Аннотация: В статье исследуется технология гибридного моделирования хаотических систем в форме синхронизации цифровой и аналоговой моделей системы Рёсслера, взаимодействующих через тракты аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Рассмотрены однонаправленный и двунаправленный варианты хаотической синхронизации, проведена оценка погрешности синхронизации для каждого из указанных случаев. Для аналоговой реализации системы Рёсслера разработана схема на основе операционных усилителей, умножителей и прецизионных пассивных элементов. Цифровая модель системы основана на полунеявном аппаратно-ориентированном методе численного интегрирования второго порядка алгебраической точности. С целью обоснования выбора метода приведены графики производительности различных решателей обыкновенных дифференциальных уравнений при моделировании системы Рёсслера. Показано, что выбранный полунеявный метод численного интегрирования обладает наибольшей вычислительной эффективностью среди всех методов второго порядка. Экспериментально продемонстрирована возможность синхронизации аналоговой и цифровой моделей хаотической системы. Рассмотрена синхронизация двух и трех моделей системы Рёсслера в различных вариантах топологии соединения. Путем анализа ошибки синхронизации показано, что наибольшая точность достигается при использовании полностью связанной топологии, которая основана на двунаправленном способе синхронизации трёх моделей системы Рёсслера.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28504

Аннотация: Предметом исследования является адаптивное тестирование с множественным выбором. Данный вид тестирования позволяет реализовать машинное оценивание уровня знаний участников просто и доступно, исключая ошибки оценивания результатов. Однако, модель адаптивного тестирования включает параметр, описывающий вероятность угадывания ответов на тестовые задания, который зависит от множества факторов: сложности задания, уровня знаний обучаемого, наличия штрафа за попытку угадывания, а также степень влияния ответов участника с более высоким уровнем знаний на мнение других участников в условиях индивидуального и группового тестирования. Необходимость явного задания данного параметра усложняет модель и вносит неопределенность в результаты тестирования. Введение нечеткой когнитивной карты, определяющей степени «чистого» и «частичного» угадываний при ответе на тестовые задания, позволяет снизить сложность модели тестирования в результате исключения явного вероятностного параметра. В отличие от известных определений когнитивной карты, предложенная интерпретация построена на моделях индивидуального и группового адаптивного тестирования с множественным выбором. Результаты вычислительных экспериментов в условиях реального тестирования подтвердили эффективность введения карты. Было выявлено, что нечеткие оценки ответов участников с более низким уровнем знаний на более сложные задания являются более согласованными по сравнению с оценками, требующими явного задания вероятности «чистого» угадывания. Метод понижения сложности модели тестирования на основе нечеткой когнитивной карты может быть использован как в образовательных программных системах, так и в интеллектуальных системах и системах поддержки принятия решения, предусматривающих тестирование с множественным выбором.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.27078

Аннотация: Объектом исследования статьи являются необходимость и возможность разработки ресурсами академической среды, то есть на некоммерческой основе, специализированных графических редакторов, обеспечивающих среду визуального проектирования экземпляров прикладных математических задач тех или иных типов. Рассмотрены имеющиеся на рынке программные продукты, а также их расширения, примерно соответствующие указанной задаче. Показано, по каким причинам эти средства оказались неподходящими для тех прикладных задач или тех заказчиков, с которыми пришлось ранее иметь дело авторам. Метод исследования основан на сопоставлении функциональных возможностей имеющихся на рынке программных средств и их расширений, а также имеющихся у автором заделов, с теми прикладными задачами, на которых авторы делают акцент. Новизна проведенного исследования и сделанных выводов состоит в предложении разделить задачу визуального проектирования и автоматической генерации вычислительного кода, как это принято делать в существующих продуктах. Имеет смысл передать создание вычисляющего кода на прикладного математика, работающего с государственным заказчиком, но при этом организовать эффективное разделение труда между заказчиком и математиком. При таком угле зрения задачи графического редактора упрощаются. С другой стороны, такой редактор можно сделать более гибким.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.27842

