Рассматривается задача построения опережающих индикаторов экономических процессов. Такие индикаторы предоставляют информацию о начале трендов, которые еще явно себя не проявили. Научная новизна исследования, проведенного в данной статье, состоит в том, что задача построения опережающих индикаторов сводится к задаче автоматического прогнозирования некоторого класса сигналов, т. е. к задаче синтеза автоматического прогнозатора некоторого класса сигналов. Задачи синтеза автоматических прогнозаторов возникают как в теории автоматического управления, так и в различных приложениях, где требуется получить прогноз по наблюдаемой реализации. Класс рассматриваемых в статье сигналов достаточно широкий. Синтез автоматических про-гнозаторов осуществляется с помощью дифференцирующих устройств: для решения поставленной задачи используется разложение экспоненциальной передаточной функции в ряд Бурмана - Лагранжа по степеням передаточной функции реализуемого дифференцирующего звена. Аппроксимируемая передаточная функция является трансцендентной и бесконечномерной. Разложение в ряд Бурмана - Лагранжа позволяет осуществить регуляризацию некорректной задачи. Точность прогнозирования может быть увеличена за счет параметра регуляризации, а также за счет увеличения числа членов ряда Бурмана - Лагранжа. Приводятся результаты моделирования опережающего индикатора, построенного с помощью автоматического прогнозатора. Сравнение построенного в статье опережающего индикатора с широко применяемыми на практике индикаторами, построенными на основе фильтра Калмана и фильтра Савицкого - Голея, показывает хорошую точность прогнозирования тренда экономического процесса. Предложенный метод построения опережающих индикаторов может быть применен для прогнозирования экономических процессов, для принятия обоснованных инвестиционных решений и своевременного проведения ребалансинга инвестиционного портфеля.
Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии
2022. — Выпуск 4
Содержание:
Квантовые информационные системы рассматриваются в качестве одного из направлений развития современных IT-систем. Настоящая статья посвящена разработке программной оболочки для выполнения цепи преобразований многокубитовых квантовых регистров с использованием набора стандартных квантовых гейтов. Алгоритмы таких преобразований реализуются и тестируются на симуляторах, имитирующих поведение квантовых компьютеров. Разработанный в работе программный модуль позволяет визуализировать исполнение квантовых операторов на группе кубитов, задать и исполнить конкретный квантовый алгоритм, а также использовать данный модуль в качестве ядра специализированной платформы квантовых вычислений. Приложение разработанного программного средства определяется современным повышенным интересом к проблеме детального анализа различных квантовых алгоритмов и протоколов передачи квантовой информации без непосредственного использования квантовых компьютеров. Представленные в настоящей работе примеры применения программного модуля демонстрируют возможность его гибкого использования в широком спектре анализа практических приложений алгоритмов для различных квантовых информационных систем.
Ключевые слова
Интенсивное развитие групповой робототехники, в том числе роевых робототехнических систем (РРТС), актуализирует вопросы обеспечения информационной безопасности. Известные подходы к аутентификации агентов роевых робототехнических систем не учитывают свойство масштабируемости системы, что вызывает «лавинный эффект» при значительном увеличении численности агентов. Целью данной работы является повышение эффективности выполнения таких заданий агентами РРТС, которые требуют увеличения численности агентов, за счет уменьшения времени, необходимого для аутентификации новых агентов. В рамках решения поставленной задачи разработано расширение протокола для делегированной аутентификации новых агентов при масштабировании численности агентов РРТС на базе схемы идентификации Фейга - Фиата - Шамира с нулевым разглашением знаний. Элементом научной новизны является разработанный набор продукционных правил, представленных в виде дерева решений, позволяющих путем информационного обмена агентов с использованием распределенного реестра выполнить делегированную аутентификацию агентов, которые ранее прошли успешно эту процедуру. К отличительным особенностям представленного решения относятся возможность использования любого базового протокола аутентификации, удовлетворяющего аппаратным ограничениям вычислительной платформы робототехнических устройств, входящих в состав РРТС, а также возможность агентов «переключаться» между наиболее приоритетными задачами и взаимодействовать с другими агентами без повторной аутентификации, находясь в области видимости по меньшей мере одного соседнего агента. Представленный протокол реализован в виде программного обеспечения на языке программирования Python, которое может быть использовано при моделировании систем управления РРТС.
