В статье представлена математическая модель развития хронического лимфолейкоза, основанная на задаче Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений с запаздыванием. Система уравнений включает в себя соотношения, описывающие динамику изменения концентраций раковых клеток, иммунных клеток и лекарственного препарата. Взаимодействие между опухолевыми и здоровыми клетками осуществляется в следующих предположениях: рост опухолевых клеток происходит в соответствии с логистическим законом с запаздыванием, иммунные клетки вырабатываются организмом и умирают естественным образом, связь между раковыми и иммунными клетками оказывает на рост обеих популяций негативное влияние, выработка раковых клеток стимулирует рост иммунных клеток, действие химиопрепарата подчиняется гипотезе логарифмического уничтожения, химиотерапевтический препарат выводится из организма в соответствии с кинетикой первого порядка. Для данной модели проведены вычислительные эксперименты при отсутствии лечения, при химиотерапии одним препаратом и при сочетании химиотерапии с иммунотерапией. Исследовано влияние параметра запаздывания на протекание болезни: при отсутствии химиотерапевтического лечения параметр запаздывания не влияет на динамику процесса, при проведении химиолечения или сочетании химиои иммунотерапии получаемые решения отличаются при различных вариантах параметра запаздывания. Результаты исследований позволяют оценить динамику болезни и определить количество курсов химиотерапии и иммунотерапии для достижения ремиссии.
Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии
2023. — Выпуск 4
Содержание:
В работе предложен и программно реализован алгоритм работы клеточного автомата, предназначенного для моделирования поверхностного роста бактериальной пленки в условиях проточного культивирования. Для построения решетки клеточного автомата использованы гексагональные ячейки. Этот подход, несмотря на увеличенную сложность реализации, позволяет улучшить адекватность результатов моделирования по сравнению с реализацией на основе классической ортогональной сетки, ввиду большего числа внутренних связей. В основе работы алгоритма лежат механизмы многофазной популяционной динамики бактериальных колоний: инициация (интерфаза), рост пленки за счет активного деления. Система имитационного моделирования реализована в платформе Unity на языке C#. Программная реализация была дополнена процедурой интервальной оценки фрактальной размерности визуализируемых структур биопленок. Данные компьютерного моделирования качественно соответствуют результатам биологического эксперимента по исследованию популяционной динамики бактерий.
Ключевые слова
Рассматривается некоторый класс систем дифференциальных уравнений «нейтрального» типа, содержащих линейное запаздывание γ(t) = (1-μ)t, которое неограниченно возрастает при t → ∞. При малом положительном ц исследуется асимптотическое поведение этих систем. На основании изученных свойств таких систем возможна стабилизация по первому приближению некоторых систем, содержащих также постоянное малое запаздывание. Приведены некоторые способы исследования на устойчивость этих систем. Изучена устойчивость некоторых систем нейтрального типа путем перехода от этих систем к счетным системам с запаздыванием без нейтральных членов. При дальнейшем исследовании используются методы малого параметра при производной, а также применяются методы исследования разностных систем. Методы могут использоваться для исследования процесса вертикальных колебаний токоприемника при взаимодействии с контактным проводом в случае наличия эластичной опоры в месте закрепления контактного провода. При рассмотрении проблемы устойчивости систем вводится банахово пространство, в котором исследуются некоторые свойства операторов сдвига. Поскольку дифференциальные уравнения с отклоняющимся аргументом интегрируются в замкнутой форме только в исключительных случаях, для их интегрирования применяются численные методы. Построены графики соответствующего примера, иллюстрирующие влияние малости величины μ на асимптотические свойства систем нейтрального типа с линейным запаздыванием. Эти графики численного решения рассматриваемой системы получены с помощью пакета прикладных программ Matlab. Они показывают асимптотическую устойчивость и неустойчивость этой системы, как с нейтральными членами, так и без них.