Аннотация: Предметом исследования являются новые выпуски программного обеспечения и последующие ограничения интенсивности инсталляции новых выпусков программного обеспечения для современных облачных сервисов, представляющих из себя сложные глобально распределенные вычислительные системы, требующие непрерывного технического обслуживания. Объектом научного исследования является глобально-распределенная облачная вычислительная система компании RingCentral (США). Авторы подробно рассматривают важные критерии для бизнеса при переходе на облачный сервис, включая уровни доступности современных информационных услуг для глобально-распределенных вычислительных систем с учетом растущего количества изменений в них. В статье предложена новая методика экспериментального расчета максимальной интенсивности инсталляции и обновления программного обеспечения в облачных информационных системах без деградации качества предоставления информационных услуг. С ростом степени функциональной декомпозиции облачных систем и количества серверов, актуальным становится вопрос оценки интенсивности внесения изменений в программное обеспечение для глобально-распределенных вычислительных систем. Предложенный метод позволил эффективно обслуживать глобальную облачную информационную систему компании RingCentral без перерывов в ее работоспособности.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.25176

Аннотация: Предметом исследования является модуль автоматического обнаружения столкновений механизма манипулятора, с запретными зонами используемый в в базе знаний интеллектуальных системах управления роботами. Объектом исследования является область разрешенных конфигураций, заданная в пространстве обобщенных координат. Авторы подробно рассматривают такие аспекты как параметрическое задание области разрешенных конфигураций при наличии запретных зон в рабочем пространстве механизма манипулятора. Предложено использовать достаточное условие определения столкновений механизма манипулятора и запретных зон, основанное на использовании области разрешенных конфигураций. Методология исследования основана на изучении сечений задающих форму и положение области разрешенных конфигураций. Все разрешенные конфигурации в пространстве обобщенных координат, отображены геометрическим объектом. Данный геометрический объект задан аналитическим способом с помощью использования нескольких кинематических поверхностей, его ограничивающих. Приведены результаты моделирования, которые позволили разработать параметрический способ задания совокупности сечений, задающих форму и положение области разрешенных конфигураций при различном положении запретных зон. Основным выводом проведенного исследования является сокращение времени расчетов тестовых заданий, связанных с виртуальным моделированием движения механизма манипулятора мобильного робота «Варан» при использовании разработанного алгоритма обнаружения столкновений механизма со средой. Особым вкладом авторов в исследование темы является разработка параметрического способа задания области разрешенных конфигураций, используемой при интеллектуальном управлении движением механизма манипулятора в заранее известной внешней среде. Новизна исследований заключается в разработке более производительного метода анализа информации о положении механизма манипулятора и запретных зон на основе полученных аналитических зависимостей.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.26638

Аннотация: Предметом исследований является интеллектуальная система управления движением руки андроидного робота при наличии запретных зон в рабочем пространстве. Объектом исследований является модуль автоматического обнаружения столкновений механизма руки андроидного робота, с препятствиями на уровне виртуального моделирования движений. Автор подробно рассматривает такие аспекты темы как определение условий столкновений, на основе использования области разрешенных конфигураций и синтез движений исключающий возникновение тупиковых ситуаций применительно к движению руки андроидного робота. Особое внимание в работе уделяется разработке аналитического способа задания области разрешенных конфигураций в пространстве обобщенных координат при наличии заранее известной запретной зоны в рабочем пространстве. Пространство обобщенных координат при этом задано осями, по направлению которых откладывают углы, задающие угловые перемещения во вращательных кинематических парах. Методология исследования основана на расчете и аналитическом задании двумерных сечений, задающих область разрешенных конфигураций. Данные сечения предложено задавать с помощью использования множеств треугольников. Особым вкладом авторов в исследование темы является разработка обобщенного метода аналитического задания области разрешенных конфигураций. Полученные аналитические зависимости позволяют задавать область разрешенных конфигураций, являющейся базой знаний при интеллектуальном управлении движением механизма руки в заранее известной внешней среде. Новизна исследований заключается в использовании области разрешенных конфигураций при синтезе траектории в пространстве обобщенных координат, что позволяет проводить коррекцию движения руки андроидного робота с целью предвидения и исключения тупиковых ситуаций при синтезе движений по вектору скоростей.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.25248

