах федеральных округов. Предполагается, что чем больше общая численность населения на данной территории, тем больше информации об этой территории имеется. Проводится идентификация параметров, характеризующих коэффициенты естественного прироста и доли мигрирующего населения рассматриваемых территорий при различных значениях параметра, характеризующего оптимальность распределения населения по трем заданным территориям. Идентификация параметров модели реализована с помощью метода градиентного спуска с дроблением шага на языке программирования Python3.5. Так же для реализации идентификации параметров использовались данные из официальных статистических источников. На основе проведенной идентификации получены значения распределения Больцмана и миграционных потоков между тремя группами федеральных округов, проведено сравнение модельных данных с реальными, построен прогноз численностей населения для каждой территории. Показано, что значение параметра оптимальности влияет на прогноз численности населения всех трех групп федеральных округов.
Ключевые слова
Деформации линий электропередач, зачастую вызванные антропогенным или природным негативным воздействием, могут привести к аварийному отключению электроэнергии, а также стать угрозой для безопасности жизни граждан. Указанные риски свидетельствуют о необходимости проведения мониторинга линейных объектов, а также проработки алгоритмов оптимизации данного процесса. В статье рассматривается вопрос создания информационной системы для ведения мониторинга инфраструктурных объектов - воздушных линий электропередач. Указаны конструктивные элементы воздушных линий, рассмотрены основные виды деформаций, существующие методы (дистанционные, контактные) и инструменты получения данных о их параметрах. Сделан вывод о преимуществах использования трехмерных данных. Приведены основные системы, в которых выполняется их хранение, обработка, визуализация (такие как Autodesk InfraWorks, Autodesk BIM 360, Bentley Microstation Unigine). Указаны недостатки ресурсов. Описаны источники получения трехмерных данных, сделан вывод о преимуществах применения технологии трехмерного лазерного сканирования. Приведены результаты выполненного трехмерного сканирования линий электропередач в г. Краснодар. Выполнена оценка возможности применения данной технологии для мониторинговых целей. Сделан вывод о необходимости создания региональной мониторинговой интеллектуальной системы. Приведен принцип функционирования создаваемой системы путем разработки основных блоков: блок импорта/экспорта, блок визуализации, блок моделирования, блок хранения информации, вычислительный блок, аналитический блок. Указаны начальное, промежуточное и конечное состояния системы. Посредством методологии IDEF0 описан принцип работы системы, а также процесс интеллектуального поиска деформации (крена опор), определения габаритов воздушных линий на основе сверточных нейронных сетей.
Ключевые слова
В данной статье рассматривается актуальная задача обнаружения аномалий в работе оборудования и её решение методами кластеризации на примере анализа работы оборудования в железнодорожной области. Приводится описание различных стратегий обслуживания и выделяется проактивная стратегия обслуживания в качестве наиболее перспективной. Рассматриваются основные компоненты и задачи системы проактивной стратегии обслуживания в применении к железнодорожному сектору. Подробно рассматривается модуль диагностики и ставится задача обнаружения аномалий на примере значений выборки электрических параметров, характеризующих функционирование контактной сети. Предполагается, что исходными данными для задачи обнаружения аномалий являются временные ряды значений электрических сигналов. Для предварительной обработки данных выбраны методы спектрального анализа: оценка спектральной плотности мощности, и используется метрика, основанная на периодограмме. Для обработки данных используется метод временного окна. Производится сравнение работы метода опорных векторов и метода кластеризации К-средних на тестовых данных и оценивается доля правильных ответов. Были подобраны оптимальные параметры процедур.