Ключевые слова
Практически все малые и крупные предприятия ведут проектную деятельность. Проектный менеджмент является важнейшим направлением в управлении современными организациями, особенно в сфере строительства и промышленного производства. Современные проекты, как правило, имеют сложную структуру, в их состав входит большое количество подзадач, увязанных по срокам и ресурсам. Поскольку реальные проекты реализуются в условиях неопределенности и риска, то обязательными компонентами проектного менеджмента являются: управление рисками, управление отклонениями и управление изменениями. Для реализации данных компонент управления необходимы специальные инструменты контроля, способные определять точки контроля так, чтобы заранее предвидеть недопустимые отклонения проекта в будущем, и, при необходимости, пересчитывать изменения в графике реализации проекта. В данной статье предложен алгоритм управления временными параметрами выполнения проекта на основе системы контрольных точек и описано разработанное по данному алгоритму программное обеспечение. Программное обеспечение автоматизирует процесс: вычисления последовательных точек контроля, анализа возможности выполнить проект в директивные сроки и формирования нового календарного плана с оценкой ранних и поздних сроков начала работ и временных резервов работ.
Ключевые слова
Работа направлена на систематизацию решения задачи выбора структуры прогнозирующей модели, используемой при управлении. Во вводной части работы рассмотрены подходы к моделированию, основанные на требованиях и на данных. Рассмотрены распространенные способы уменьшения влияния на качество управления смещения прогноза модели. Показано, что быстрые изменения состояния процесса требуют обратить внимание на проблемы самой модели. Проблемы обусловлены свойствами ретроспективных данных о технологическом процессе в условиях возмущений. В работе рассмотрена проблема человеческого фактора при структурной идентификации моделей, обусловленная привлечением специалистов разных направлений к процессу синтеза системы управления и самой модели. При этом допускается, что выполнение работ специалистами может осуществляться асинхронно в течение разных временных интервалов. С учетом этого определены этапы деятельности специалистов при синтезе прогнозирующих моделей в контексте концепций цифровых двойников и холонического управления. Предложенные этапы деятельности демонстрируют антагонизм подходов к моделированию основанных на данных и на требованиях и определяют пути согласования свойств модели с целями моделирования. В заключительной части приведены два примера, демонстрирующие применение подхода основанного на данных в ситуациях, когда использование подхода основанного на требованиях затруднено. В примерах рассмотрен процесс совершенствования модели и согласования с задачами управления. Первый пример посвящен задаче управления качеством железорудного агломерата. Во втором примере рассматривается управление температурой стальной полосы при горячем оцинковании.
Ключевые слова
В статье описаны подходы по реализации ситуационно-онтологической методологии разработки систем поддержки принятия решений в области обеспечения качества с использованием инструментов для цифрового анализа и обработки данных. Исследование проведено с целью подтверждения возможности реализации методологии с использованием популярных инструментов для цифрового анализа данных. Актуальность исследования связана с высокими требованиями к персоналу в сфере обеспечения качества в части широты знаний о внутренних бизнес-процессах, нормативных требованиях к ним, различным инструментальных и эвристических методах, что требует принятия большого числа разнородных решения, для которых требуется большой объём разнообразных знаний. В таких условиях система поддержки принятия решений является хорошим способом решения. Новизна предложенного решения связана как с новизной самой используемой ситуационно-онтологической методологии разработки систем поддержки принятия решений, так и с новизной применения совокупности известного метода дерева решений и программного пакета Knime Analytics Platform при формировании системы поддержки принятия решений в сфере обеспечения качества. В ходе исследования удалось продемонстрировать принципиальную реализуемость ситуационно-онтологической методологии разработки систем поддержки принятия решений в области обеспечения качества, была построена модель цифровой обработки данных о дефекте обеспечивающая формирование однозначного решения о дальнейших действиях с причиной этого дефекта на основе требований действующих регламентов организации.