Ключевые слова
В данной статье рассмотрены некоторые подходы к решению различных типов задач нечеткого линейного программирования, в том числе, со многими целевыми функциями. Классические задачи линейного программирования относятся к детерминированным моделям принятия решения. Однако в условиях неопределенности, которая носит характер нечеткости (расплывчатости), целесообразно использовать приближенные модели представления информации в форме нечетких множеств или нечетких чисел. В статье приводятся постановки основных типов задач нечеткого математического программирования. Основное внимание уделяется задачам, в которых в ограничениях используются приближенные неравенства, а также целевая функция может быть переведена в разряд ограничения. Одним из наиболее известных методов к решению задач с нечеткими целями и ограничениями является подход Беллмана - Заде, в соответствии с которым решением является точка максимума нижней огибающей пересечения нечетких целей и нечетких ограничений. Подход Циммермана заключается в переходе к специальной лямбда-задаче, в которой параметр определяет степень допустимости найденного оптимального решения. Для задачи с четкой целевой функцией, в которой ограничения частично или полностью нечеткие, рассматриваются два подхода, один из которых заключается в определении нечеткого множества решений, а второй - в определении четкого множества «максимизирующих решений». Также в статье рассматривается задача с четкими ограничениями и несколькими нечеткими целями. Особый интерес представляет подход, учитывающий важность целей на основе весовых коэффициентов. Метод позволяет для наиболее важных целей получить большее значение оценок достигнутого уровня. Большинство рассмотренных подходов сопровождается иллюстративными примерами. Рассмотренные в статье подходы к решению задач нечеткого линейного программирования могут использовать для нахождения оптимального решения при решении различных прикладных задач в условиях нечеткой неопределенности (принятие решений, планирование, управление и др.).
Ключевые слова
В статье рассматривается задача маршрутизации транспорта с несколькими центрами и чередованием объектов двух видов, особенностью которой является отсутствие исходной информации о местоположении центров. Задача состоит в поиске координат центров и в определении порядка посещения объектов с целью минимизации общей длины маршрута. Предложены математическая модель задачи с разными типами переменных и алгоритм решения поставленной задачи. Его основная идея состоит в кластеризации объектов для нахождения координат центров и последующем определении порядка посещения кластеров. В статье рассматриваются два алгоритма кластеризации: k-means и подход, основанный на применении муравьиных стратегий. Объекты типа центр предлагается располагать в центры масс полученных кластеров. Далее предлагается способ задания матрицы расстояний между кластерами, что позволяет перейти к решению задачи коммивояжера для формирования искомого маршрута. В заключении проведен анализ применяемых алгоритмов кластеризации и сделаны выводы по целесообразности их использования в рамках поставленной задачи. Также проведено сравнение предложенного в статье алгоритма с точным методом решения. Оценена эффективность процедуры поиска местоположения центров.
Ключевые слова
В статье поставлена и исследована задача построения и реализации индивидуальной образовательной траектории обучающегося вуза. Актуальность исследования определяется необходимостью соответствия компетенций выпускников вузов требованиям рынка труда. Также важным аспектом актуальности исследования является цифровая трансформация образовательного процесса с поддержкой интеллектуальной обработкой данных, в том числе построение цифровых двойников основных процессов, что подтверждает соответствие данного подхода требованиям программы развития «Цифровая экономика Российской федерации». Научная новизна заключается в качественно новом подходе к технологизации разработки моделей цифрового образовательного контента и процессов взаимодействия субъектов образовательной деятельности посредством цифровых двойников обучающего и обучающегося. На основе структурной модели образовательного контента разработана технология его семантической разметки сообразно соответствию его компонентов потребностям рынка труда и характеристик обучающегося. Предложены концепции модели анализа семантической близости компонентов и построения траектории с оптимальной структурой. Обоснована структура интегральной модели формирования индивидуальной образовательной траектории как набора взаимосвязанных академических единиц, соотнесенных с профессиональными и личностными характеристиками обучающегося. При этом важнейшим аспектом оптимизации заявляется учет существенного влияния человеческого фактора. Подразумевается, что индивидуальный подход к образованию должен наилучшим образом раскрыть характер обучающегося и сформировать его профессионализм, наиболее близкий к требуемому на рыке труда. Предлагаемая модель построения индивидуальной образовательной траектории в ее массовом применении существенно повысит качество подготовки специалистов и цифровую зрелость образовательной организации за счет цифровой трансформации процессов и развития цифровых компетенций субъектов образовательной деятельности.
Ключевые слова
В статье разработан метод построения квазиэффективной границы портфеля минимального риска при запрещенных коротких продажах в условиях гибридной неопределенности возможностно-вероятностного типа. С этой целью построена обобщенная модель портфеля минимального риска. Для оценки риска инвестиционного портфеля используется дисперсия портфеля, определенная в четкой форме в соответствии с подходом Фенга. Модель допустимых портфелей рассмотрена в контексте возможность/необходимость. При построении ее эквивалентного детерминированного аналога использован принцип ожидаемой возможности. Полученные эквивалентные детерминированные аналоги обобщенной модели портфеля минимального риска, как в случае меры возможности, так и необходимости, являются задачами квадратичного программирования. Полученные в работе алгоритмы обработки возможностно-вероятностной информации для оценки параметров модели основаны на сдвиг-масштабном представлении нечеткой случайной величины. Возможности подхода демонстрируются на модельном примере с использованием реальных данных Российского финансового рынка.