Аннотация: Предметом исследования статьи является актуальная задача анализа состояния документационного обеспечения управления (ДОУ)организацией. В условиях современного общества указанная задача становится особо острой, поскольку от правильной организации системы ДОУ во многом зависит эффективность управления организацией в целом. На данный момент не существует единой методики решения указанной задачи, а существующие подходы носят субъективный характер. Для решения указанной проблемы разработана автоматизированная информационная система, которая позволяет решать следующие задачи: 1) формирование базы знаний, фиксирующей эмпирические закономерности между появлением отдельных показателей состояния и их вероятностные характеристики; 2) адаптацию системы к особенностям текущей ситуации и требований сотрудника, осуществляющего анализ; 3) выявление нарушений в работе с документами и реализации процессов деятельности; 4) выявление показателей состояния ДОУ и эффективности процессов деятельности, которые в дальнейшем могут принять неудовлетворительное значение; 5) предоставление рекомендаций по устранению выявленных нарушений. В ходе исследования использовались методы инженерии знаний, математического моделирования, теории графов, теории вероятностей, объектно-ориентированного программирования. В результате исследования подробно описан прототип автоматизированной информационной система анализа состояния ДОУ, описаны основные функциональные возможности его программных модулей. Рассмотрена процедура взаимодействия с системой инженера по знаниям и конечного пользователя. Корректность функционирования прототипа АИС подтверждается успешными тестовыми испытаниями на примере деятельности коммерческой организации, осуществляющей перевозку грузов как внутри страны, так и за границу.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28367

Аннотация: С распространением онлайн-сервисов конструирования форм для проведения онлайн-опросов существенно возросло количество исследователей, использующих анкетные опросы в практике научных исследований. Одной из проблем, которая присутствовала при традиционной форме опроса на бумажном носителе и перешла в онлайн-опросы, является проблема достоверности данных. Большинство исследователей, применяющих онлайн-опросы, имеют более высокие запросы к автоматизации исследований. Они не готовы предпринимать значительные усилия для повышения достоверности данных. В настоящей работе предлагается к рассмотрению алгоритм, позволяющий автоматизировать процесс анализа достоверности данных анкетных опросов. Предложенный алгоритм основан на использовании процедуры скользящего экзамена для тестирования отдельных многомерных наблюдений, полученных в ходе онлайн-опроса. Основная гипотеза, заложенная в основу разработанного метода, состоит в том, что подчиненность вопросов анкеты некоторой общей тематике приводит к возникновению некоторых латентных связей между ответами, которые нарушаются при случайных ответах. Для тестирования анкетных данных разработан многомерный статистический критерий. Метод очень прост в использовании и доступен даже для не искушенных исследователей.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28301

Аннотация: Предметом исследования являются методы и подходы решения класса задач поиска ключевых игроков (key player problem), применимые для идентификации в социальных сетях пользователей-экспертов в определенной предметной области; модель построения социальных графов по данным, выбираемым из социальной сети; методы построения взвешенных ориентированных случайных графов для проведения модельных экспериментов и их сравнительный анализ; методы кластерного анализа результатов ранжирования пользователей социальной сети; сравнительный анализ различных результатов идентификации пользователей-экспертов в заданной предметной области. Методы исследования, применяемые в данной работе, базируются на методах системного анализа, аппарате кластерного анализа, теории графов, а также методах анализа социальных сетей. Для оценки работоспособности предлагаемого способа проводились модельные эксперименты с использованием ЭВМ и эксперименты на реальных данных. В процессе программной реализации сервиса для выполнения экспериментального анализа, а также для демонстрации работоспособности способа использовались методы теории алгоритмов, теории структур данных, объектно-ориентированного программирования. Разработан способ идентификации пользователей-экспертов в социальных сетях в заданной предметной области, учитывающий количественные данные активности этих пользователей. В отличии от существующих способов, пользователи социального графа могут ранжироваться при помощи двух и более эффективных методов, что позволяет использовать преимущества этих методов, а сам способ дает возможность получить дополнительные сведения о пользователях, находящихся под влиянием экспертов-лидеров, а также о потенциальных скрытых лидерах общественного мнения.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.27809

