The alarming level of air pollution in urban centres is an urgent threat to human health. Its consequences can be measured in terms of health issues experienced by children, an increasing numbers of heart and lung diseases, and, most importantly, the number of pollution related deaths. That is why a lot of attention has recently been paid to air pollution monitoring and prediction modelling. In order to develop prediction models, the study uses Support Vector Machines (SVM) with linear, polynomial, radial base function, normalised polynomial, and Pearson VII function kernels to predict the hourly concentration of pollutants in the air. The paper analyses the monitoring dataset of air pollutants and meteorological parameters as input variable to predict the concentrations of various air pollutants. The prediction performance of the models was assessed by using evaluation metrics, namely the correlation coefficient, root mean squared error, relative absolute error, and relative root squared error. To validate the model, the accuracy of the predictive algorithm was tested against two widely and commonly applied regression approaches called multilayer perceptron and linear regression. Furthermore, back check prediction test was performed to examine the consistency of the models. According to the results, the Pearson VII function and normalised polynomial kernel yield the most accurate results in terms of the correlation coefficient and error values to predict the concentrations of atmospheric pollutants as compared to other SVM kernels and traditional prediction models.
Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии
2020. — Выпуск 3
Содержание:
В настоящей работе исследованы две стратегии защиты от посторонних объектов тел, расположенных в узлах квадратной решетки (сетевая структура тел). Речь идет о защите самодвижущимися аппаратами, перемещающимися по границе области, в которой находится сетевая структура. В работе рассмотрены не только круговые области, но и области произвольного вида, а именно, с кусочно-линейной и с выпукло-вогнутой гладкой границами. Доказано преимущество модели групповой защиты тел (аппараты движутся по границе области большого радиуса) перед моделью защиты каждого тела в отдельности (аппараты движутся по окружности диаметра равного шагу решетки). Показано, что отношение минимального количества аппаратов, используемых в индивидуальной стратегии защиты, к минимальному количеству аппаратов, используемых для групповой стратегии защиты, пропорционально линейному размеру области. Полученные результаты основаны на параметризации модели по линейному размеру области, на доказательстве асимптотических соотношений для областей с различными границами и на идее вычисления площади внутренней полосы рассматриваемых областей ширины, равной длине диагонали квадрата решетки. В свою очередь, при групповой стратегии защиты сетевой структуры тел достигается единичная вероятность обнаружения постороннего объекта, если самодвижущиеся аппараты перемещаются вдоль границы на расстоянии обзора локатора между соседними аппаратами (по траектории движения) равном удвоенному радиусу обзора. Данная задача возникает в связи с интенсивным изучением структур, порождаемых самодвижущимися частицами. При этом число самодвижущихся частиц предполагается достаточно большим, что вызывает определенные трудности при их технической реализации.
Ключевые слова
В криптографических системах шифрования информации используются гиперкомплексные числа: кватернионы и октонионы. В качестве ключа применяется кватернион, который производит вращения группы выборок информации. Кватернионы и бикватернионы являются частными случаями геометрической алгебры Клиффорда. Использование векторов и мультивекторов геометрической алгебры для шифрования информации позволяет расширить разнообразие этих векторов. Для шифрования информации, представленной совокупностью векторов геометрической алгебры, эти векторы умножаются на мультивектора, которые осуществляют операцию ротор (rotor). В качестве ключа используется мультивектор (ротор). Для дешифрования информации применяется операция, которая соответствует обратному ротору. Алгоритмы геометрической алгебры повышают безопасность шифрования информации за счет повышения размерности алгебры. Для повышения производительности шифрования предлагается коэффициенты информационного вектора и мультивектора вращения выбирать из поля Z256. Предлагается вектор информации с коэффициентами из Z256 складывать со случайным вектором с коэффициентами из Z256 и считать эти коэффициенты ключами шифрования. Приведены базисные векторы применяемых геометрических алгебр и таблицы геометрических произведений базисных векторов.