Ключевые слова
В настоящей статье приводится аналитический обзор применения методов на основе логического подхода для решения классических задач интеллектуального планирования, в которых предполагается детерминированность действий исполнителей, а также не анализируется продолжительность действий и не учитываются количественные ресурсы. В отличие от теории расписаний, где основное внимание почти всегда уделяется решению задач конкретного типа, в интеллектуальном планировании разрабатываются общие методы решения широкого спектра задач с применением их декларативного описания. Возможно, именно поэтому такую популярность при решении задач интеллектуального планирования получил логический подход, предполагающий декларативное представление знаний и унифицированные механизмы рассуждений. В представленной работе предлагается авторская классификация систем интеллектуального планирования на основе логического подхода. К наиболее исследуемым в последнее время системам планирования на основе развития данного подхода относятся системы с применением технологии программирования в ограничениях. В последнее время возрос интерес к процедурам вывода на табличных ограничениях. Помимо обычных таблиц, к табличным ограничениям относятся сжатые таблицы, smart таблицы и т. п. Табличные ограничения все чаще используются в задачах интеллектуального планирования: для эффективного решения задач высокой размерности в табличные ограничения транслируют различного рода графы, с помощью которых кодируются переходы из состояния в состояние и/или от одного действия к другому. Поэтому значительная часть представленного аналитического обзора посвящена применению табличных ограничений в задачах интеллектуального планирования. Кроме того, рассматриваются такие широко известные методы, как сведение задач планирования к поиску доказательства теорем, трансляция графа планирования в задачи выполнимости конъюнктивной нормальной формы и задачи удовлетворения ограничений.
Ключевые слова
Интеллектуальные системы прогнозирования инсоляции повышают эффективность солнечной электростанции и, таким образом, актуальны в соответствии с приоритетом государственной энергетической политики «Энергетической стратегии на период до 2035 года». Инсоляция имеет сложную нелинейную динамику с неопределенностями, обусловленными изменением облачности. В связи с этим, решить задачу прогнозирования инсоляции классическими методами с заданной точностью нельзя, в то время как интеллектуальные методы обеспечивают требуемую точность. При решении задач прогнозирования инсоляции интеллектуальные методы в сравнении с традиционными методами обеспечивают требуемую точность решения указанных задач способствуя безопасному и эффективному управлению электрическими сетями, интегрирующими солнечные электростанции. Решена задача почасового прогнозирования инсоляции на сутки вперед в условиях неопределенности с использованием модифицированной нечеткой нейросети, обеспечивающей средствами рекуррентных нейронов и механизма внимания эффективное формирование и передачу скрытого представления информации как сигнала скрытого слоя рекуррентных нейронов глубоких нейросетей, на основе выходов которых алгоритмом нечетко-возможностной свертки генерируется прогнозируемое значение инсоляции. Модифицирован метод создания МНН, снижающий размерность пространства поиска частиц роя и вычислительные затраты, упрощающий оптимизацию. Модифицированная нечеткая нейросеть эффективно выделяет на основе данных существенные функциональные аспекты прогнозирования инсоляции, включая аспекты идентификации облачности часа. Полученные результаты сравнительного экспериментального моделирования модифицированной нечеткой нейросети при прогнозировании инсоляции на сутки вперед демонстрируют ее робастность и снижение среднеквадратичной ошибки ее прогноза в среднем в три и шесть раз в сравнении с рекуррентными нейросетями и стандартной моделью авторегрессии скользящего среднего при воздействии на нее разных внутренних и внешних факторов неопределенности.
Ключевые слова
Процедура тестирования веб-приложений представляет собой сложный процесс, включающий в себя отдельные модули тестирования и информационные модели, устанавливающие взаимосвязь между модулями тестирования и их элементами с учетом особенностей обнаружения определенных классов программных ошибок. Современная динамика разработки и эксплуатации программных средств и систем требует создания эффективных автоматизированных методик тестирования, предназначенных для качественного, углубленного анализа и поиска программных ошибок. Наряду с дальнейшим развитием и модификацией известных подходов и протоколов, возникает необходимость создания новых методов, моделей и алгоритмов, позволяющих осуществлять статистический анализ результатов тестирования, прогнозирование и своевременную локализацию наиболее критических участков программ. В исследовании рассматривается применение динамических байесовских сетей для моделирования процесса тестирования веб-приложений методом фаззинга. В работе предложены динамические байесовские модели тестирования основных групп ошибок функционирования веб-приложений, выделенных в соответствии с существующими классификациями OWASP и MITRE. Вероятностные графические модели на основе динамических байесовских сетей позволяют представить тестирование в виде стохастического процесса с фиксированным набором временных состояний, где каждое последующее состояние оценивается с учетом обработки результатов предыдущих. Оценка временной и ресурсной эффективности применения моделей динамических байесовских сетей для организации процедуры тестирования web-приложений методом фаззинга осуществляется на основе специальных метрик и показателей. Предложены специальные метрики для построения структуры динамических байесовских сетей, настройки их параметров и реализации вероятностного вывода в задачах прогнозирования, фильтрации и сглаживания.
