Актуальность и цели. В информационных системах анализ данных, как правило, выполняется с точки зрения множественности измерений. Концептуально модельные представления строятся на основе таких понятий, как объект, класс, отношение. Для формализованного описания данных используются матричное исчисление, алгебра кортежей, тензорное исчисление. Материалы и методы. Данные могут быть представлены в виде обобщенной тензорной модели, которая может интерпретироваться в различные предметные области. Результаты. Разработана модель представления классов, объектов и отношений в предметном пространстве информационной системы. Модель отличается прямой тензорной формой записи отношений, арифметических и логических операций. Классы (объекты) предметного пространства задаются в виде диад, характеризующих предметное пространство. Предметные пространства «Звезда», «Снежинка» и «Созвездие» задаются в виде тензоров второго порядка - неупорядоченной совокупности диад, ассоциированных с классами. Разработано тензорное представление запросов к реляционным структурам данных, арифметических и логических операций. Рассмотрены процедуры обработки и анализа данных. Приведен пример реализации кластерного анализа данных. Выводы. Предложено тензорное модельное представление реляционных структур данных. Представление обеспечивает формализованное описание простых и сложных запросов к базам данных, арифметических и логических операций, процедур обработки и анализа данных.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2016. — Выпуск 3
Содержание:
Актуальность и цели. Объектом исследования является реконструкция формы объектов интерфейсного пространства по множеству характерных точек. Предмет исследования - методы геометрического моделирования неаналитических поверхностей с применением смешивающих функций. Целью работы является представление научных принципов геометрического моделирования и отображения объектов интерфейса «человек - компьютер» на основе применения смешивающих функций. Материалы и методы. Предлагается двухэтапное моделирование геометрической формы пространственных объектов с применением смешивающих функций радиального и ортогонального базиса. Результаты. Предложена методика геометрического моделирования пространственных объектов, включающая следующие этапы: создание модели поверхности объекта по исходному набору опорных точек с применением радиальных базисных функций, замена исходных опорных точек на новые - равномерно расставленные на поверхности, построение модели поверхности на основе смешивающих функций ортогонального базиса, переход к конечным разностям. Применение методики обеспечивает высокую производительность графической системы компьютера в сочетании с хорошими изобразительными возможностями. Применение перечисленных принципов позволяет строить пространственные объекты произвольной формы для интерфейсов виртуального окружения в системах управления и обработки информации различного назначения. Выводы. Упорядоченное размещение опорных точек упрощает алгоритм перехода к полигональному представлению объекта. Применение смешивающих функций ортогонального базиса позволяет применить быстрый алгоритм вычисления вершин и нормалей полигональной модели на основе конечных разностей. Перечисленные приемы помогают обеспечить высокую производительность вычислений в сочетании с хорошими изобразительными возможностями и экономией памяти графической системы.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Способы реализации функциональных блоков, обработки чисел большой разрядности для специализированных арифметикологических устройств (АЛУ) являются актуальным направлением исследования на протяжении последних 20 лет, о чем свидетельствуют разработки и множество статей по данной тематике. Необходимость в проектировании данных видов блоков возникает в результате того, что диапазон чисел, который используется в реальных задачах, порой доходит до нескольких сот и даже тысяч десятичных цифр. Такой диапазон чисел не соответствует базовым типам данных современных архитектур АЛУ и требует особого подхода при реализации АЛУ. Материалы и методы. Исследование и реализация функциональных блоков АЛУ проведены на основе формализма теории недетерминированных автоматов с последующим функциональным моделированием блоков АЛУ в САПР ALTERA QUARTUS. В качестве основного алгоритма исследования и реализации блоков взят алгоритм умножения длинных чисел (алгоритм Карацубы). Результаты. Приведено подробное описание soft-процессора, на базе которого планируется эксплуатация функционального блока умножения больших чисел. Получена модель функционирования блока умножения больших чисел на основе теории недетерминированных автоматов. Предложена система канонических уравнений на основе математической модели алгоритма умножения. Произведена схемотехническая реализация функционального блока умножения с последующим моделированием в САПР Altera Quartus. Выводы. Предложен способ реализации функциональных блоков умножения больших чисел. Использована теория недетерминированных автоматов для реализации модели функционального блока умножения. Произведено математическое описание, а затем функциональное моделирование устройства умножения на уровне soft-процессора.