Ключевые слова
Календарное планирование, реализуемое на основе специальных календарных моделей, является одной из основных фаз управления проектами, оно позволяет: определять сроки выполнения работ, осуществлять бюджетирование проекта, оптимизировать ресурсное обеспечение, идентифицировать риски, меры по их упреждению и повышению качества выполнения работ. В рамках данной статьи рассматриваются проекты взаимосвязанных работ, представленные календарными сетевыми моделями. Предложены механизмы исследования календарных сетевых моделей в условиях, когда некоторые параметры выполнения работ являются стохастическими. Разработанные в рамках исследования механизмы строятся на основе применения аппарата раскрашенных сетей Петри с предикативными переходами и специфическими маркерами, представленными в виде функций случайных переменных, к анализу критических путей календарных графов. Применение инструментов сетей Петри позволяет построить модели, описывающие динамику выполнения работ проекта, и имитировать выполнение работ календарного плана проекта при определенных ограничениях или правилах распределения ресурсов между ними. Предполагается, что ресурсы, выделяемые на выполнение работ являются случайными величинами, время и качество выполнения работ являются функциями от данных случайных величин. По каждому ресурсу каждой работы задаются возможные диапазоны значений, которые при определенных предположениях о законе распределения, позволяют получить характеристики ресурсов и зависящих от них функций, как случайных величин. По результатам имитационного моделирования оцениваются временные параметры событий и работ проекта, оценивается возможность выполнения проекта в директивные сроки. В работе исследуются два варианта распределения ресурсов проекта. В соответствии с первой моделью не учитывается конкуренция между работами за распределение ресурсов, в соответствии со второй моделью, ресурсы распределяются динамично из единого цента, и с учетом случайного характера выполнения работ, может возникать дефицит ресурсов.
Ключевые слова
Для повышения эффективности перевозочного процесса железнодорожным транспортом большое значение имеет прогнозирование показателей этого процесса, включая погрузку грузов. Учитывая, что перевозка грузов происходит в условиях неопределенности, задача прогнозирования является не тривиальной. В работе предлагается обобщенное прогнозирование показателя погрузки грузов при перевозке железнодорожным транспортом, когда используются три модели локальных показателей погрузки грузов с различными весами, а также учитываются сценарии развития перевозочного процесса. В качестве локальных показателей выбраны: а) значение, полученное по трехфакторной модели; б) значение, полученное по факторной модели, зависящей от времени; в) точечное экспертное суждение. Весовые коэффициенты получены с помощью метода анализа иерархий, использующего экспертные суждения в виде парных сравнений. Прогнозирование на основе совокупности моделей с учетом сценариев развития перевозочного процесса, является научной новизной работы. При апробации учитывались три сценария развития перевозочного процесса на Дальневосточной железной дороге. Использованы статистические данные с 2000 года по 2018 год, прогнозирование осуществлено на 2019 год. При первом сценарии учитывались только статистические данные, при втором дополнительно использовалась экспертная информация по оптимистическому варианту, при третьем использовалась экспертная информация по пессимистическому варианту. Знание фактической погрузки позволило подсчитать значения относительной погрешности обобщенного прогнозирования погрузки грузов по каждому сценарию. Можно отметить, что обобщенное прогнозирование показывает вполне хорошие результаты по всем трем сценариям, хотя сами модели прогнозирования дают существенную погрешность. Наиболее близкое значение получено при третьем сценарии.
Ключевые слова
Studies have linked e-government failures (primarily its adoption and development) to factors such as design shortcomings and design-reality gaps. With the increased availability of big data and analytical techniques, government agencies must leverage data-driven models in the design and implementation of electronic government (e-government) or digital government solutions. By doing so, minimizing design-reality gap problems and design shortcomings is attainable. Backed by stakeholder theory and the Agile design methodology, this study proposes a cognitive computing framework as an efficient approach to the design of public sector electronic services (e-services) so as to obtain value. Cognitive computing was deemed appropriate for inclusion into the Agile methodology for e-government design because of its rapid frequency of expansion of data for which the human mind is limited in analytical ability as well as the desire by policy makers to reduce burdens and cost against the desire for more tailored solutions. With respect to research, cognitive computing models present a novel means of implementing human-centric and data-driven processes into practical domains of discourse and these models have yet to be integrated into the e-government sphere. By applying design thinking, the proposed model is built and tested in the UPPAAL model-checking software by applying the principle of finite state deterministic automatons. Theoretical and practical contributions are made to the fields of e-government, Agile methodology, and quality service delivery. Future research recommendations for expansion and building evaluation metrics are also indicated in the study.
Ключевые слова
Для повышения эффективности представления и обработки качественных зависимостей предметной области в рамках технологии программирования в ограничениях, в статье предлагается использовать специализированные табличные структуры: С- и D-системы. С точки зрения технологии программирования в ограничениях данные структуры могут быть отнесены к такому классу глобальных ограничений как compressed таблицы. Впервые разработаны гибридные методы решения задач удовлетворения нечисловых ограничений, формализованных с помощью предлагаемых C- и D-систем. Отличительной чертой авторских методов является то, что они не используют стратегий поиска в глубину с возвратами, приводящих к экспоненциальному росту времени выполнения вычислительных процедур при росте размерности задачи. Первый из предложенных гибридных методов интегрирует авторские методы распространения нечисловых ограничений с существующими алгоритмами структурной декомпозиции графа ограничений. В результате декомпозиции задача разбивается на подзадачи, граф ограничений каждой из которых представляет собой дерево. В этом случае подзадачи решаются за полиномиальное время с помощью авторских алгоритмов распространения нечисловых ограничений. Метод хорошо подходит для ситуации, когда имеется серия задач с одной и той же структурой графа ограничений, например при анализе типовых запросов к хранилищам данных. Второй из разработанных гибридных методов интегрирует следующие компоненты: авторские методы распространения нечисловых ограничений для сокращения размерности пространства поиска; метод локального поиска на частичных присваиваниях для быстрого выхода из подпространств, не содержащих решение; поиск с запретами (tabu search) для избегания повторного прохождения уже исследованных состояний. Он предназначен для ситуаций, когда требуется найти решение на основе больших объемом информации, но при этом отсутствуют априорные сведения о структуре графа задачи удовлетворения ограничений.