Ключевые слова
Моделирование различных специфических дефектов на изображениях имеет большое практическое значение при искусственном размножении данных в обучаемых алгоритмах распознавания, классификации и анализа изображений, при оценке устойчивости работы существующих алгоритмов обработки изображений, а также для тестирования специализированных алгоритмов, направленных на диагностику растровых искажений. Аппликативные помехи относятся к числу распространенных типов искажений цифровых изображений, затрудняющих работу систем технического зрения, действие которых проявляется в замещении отдельных участков полезного изображения фрагментами со случайной амплитудой, текстурой и формой. В статье рассматривается задача моделирования аппликативных помех на изображениях с использованием современных алгоритмов статистической обработки и машинного обучения. Кратко описаны основные типы алгоритмов и методов моделирования аппликативных помех, включая непараметрические методы синтеза текстур, генерацию аппликативных помех как локальных областей закрытия исходных изображений, синтез текстур с использованием сверточных нейронных сетей, синтез аппликативных помех с помощью генеративно-состязательных нейронных сетей. Проведен сравнительный анализ статистического алгоритма генерации аппликативных помех как локальных областей закрытия с обучаемым алгоритмом генерации искаженных аппликативными помехами кадров, основанном на использовании GAN моделей. Для тестирования алгоритмов использовался набор данных TILDA Textile Texture Database. Предложен способ объективной оценки реалистичности получаемых аппликативных образований и искажений, основанный на применении глубоких сверточных классификаторов. Для решаемой задачи точность распознавания синтезированных аппликативных помех при использовании статистического алгоритма генерации оказалась чуть выше в сравнении с алгоритмом генерации помех на основе GAN моделей. Проанализированы результаты исследования степени реалистичности сгенерированных аппликативных помех на изображениях по сравнению с их естественными аналогами.
Ключевые слова
Целью статьи является разработка онтологической модели формирования человеко-машинных групп. Одной из проблем на этапе организации человеко-машинной группы является необходимость взаимодействия потенциальных участников группы - людей и вычислительных ресурсов - для обмена информацией о своих целях и возможностях. Онтологии позволяют представлять знания, требующиеся для формирования человеко-машинных групп, и являются общепризнанным средством поддержки взаимодействия разнородных объектов, что обусловливает актуальность цели исследований. Научная новизна заключается в интеграции в онтологическую модель видов знаний, которые выделяются в различных исследованиях как необходимые для рассмотрения при формировании человеко-машинных групп. Статья содержит обзор рассмотренных исследований, предлагает вопросы компетенции к онтологической модели формирования человеко-машинных групп, и представляет онтологическую контекстно-ориентированную модель формирования таких групп. Данная модель предлагает концепты и механизмы, требующиеся при формировании человеко-машинных групп, и позволяет организовать контекстно-ориентированное взаимодействие людей и вычислительных ресурсов с целью их присоединения к такой группе.
Ключевые слова
В результате проведенных исследований разработана методика построения однородной цепи Маркова для системы с нечеткими состояниями, основанная на обработке данных временных рядов выходов системы. В отличие от известных нечетких цепей Маркова переходная матрица не рассматривается как нечеткое отношение, а остается обычной стохастической матрицей. Такой подход позволяет получать стационарные состояния системы, которые характеризуют ее статус на некотором заданном временном промежутке. Эта информация может использоваться в системе поддержки принятия решений по целенаправленному изменению статуса. Особенностью полученной цепи Маркова для нечетких состояний системы является возможность учета динамики изменения состояний системы при расчете средних значений статуса, в отличие от широко применяемой ориентации на усреднения, основанные на вычислении средних арифметических. Приводятся численные эксперименты с построенной цепью Маркова для нечетких состояний, которые подтверждают ее адекватность и возможности учета динамики. Эксперименты приведены на примере оценки статуса обучающегося в системе образования.