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Необходимость решения высшими учебными заведениями задач развития научно-исследовательской и инновационной деятельности студентов и формирования систем поиска и отбора талантливой молодежи, имеющей способности к научному творчеству и стремление работать в сфере образования, науки и инноваций, выдвигает в ряд актуальных вопросов создание способов и средств вовлечения студентов в научную и инновационную деятельность. Одним из эффективных способов стимулирования развития студенческой науки в вузах является создание системы научных мероприятий конкурсного характера, при этом наиболее важной задачей становится обеспечение объективной экспертной оценки научно-исследовательских работ и инновационных проектов, представленных студентами на вузовские научные конкурсы, выставки, олимпиады и конференции. Это и определило цель настоящего исследования - разработку методики оценки качества студенческих научных работ и инновационных проектов для совершенствования процедур экспертного оценивания. Материалы и методы. Исследование проводилось на основе конкурсной документации и материалов студенческих научных мероприятий, проведенных в 2014-2015 гг. в Пензенском государственном технологическом университете. Для решения поставленной задачи использовались методы экспертного оценивания с применением аппарата теории нечетких множеств. Результаты. Предложена универсальная иерархическая система критериев, позволяющая производить оценивание качества любых научно-исследовательских работ и инновационных проектов студентов, представленных на различные конкурсные мероприятия. Разработана методика оценки качества студенческих научных работ, отличающаяся применением нечетко-множественной модели, что позволяет усовершенствовать процедуры экспертного оценивания. Выводы. Применение предлагаемой методики позволяет повысить объективность оценки научно-исследовательских работ и инновационных проектов студентов, обеспечить информационную поддержку процесса принятия решений при проведении конкурсных мероприятий научного и инновационного характера для студентов.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Виртуальные медицинские диагностические системы предназначены для освоения операций по основам функциональной диагностики и техническому обслуживанию оборудования на персональных компьютерах. Показана возможность разработки новых медицинских систем в условиях виртуальной реальности с использованием пакета прикладных программ Biomedical Toolkit. Материалы и методы. Для разработки виртуальных медицинских диагностических систем используется среда графического проектирования Biomedical Toolkit, а также основы схемотехнического проектирования изделий медицинского назначения. Результаты. Приведена классификация медицинских симуляторов, их достоинства и недостатки. На основе среды графического проектирования виртуальных медицинских систем Biomedical Toolkit продемонстрированы возможности разработки виртуальных медицинских диагностических симуляторов на персональных компьютерах. Показаны основные достоинства предлагаемой среды графического проектирования для разработки виртуальных медицинских диагностических систем. Выводы. Предложенная концепция разработки виртуальных медицинских диагностических систем с использованием приложения Biomedical Toolkit является готовым решением для работы с медицинскими данными и оперативного анализа сигналов сложной формы.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объект исследования - сложная система, представленная в виде сети Петри. Предметом исследования является способ декомпозиции этой системы на примитивные фрагменты в сетях Петри. Цель работы -формальное описание алгоритма декомпозиции сложных систем с использованием тензорных преобразований. Материалы и методы. Формальное описание алгоритма осуществлялось с использованием аппарата сетей Петри и тензорной методологии. Результаты. Представленный алгоритм позволяет реализовать работу модуля системы автоматизированного проектирования структур параллельных вычислительных систем на основе тензорного исчисления сетевых моделей. Выводы. Результаты могут быть использованы при решении проблем разработки и усовершенствования сложных систем.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются современные телекоммуникационные устройства (коммутаторы). Предметом исследования являются системы диспетчеризации современных телекоммуникационных устройств. Цель работы - создание дисциплины диспетчеризации, удовлетворяющей требованиям адаптивности к динамически изменяющимся сетевым параметрам и отсутствия детерминированности. Материалы и методы. Для исследования стохастической диспетчеризации очередей используются методы теории вероятностей и имитационного моделирования. Результаты. Разработано формальное описание системы со стохастической диспетчеризацией очередей в коммутаторе Ethernet, использующей псевдослучайную адаптивную выборку очереди. Построена имитационная модель стохастического диспетчера в пакете MatLab/Simulink. Проведено сопоставление результатов моделирования стохастической диспетчеризации с циклическими алгоритмами диспетчеризации. Выводы. Моделирование показало, что за счет исключения цикличности в обслуживании очередей коммутатора и более справедливого распределения свободных ресурсов канала в стохастическом диспетчере уменьшаются среднее значение и стандартное отклонение длин очередей, снижается разброс джиттера по отдельным очередям.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Современная виртуальная образовательная среда является сложной системой, включающей как методические и дидактические, так и информационные и программные компоненты. Поскольку к числу программных компонентов могут относиться различные интерактивные тренажеры и тестирующие программы, обладающие адаптивными свойствами, актуальным является вопрос разработки методов синтеза подобных компонентов. Целью работы является разработка метода структурно-параметрического синтеза адаптивных программных компонентов виртуальной образовательной среды. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи был применен математический аппарат теории графов и гиперграфов, методы морфологического анализа и синтеза сложных систем, методы моделирования изменчивости программных систем. Результаты. Разработан метод структурно-параметрического синтеза адаптивных программных компонентов виртуальной образовательной среды, основанный на совместном применении технологии моделирования изменчивости и теории графов. Выводы. Разработанный метод позволяет значительно сократить ресурсозатраты на разработку адаптивных программных компонентов виртуальной образовательной среды, а также увеличить их жизненный цикл.