Ключевые слова
Актуализируется создание и применение ситуационных центров органов внутренних дел в условиях возрастания сложности и неоднородности угроз, возникающих в современном обществе. Необходимость решения разнородных и разноплановых задач в целях обеспечения общественной безопасности и охраны общественного порядка требует привлечения специалистов-экспертов. В статье рассматривается проблема проведения и обработки результатов экспертного опроса попарного сравнения альтернатив в ситуационных центрах органов внутренних дел с применением ранее разработанного алгоритма, использующего slice-матрицы. Предлагается в качестве параметров проведения оптимизации попарного сравнения осуществлять выбор между скоростью и точностью, зависящих как от числа сравниваемых объектов одним экспертом, так и общим числом сравниваемых альтернатив. Сформулированы задачи параметрической оптимизации проведения экспертного опроса. С позиций теории информации, известных положений о количестве информации и энтропии разрабатывается подход, позволяющий учитывать информационные потери при формировании slice-матриц для отдельного эксперта. С точки зрения уменьшения числа попарных сравнений по отношению к общему числу пар альтернатив разрабатывается подход, позволяющий осуществить оценку выигрыша в скорости проведения экспертного опроса с применением slice-матриц. Делается обобщенный вывод о численном равенстве скорости и потери информации при использовании slice-матриц. Приводятся результаты вычислительного эксперимента по определению скорости и потери информации при проведении экспертного опроса с использованием slice-матриц. Дополнительно приводится пример зависимостей параметров оптимизации от общего числа сравниваемых альтернатив и размерности slice-матриц, делается вывод о выборе оптимального значения параметров проведения экспертного опроса.
Ключевые слова
В статье предлагается рассмотреть второй этап обновления информационного лингвистического ресурса «COEL» (Cryptotypes of the English Language), разработанного на кафедре теоретической и прикладной лингвистики ВГУ в качестве инструмента для исследовательской работы в рамках теории криптоклассного анализа на материале данных сочетаемости абстрактных имен английского языка. В рамках данного этапа была реализована система представления контекстов. Среди основных используемых технологий стоит выделить: PHP, SQL, JavaScript, язык разметки HTML, язык формирования внешнего вида документа CSS и технология AJAX. В работе рассматривается веб-интерфейс информационной системы, обосновывается необходимость вносимых изменения и подробно описываются проведенные усовершенствования. Основными достигнутыми результатами являются: 1) система выдачи контекстов изменена в соответствии с особенностями новых данных: в новых разделах ресурса была реализована возможность фильтрации выводимого списка словоупотреблений по варианту английского языка; 2) реализована система выгрузки контекстов для предоставления возможности работы с информацией на машине пользователя и локального хранения в случае соответствующей необходимости, что может оказать пользу лингвистам в процессе проведения исследований или обучающимся при изучении английского языка. Указанные изменения позволили адаптировать систему для осуществления работы с данными, полученными из лингвистических баз данных - корпусов GloWbE (The corpus of Global Web-based English), NOW (News On the Web) и iWeb, а также сделать ее более функциональной и удобной для использования в рамках исследовательской лингвистической деятельности и при изучении английского языка.
Ключевые слова
В работе проведена количественная и качественная оценка методов отбора признаков документов на основе теории информации. Целью исследования являлась проверка применения ряда критериев для редуцирования множества терминов в коллекции текстов, к которой впоследствии будут применены методы классификации с учителем и без учителя. Входные данные программной реализации были разделены по схожести тематик и, в зависимости от эксперимента, включали наборы из 45 документов трех категорий технических текстов в различных концентрациях. Для расчета критериев использовалась программная система анализа текстовых данных TextStageProcessor, расположенная как проект с открытым исходным кодом. В разделе оценки работоспособности критериев введены две величины. Первая определяет относительное количество документов, которые принадлежат категории и содержат термин. Вторая равна относительному количеству документов, принадлежащих категории и не содержащих термин. Построены графики зависимости упомянутых величин от критериев. Рассмотрены ограничения для указанных параметров. Полученные результаты для критериев MI, CHI, IG не монотонны, что свидетельствует о возможной неработоспособности этих критериев для входной коллекции и необходимости дальнейших исследований. Для второй части эксперимента проведена предварительная обработка текстов, включающая удаление стоп-слов, нормализацию термов и приведение их к нижнему регистру. Качественный вид графиков зависимостей критериев TFD, DF и TF•IDF от ранга слова в коллекции свидетельствует о том, что с их помощью можно сократить множество входных значимых термов для классификации без потери качества для исследования.