Ключевые слова
При разработке систем управления формациями модульных робототехнических систем (РС) актуальной является задача классификации и оценки геометрических параметров сложных поверхностей. Для решения соответствующей задачи в работе был предложен авторский подход, отличающийся возможностью извлечения геометрических характеристик исследуемых поверхностей. Данный подход основан на применении камеры глубины Intel RealSense D435, реализующей оценку расстояний от объектива камеры до участков сцены в метрических единицах, предобученной сегментационной нейросетевой модели HRNet, осуществляющей выделение на изображении целевого участка сложной поверхности, а также ряде аналитических алгоритмов, реализующих оценку ключевых параметров поверхностей и классификацию сложных поверхностей, представляющих отдельные участки рельефа, на основе их геометрических характеристик. Апробация и оценка качества предложенного подхода производилась на основании тестового набора данных, включающего в себя 4500 изображений. Данный набор данных включает в себя изображения сцен - помещений, содержащих как минимум одну поверхность, по которой РС предстоит осуществлять движение. Усредненные показатели точности (accuracy, recall, precision) классификации по углу наклона и по типу перепадов высот для соответствующего набора данных составили {0.74, 0.68, 0.67} и {0.76, 0.68, 0,74} соответственно, при этом усредненная доля корректно классифицированных поверхностей по обоим классификациям составила 62,6 %. Согласно результатам проведенного тестирования, предложенное решение позволяет успешно классифицировать различные поверхности по типу угла наклона и по типу перепадов высот, а также осуществлять оценку геометрических параметров сложных поверхностей по RGB-D изображениям.
Ключевые слова
Целью исследования является определение метода хранения данных для задач машинного обучения нейронных сетей и семантической сегментации облаков точек. Рассмотрены существующие способы хранения массивов данных большого размера, проведены экспериментальные исследования для определения быстродействия операции чтения данных. Во время проведения эксперимента была осуществлена подготовка данных, заключающаяся в отборе информации из общей выборки. В качестве критериев отбора выделяются координаты точек, метка класса и количество записей в исходном дата сете. Все необходимые параметры и их структура приведены и описаны в работе. Метки класса, в силу представления исходного дата сета, претерпели некоторое преобразование. После отбора информации была произведена ее конвертация в исследуемые форматы файлов с последующим сохранением для проведения экспериментов. Для проведения исследований были взяты наиболее распространенные форматы файлов, используемые для хранения информации *.csv, *.npy и *.h5. После получения данных для эксперимента последовал этап непосредственно проведения эксперимента. Эксперимент заключался в воспроизведении процесса доступа к информации из предварительно полученных файлов и последующей загрузкой информации на входной слой нейронной сети без процесса обучения. Результатом эксперимента стала статистическая информация о времени чтения файла в зависимости от выбранной структуры и объема хранимой в нем информации. Кроме этого, был подведен итог о целесообразности использования того или иного способа хранения информации в условиях предметной области работы, исходя из принципа работы того или иного формата файла.