Аннотация: Предметом исследования является вероятностная модель иерархических битовых индексов баз данных. Объектом исследования являются выходные данные модели - трехпараметрическое дискретное распределение количества индексов для реализации запросов к базе данных, параметризуемое интенсивностью занесения записей в базу, средней длиной запроса и размером крупного индекса. Автор рассматривает такие аспекты темы как выбор гипотезы из известных теоретических распределений, методика проверки гипотезы, подбор функций для приближения зависимости математического ожидания от третьего параметра, подбор функции для приближения зависимости точки минимума математического ожидания по третьему параметру от первых двух. Исследование таких зависимостей объясняется тем, что оптимальный выбор именно третьего параметра является целью проектировщика, а первые два - это исходные данные модели. Методологией исследования являются методы математической статистики, в частности, оценка параметров и критерий Пирсона проверки гипотез, методы построения наилучших приближений, в частности, метод наименьших квадратов, теория кривых третьего порядка. Основные выводы проведенного исследования: наилучшей аппроксимацией для исследуемого семейства распределений является распределение Пойа; наилучшими приближениями для зависимости математического ожидания от третьего параметра являются модель Бэкона-Уаттса и теплоемкостная модель. Особым вкладом автора в исследование темы является вывод эмпирической формулы, имеющей практическое значение. Она позволяет проектировщику на основе первых двух параметров сразу, без использования громоздких расчетов по модели, получить приближенное оптимальное значение третьего параметра и построить таким образом индекс базы данных оптимального размера. Новизна исследований заключается в получении приближенных зависимостей для нового вида распределения, которое невозможно описать замкнутой формулой.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28420

Аннотация: Актуальность темы исследования обусловлена тем, что деятельность органов власти заключается в принятии управленческих решений в рамках реализации своих полномочий. Внедрение системы документооборота и делопроизводства является одной из приоритетных задач органов, успешная реализация которой позволит обеспечить переход на более качественный уровень их функционирования. Эффективность данного процесса определяется системой документооборота и делопроизводства, которая и является объектом моделирования. Цель исследования заключается в разработке математической модели оценки эффективности внедрения системы электронного документооборота и делопроизводства в органах власти для повышения результативности работы. Результаты исследования были получены на основе использования теории системного анализа, теории множеств, теоретико-графических моделей, модели системной динамики. Научная новизна связана с разработкой модели оценки эффективности внедрения системы электронного документооборота и делопроизводства в органах власти для имитационного моделирования и прогнозирования их основных показателей. Основными выводами проведенного исследования является то что, авторами рассмотрено построение математической модели оценки эффективности внедрения системы электронного документооборота и делопроизводства в органах власти с применением метода системной динамики Форрестера. Разработанная модель записана в виде системы дифференциальных уравнений и представлена в виде задачи Коши. По итогам проведенного исследования было выявлено, что к решению данной системы целесообразно применить метод Рунге-Кутты четвертого порядка, так как, несмотря на увеличение объема вычислений метод четвертого порядка имеет преимущество перед методами первого и второго порядков, так как он обеспечивает малую локальную ошибку, что позволяет увеличивать шаг интегрирования и, следовательно, сокращать время расчета.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28086

Аннотация: В данной работе рассматривается проблема автоматического распараллеливания C-программ (преимущественно вычислительного характера) с применением директив Cilk++, с помощью ограниченного набора которых может быть явно выражен параллелизм по задачам. Для решения данной проблемы формулируется концепция распознающих объектно-событийных моделей, потенциально способных к разбору и трансформации произвольных текстов. Данная концепция является развитием предложенной автором ранее теории объектно-событийных моделей, которые, в предельной постановке, эквивалентны расширенным машинам Тьюринга. Используется общий подход теории объектно-событийных моделей, утверждающей возможность описания произвольных алгоритмов с помощью указанных моделей. Предлагается технология анализа и трансформации как структурированных, так и неструктурированных текстов с применением распознающих объектно-событийных моделей. Предложена стратегия автоматического распараллеливания C-программ с применением директив Cilk++, основывающаяся на указанной технологии. На примере автоматического распараллеливания простой вычислительной программы получены данные об ускорении и эффективности распараллеливания. Утверждается, что разработанная технология может использоваться в составе системы порождения программ для распараллеливания сгенерированных программ.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.25745