Ключевые слова
Актуальность и цели. С целью обеспечения высокой эффективности применения современных оптико-электронных приборов важное значение придают автоматизации на основе средств микроэлектроники и вычислительной техники, а также широкого использования лазеров и применения перспективной элементной базы. В настоящее время проблема комплексирования тепло-визионного информационного и лазерного измерительного каналов носит достаточно разрозненный характер. Поэтому предложенный общий алгоритм выполнения операций при обработке изображений является актуальным. Материалы и методы. Для определения величины оптического потока использован метод дифференциального анализа, позволяющий связывать временные и пространственные рассогласования между различными кадрами. Также использован метод поиска наилучшего согласования блоков, который в сочетании с прогнозированием траектории движения позволяет существенно повысить скорость обработки путем исключения из анализа блоков, в которых появление объекта маловероятно. Данные методы обеспечивают оптимизацию размеров блоков при проведении оценки габаритов и скорости движения объекта. Результаты. В настоящее время разработаны алгоритмы и программы для всех этапов обработки тепловизионного изображения. Тестирование алгоритмов производилось на специально сформированных изображениях, моделирующих различные ситуации, а также на реальных объектах военной техники. Выводы. В работе представлен алгоритм обработки тепловизионного изображения, позволяющий рассчитывать скорость движения объекта при различных ракурсах его движения. Оценены погрешности определения скорости для различных ракурсов движения. За счет усреднения яркости тепловизионного изображения до максимальной увеличена эффективность фильтрации. Смоделированы и предложены алгоритмы спектральной селекции. Приведены результаты обработки тепловизионных изображений на объектах штатной военной техники.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Расширение рабочего температурного диапазона пьезоэлектрических датчиков и улучшение их метрологических характеристик, особенно при работе в жестких условиях эксплуатации и воздействии нестационарных температур, является одной из актуальных задач при разработке датчико-преобразующей аппаратуры. Измерение динамических давлений таких жидких сред, как кислород и водород, характеризуется мощным и быстро изменяющимся температурным воздействием в диапазоне от минус 253 до плюс 200 °С, что вызывает температурные переходные процессы в конструкции пьезоэлектрических датчиков и, как следствие, возрастание во время переходных процессов погрешностей измерений входных неэлектрических величин. Материалы и методы. Исследованы возможности уменьшения температурной погрешности измерения динамического давления пьезоэлектрическими датчиками. Результаты. Приведена предлагаемая функциональная схема пьезоэлектрического датчика динамического давления со схемой коррекции температурной погрешности пьезоэлемента и описан принцип ее работы. Показаны экспериментально определенные временные зависимости выходных сигналов пьезоэлектрического датчика при термоударном воздействии рабочей среды. Выводы. Полученные результаты показывают возможность коррекции температурных погрешностей пьезоэлектрических датчиков динамического давления как от воздействия статических температур, так и от воздействия термоудара, путем использования электрической емкости схемы замещения пьезоэлемента в качестве информативного параметра по температуре.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является изучение преимуществ использования гидроманжетной технологии при оценке гемодинамических параметров у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также людей, имеющих риск их развития. Предметом исследования являются устройства диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, определяющие показатели артериального давления и гемодинамики. Цель исследования -разработка блок-схемы устройства, реализующего использование гидроманжетной технологии для определения гемодинамических параметров и алгоритма его работы, позволяющего обеспечить массовость обследования и точность измерения показателей гемодинамики. Материалы и методы. При разработке блок-схемы гидроманжетного тонометра для оценки гемодинамических параметров и алгоритма его работы применялись методы цифровой обработки сигналов, основы схемотехнического проектирования измерительных устройств, методы нечеткой логики. Результаты. Проведен анализ известных решений в области определения гемодинамических параметров для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Показана перспективность применения гидроманжетной технологии в устройствах неинвазивного контроля гемодинамических параметров. Разработаны структурная схема устройства и алгоритм расчета и оценки гемодинамических параметров с применением гидроманжетной технологии, позволяющего повысить точность расчета гемодинамических показателей за счет применения гидроманжетной технологии при измерении объемной скорости распространения пульсовой волны Выводы. Использование гидроманжетного тонометра для оценки гемодинамических параметров позволяет обеспечить массовый скрининг населения с целью выявления групп риска сердечно-сосудистых заболеваний, выполнять контроль за течением заболевания, а также осуществлять оценку эффективности лечения на основе получения суррогатных точек.