Ключевые слова
Статья посвящена моделированию нечеткого управления на сетях Петри (СП). Ставится задача разработки модели управления на СП с нечеткой логикой по информации, выраженной в лингвистической форме. На основе критериев работы водяного насоса в зависимости от изменяющего водопотребления определены всевозможные ситуации и события в системе. Для описания не полных знаний по поведению системы использованы лингвистические переменные «расход воды» и «скорость насоса». Термы этих переменных соответствуют их нечетким значениям и обозначаются выражениями, характеризующими одно из состояний системы. Фаззификация лингвистических переменных выполнена в среде Fuzzy Toolbox системы моделирования MATLAB. Описывая необходимое поведение системы отношениями между ситуациями и событиями с применением логики «Если... То...» разработана система правил управления насосного агрегата. Всевозможными ситуациями, событиями и отношениями между ними соответственно формированы множества позиций, переходов и дуг СП. Учитывая систему продукционных правил управления и структурных элементов СП, разработан алгоритм управления насосного агрегата. На основе разработанного алгоритма управления определены функции входных и выходных инциденций переходов в виде таблиц. Таблицы определяют матриц входных и выходных инциденций переходов. Разработана граф-модель СП. Модель описывает работу одного насосного агрегата. Визуализация модели реализована в системе CPN Tools (Colored Petri Nets Tools). Значения термов принимаются как атрибуты цветов раскрашенной сети Петри (РСП) и с применением CPN ML (Colored Petri Nets Markup Language) присваивается маркерам сети. С помощью значений термов описывается поведение и желаемая реакция системы. Проведены симуляционные эксперименты соответственно ситуациям в системе и анализ модели на основе свойств СП.
Ключевые слова
Алгебраическая теория LP-структур предлагает и обосновывает формальную методологию управления знаниями в интеллектуальных системах продукционного типа. Она обеспечивает эффективное решение ряда важных задач, связанных с продукционными системами. К таковым относятся эквивалентные преобразования, верификация, оптимизация баз знаний. Важный раздел теории составляет также метод релевантного обратного логического вывода (LP-вывод), направленный на снижение числа обращений к внешним источникам информации. Теоретической базой метода служит аппарат продукционно-логических уравнений в LP-структурах. Как показывает статистика экспериментов, решая уравнение и обрабатывая множество решений, можно добиться снижения числа внешних запросов в процессе вывода в среднем на 15-20 %. В статье определяется расширенный класс таких уравнений для алгебраической системы (FDLP-структуры), моделирующей распределенные системы знаний продукционного типа с нечеткими правилами. Анонсированы полученные автором результаты о разрешимости уравнений и методе их решения. Нахождение решения уравнения в FDLP-структуре соответствует обратному нечеткому логическому выводу в распределенной интеллектуальной системе. Рассмотренный класс уравнений создает основу для продвижений в области оптимизации нечеткого распределенного логического вывода и верификации соответствующих баз знаний. Предложены варианты стратегий обратного вывода с использованием нескольких параметров релевантности. Еще одно из возможных приложений аппарата продукционно-логических уравнений - верификация баз знаний интеллектуальных систем. В работе сформулированы методика и общий алгоритм применения уравнений для верификации нечетких распределенных баз знаний в плане выявления противоречий и избыточности. Следующими шагами исследований на рассматриваемом направлении являются уточнение и программная реализация применения новых параметров релевантности FDLP-вывода, статистический анализ результатов.
Ключевые слова
В статье рассматриваются проблемы определения контекстных синонимов, приводятся результаты анализа подходов к их автоматическому выделению из текстов на русском языке. Предлагается несколько подходов на основе применения лингвистических алгоритмов определения в тексте похожих семантико-синтаксических конструкций и их сочетания с методами машинного обучения. Анализируются полученные результаты применения алгоритмов на основе морфологического, синтаксического и семантического анализа текста, фильтрации полученных результатов путем использования ключевых слов и применения различных средств кластеризации. В заключении делаются выводы о применимости реализованных подходов и определяются направления развития сочетания этих подходов