Аннотация: Предметом исследования являются оптические преобразования пар базовых геометрических объектов на плоскости, моделирующих различные источники излучения. В общем случае, при решении задач геометрической оптики на плоскости выделяют задачу преобразования одного пучка лучей в другой, например, преобразования лучей точечного источника в систему параллельных лучей. Такие задачи требуют создания сравнительно простого метода, основанного на законах геометрической оптики и позволяющего получать отражательные линии определенной геометрии, соответствующие заданным исходным данным. Получение отражательной линии для разных комбинаций преобразования центрального, параллельного и рассеянного пучка прямых в данной работе базируется на методе циклографического отображения. Метод основан на оптических свойствах циклографической модели пространственной кривой линии и позволяет получать отражательные кривые различной формы при оптических преобразованиях пучков прямых. Использование данного метода при построении системы «источник-приемник» дает возможность выбора приемника (или источника) из множества приемников (источников) при одной и той же отражательной линии. Проведенное исследование показало, что метод циклографического отображения позволяет сравнительно просто получать отражательные линии при оптических преобразованиях различных пучков лучей, при этом аналитический алгоритм даёт возможность получать параметрические уравнения данной линии. Результаты работы могут быть использованы при проектировании различных оптических систем в антенной, лазерной и светотехнической областях промышленности.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.27695

Аннотация: В статье представлены новые методы экспериментального исследования влияния цветового решения на восприятие кинокадра зрителем и программные алгоритмы обработки полученных статистических данных. Объектом научного исследования является отснятый и смонтированный киноматериал, включая отдельные графические изображения видеокадров. Предметом исследования являются графические модели цветовых решений, методы цифровой цветокоррекции, алгоритмы цифровой обработки кино и видеоматериала. Специфика поставленного вычислительного эксперимента заключается в том, что он проводится в интерактивном режиме с использованием Интернет ресурсов. Описанная методика является развитием существующих методов экспериментального исследования глазодвигательной активности человека с использованием технологии ай-трекинга. Предложенные методы и алгоритмы экспериментальных исследований влияния цветовых решений на их восприятие позволяют объективно измерить статистические данные и проанализировать работу зрительной активности человека по различным критериям. Разработка Интернет приложения позволила привлечь к вычислительному эксперименту гораздо больше испытуемых и повысить достоверность статистических результатов.

DOI: 10.7256/2454-0714.2018.4.28374

Аннотация: В работе предложено решение ряда задач, связанных с оптимизацией распознавания информационных знаков корреляционно-экстремальным контурным методом на базе оценки сходства, инвариантной относительно аффинных преобразований. Приводится описание эффективного по быстродействию алгоритма получения областей определенного цвета и его распараллеливание. Показывается, что решение этой задачи позволяет сократить как число объектов, предъявляемых для распознавания, так и число используемых эталонов, а также получать более качественное контурное описание объектов и, следовательно, существенно увеличить быстродействие самого алгоритма распознавания. Приводится решение задачи оптимизации вычислений в самом алгоритме распознавания. Показано, что один из способов решения этой задачи для конкретно выбранного алгоритма распознавания заключается в распараллеливании вычислений оценки сходства по параметрам аффинного преобразования. Другой представленный путь решения задачи оптимизации вычислений был ориентирован на получении оценок сходства текущего эталона с объектами из локальной области изображения, определяемой на основе параметров аффинного преобразования и габаритов эталона. Отмечается, что созданное алгоритмическое обеспечение позволяет решать задачи распознавания информационных объектов в реальном масштабе времени.