Ключевые слова
В статье предлагается архитектура веб-приложения, предназначенного для унифицированной работы с пространственными данными из разнородных распределённых источников. Статья демонстрирует общие концепции предлагаемой архитектуры и описывает задачи, решаемые её применением, а также области использования реализуемых на её основе приложений. Архитектура предполагает использование принципов интеграции и федерализации данных. В статье рассматриваются технологии, используемые для интеграции данных и проводится обзорный анализ их преимуществ, недостатков и сценариев использования. Даётся описание разработки прототипа с использованием предлагаемой архитектуры и приводится разбор общих принципов построения подобных приложений и протоколов их взаимодействия с приложениями-клиентами. Также в статье приводятся результаты тестирования прототипа, демонстрирующие прирост в производительности по времени около 20 % по сравнению приложениями, реализованными с использованием традиционных подходов.
Ключевые слова
Среди распространенных подходов к организации перемещения в виртуальной реальности можно выделить использование специализированных контроллеров, беговых дорожек и всенаправленных платформ. В рамках данного исследования рассматривается влияние виртуальной реальности на процесс перемещения человека на различных видах платформ. Для отслеживания специфики данного процесса используются два вида оборудования: датчики виртуальной реальности (трекеры), отслеживающие траекторию перемещения, датчик мышечной активности, закрепленный на ноге пользователя. Разработан и формализован алгоритм сбора, обработки и анализа информации о процессе движения с использованием выбранного оборудования. Проведены экспериментальные исследования по влиянию виртуальной реальности на процесс перемещения человека в двух средах: в обычных условиях и на беговой дорожке. Разработанный алгоритм успешно апробирован в рамках экспериментальных исследований, что позволило оценить эффект влияния виртуальной реальности на траекторию движения и мышечную активность. Собранные данные (траектории и скорость трекеров, мышечная активность) обработаны статистическими методами (тест Шапиро - Уилка и U-тест Манна - Уитни), что позволило оценить нормальность распределения данных и осуществить попарное сравнение выборок, полученных при движении как в шлеме виртуальной реальности, так и без него. В результате не обнаружено статистически значимой разницы между траекториями движения ног. Выявлено различие в мышечной активности человека и скорости перемещения в процессе использования виртуальной реальности. Таким образом, гипотеза частично подтверждается. В результате исследования было подтверждено, что существует определенная разница в характере перемещения человека при использовании технологий виртуальной реальности.
Ключевые слова
Данная статья носит обзорный характер. Изучение представлений отечественных и зарубежных исследователей имеет важное значение, что определено современными требованиями к изучению систем обработки данных. Цель - попытаться определить в чем может состоять машинное понимание текста/речи. Кроме того, такие LLM как ChatGPT подчеркивают важность и своевременность такого обзора. С другой стороны, несмотря на ежедневный прирост общемирового объема данных, их использование в необработанном (сыром) виде как правило не представляется возможным. Для решения ряда прикладных задач требуется в той или иной мере произвести их обработку. Решение прикладных задач обработки естественного языка невозможно без использования методов семантического анализа и синтеза данных. Возрастающие объемы генерируемой пользователями информации и цифровизация общества требуют совершенствования указанных методов, что обуславливает актуальность обзора на данную тему. Целью работы является рассмотрение основных трендов в области обработки естественного языка, использования семантического анализа, онтологий и синтеза данных. Описана суть семантического анализа, его применения и существующие подходы к реализации как традиционными способами, так и с применением методов искусственного интеллекта. Определены основные преимущества использования семантического анализа при работе с данными. В основе работы лежит метод анализа и обработки данных, так, был проведен обзор подходов к классификации текстов в информационных системах. Рассмотрены вопросы обеспечения доступа к обобщенной информации из различных баз данных с помощью семантического подхода и онтологии данных. Описаны варианта синтеза данных как из наборов структурированных данных, так и с использованием метаданных. В результате проведенного исследования выделены основные проблемы при обработке естественного языка такие, как доступ к данным, открытость данных исследований, определение тональности, иронии и сарказма. Представленная информация может быть использована при планировании решения задач обработки естественного языка, разработке программных продуктов для автоматизации данного процесса, разработке реляционных баз данных, систем поддержки принятия решений, информационных и аналитических систем.