Ключевые слова
В статье рассмотрен подход к решению задач составления расписаний на основе парадигмы программирования в ограничениях. Любой метод удовлетворения ограничений включает две обязательные части: a) компоненту, отвечающую за поиск; b) компоненту, осуществляющую вывод на ограничениях (распространение ограничений). При реализации первой компоненты обычно применяется определенный вариант поиска в глубину с возвратами с использованием эвристик для выбора преемника текущего узла в дереве поиска. Вторая компонента реализуется с применением механизма глобальных ограничений. Глобальные ограничения можно рассматривать как составные ограничения, представляющие собой набор более простых однотипных ограничений. Алгоритмы распространения глобальных ограничений, как правило, подкреплены соответствующими развитыми теориями, позволяющими организовывать высокопроизводительные вычисления. Технология программирования в ограничениях позволяет реализовывать общие методы решения сложных комбинаторных задач, а также дает возможность интегрировать с помощью механизма глобальных ограничений существующие методы теории исследования операций, направленные на решение узких классов задач. При решении задач составления расписаний основные ограничения могут быть типизированы следующим образом: ограничения на порядок выполнения операций, ограничения на унарные (дистрибутивные) ресурсы, ограничения на кумулятивные ресурсы. В настоящей работе произведен обзор основных классов задач составления расписаний и сделан акцент на типах ограничений, которые в них используются. Для решения упомянутых задач могут быть использованы методы удовлетворения ограничений общего назначения, однако более перспективным считается применение специализированных эвристик и глобальных ограничений. В работе произведен обзор наиболее популярных эвристик, используемых при решении задач составления расписаний, а также глобальных ограничений таких, как: глобальное ограничение на дизъюнктивные ресурсы, глобальное ограничение на кумулятивные ресурсы, глобальное ограничение на мощность множеств. В статье обсуждаются особенности реализации различных классов задач составления расписаний с использованием современных сред и библиотек программирования в ограничениях.
Ключевые слова
В последние годы все более актуальной становится тема определения деструктивного поведения людей в сети Интернет для обеспечения их психологического комфорта. Деструктивное поведение является разрушительным поведением, а агрессия в европейской культуре представлена как мотивированное деструктивное поведение, которое может быть направлено как вовне, так и на себя, а также противоречит общепринятым социальным нормам. Данная работа рассматривает агрессию как паралингвистические явление, то есть, то, как агрессия проявляется в речи, а не то, что именно человек говорит. В статье представлены понятие и виды агрессии, приведен краткий анализ существующих работ. Представлена формальная постановка мультиклассовой задачи классификации и описание предложенного метода определения агрессии в речи. Были проведены представлены экспериментальные исследования методов классификации для автоматического определения агрессии, где лучшим оказался метод случайного леса, поскольку с его помощью удалось получить наилучшие и наиболее стабильные результаты. На основе полученных экспериментальных исследований был разработан предлагаемый метод определения агрессии в разговорной речи. Были использованы многомодальные корпуса Stress at Service Desk Dataset и Aggression in Trains, из которых были извлечены аудио дорожки для обучения и тестирования моделей с использованием 5-кратной перекрестной валидации. Предложенный метод представляет собой ансамбль из методов случайного леса, обученных на различных наборах акустических признаков с различными весами. Лучший результат, полученный с использованием предложенного метода равен 76,5 % по показателю невзвешенной средней полноты, и является одним из лучших среди аналогичных методов определения агрессии в разговорной речи.
Ключевые слова
Современные модели нейронного машинного перевода (НМП) на основе энкодера-декодера, как правило, обучают на корпусах параллельных предложений. Соответственно, такие модели выдают наилучшие результаты при переводе полных предложений, а не их частей. Таким образом, подобные модели не решают задачи перевода устойчивых выражений, которая часто возникает при изучении языка. И если для высокоресурсных языковых пар бывают доступны словари фраз и выражений, созданные вручную, для более низкоресурсных пар их чаще всего просто не существует. В этой работе мы предлагаем автоматический подход к созданию такого словаря на основе вывода статистического инструмента GIZA++ с последующей фильтрацией с помощью эвристик. Мы анализируем качество перевода, полученного с помощью данного подхода, и сравниваем его с эталонным переводом и с переводом фраз с помощью системы НМП, обученной на предложениях. Результаты показывают, что несмотря на выявленные проблемы, переводы фраз чаще всего корректны, и даже если они не совпадают с эталонным переводом, представляют собой возможные альтернативные переводы. Также важным результатом является то, что данный подход работает значительно лучше, чем перевод фраз с помощью системы НМП. Используя предложенный подход, мы получили русско-английский словарь лексических оборотов, который можно использовать как в готовом виде, так и в качестве исходного материала для составления словаря вручную. Полученный русско-английский фразовый словарь был размещен в сети Интернет в качестве лингвистического ресурса.