Кибернетика и программирование
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > Требования к статьям > Редакция и редакционный совет > Рецензенты > Порядок рецензирования статей > Политика издания > Этические принципы > Правовая информация
Журналы индексируются
Реквизиты журнала

ГЛАВНАЯ > Журнал "Кибернетика и программирование" > Рубрика "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент"
Математическое моделирование и вычислительный эксперимент
Бородин А.В. - Реконструкция и исследование датчика псевдослучайных чисел в VBA-подсистеме Microsoft Office c. 14-45

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.4.12648

Аннотация: В статье рассмотрены некоторые аспекты практического использования датчиков псевдослучайных чисел (ДПСЧ) в вычислительной математике и криптографии. В частности исследовано неадекватное поведение метода Монте-Карло при решении задачи оценки риска однородного кредитного портфеля с использованием штатного ДПСЧ системы программирования Microsoft Office. Выявлены ограничения штатного ДПСЧ. Проведена его реконструкция в терминах одномодульной арифметики вычетов и на этой основе показана нецелесообразность его использования в криптографических приложениях и объяснены отдельные аспекты неадекватного поведения метода Монте-Карло в модельном примере. Предложен вариант использования альтернативного ДПСЧ, основанного на идее "вихря Мерсенна", для решения сложных задач вычислительной математики. Приведены результаты соответствующих численных экспериментов. В основу работы положен ряд численных экспериментов, базирующихся на методе Монте-Карло. При реконструкции и исследовании ДПСЧ системы программирования Microsoft Office использованы теоретико-числовые методы. При постановке модельной задачи и интерпретации результатов ее решения используется теоретико-вероятностный формализм. В работе впервые проведено сравнение результатов оценки меры риска "Value at Risk" для однородного кредитного портфеля, полученных с использованием метода Монте-Карло, с точным значением, рассчитанным с использованием методов алгебраической теории риска. На этой основе выявлены ограничения подходов, основанных на методах Монте-Карло и связанных с конкретной реализацией штатного ДПСЧ системы программирования Microsoft Office. Предложено альтернативное решение и показана его адекватность в ходе соответствующего численного эксперимента.
Дьяконова Т.А., Хоперсков А.В., Храпов С.С. - Компьютерное моделирование динамики затопления территорий в случае чрезвычайных ситуаций с использованием технологий параллельных вычислений c. 17-34

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.3.18235

Аннотация: Предметом исследования является гидрологический режим на территории Волго-Ахтубинской поймы в условиях высоких значениях попуска воды через плотину Волжской гидроэлектростанции. Гидрологический режим определяет экологическое состояние уникального ландшафта на площади около 20 тысяч квадратных километров и возможность рационального использования данной территории, связанные с рыбоводством, сельским хозяйством и рекреационными функциями. Математическое моделирование позволяет решать большой круг задач гидрологии поймы и оптимальным управлением территории. Основное внимание в работе уделяется изучению последствий чрезвычайных ситуаций из-за высокой воды в Волгоградском водохранилище или в случае аварийных ситуаций с плотиной ГЭС. Построенные модели могут быть использованы для построения оптимальных схем эвакуации населения из опасной зоны междуречья в зависимости от внешних условий. Особое внимание уделяется созданию эффективного программного обеспечения для проведения гидродинамических вычислительных экспериментов. Исследование основано на методах численного моделирования динамики поверхностных вод с использованием Лагранжево-Эйлеровой численной схемы интегрирования уравнений Сен-Венана и технологии распараллеливания CUDA для графических процессоров. Построена математическая модель и ее программная реализация, позволяющая проводить вычислительные эксперименты для исследования гидрологического режима на территории Волго-Ахтубинской поймы в условиях очень высокого потока воды через створ Волжской ГЭС. Использование распараллеленного кода для графических процессоров на основе технологии CUDA позволяет сократить длительность вычислительного эксперимента до нескольких часов при использовании процессоров типа Tesla K40. Отличительной особенностью модели является использование высокоточного цифрового рельефа местности, основанного на данных дистанционного зондирования Земли. Сделан вывод, что даже при катастрофическом затоплении междуречья Волги и Ахтубы правобережье, а также урбанизированная территория, включающая Волгоград, Волжский, Южная промзона, Светлый Яр, практически не пострадают.
Милованов М.М. - Использование программного пакета технического и графического анализа данных Wealth Lab для оценки эффективности и применения торгового алгоритма c. 24-29

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.3.15411

Аннотация: Современные программные средства позволяют использовать методы технического и графического анализа для построения графиков и прогнозирования на основе технических индикаторов и осцилляторов. В статье приводится методика построения торгового алгоритма для фондового рынка с применением пакета Wealth Lab. Рассматривается функционал программного пакета Wealth Lab. Дается описание торгового алгоритма на основе стандартных индикаторов, доступных в программном пакете Wealth Lab. Приводится анализ разработанного алгоритма и дана оценка эффективности на основе полученных данных. В качестве метода исследования применяется наблюдение. Объектом исследования являются набор данных, характеризуемых ценой и временем. В связи с тем что фондовый рынок постоянно изменяется, необходимо иметь четкий торговый алгоритм для возможности получения прибыли. Применение программного пакета позволяет провести оценку торгового алгоритма. Использование методов поиска оптимального решения задачи подбора параметров, таких как полный перебор и метод Монте-Карло, позволяет получить необходимые данные для применения. Пакет Wealth Lab позволяет, используя язык C#, протестировать алгоритм, с помощью оптимизатора определить параметры, а встроенные функции построения графиков оценить работу алгоритма визуально.
Шелеметьев А.М. - Принцип управления колесным транспортным средством, основанный на рассогласовании скоростей вращения управляющих колес учитывающий влияние хода подвески c. 26-32

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.6.13297

Аннотация: При управлении колесным транспортным средством всегда есть необходимость в принудительном изменении траектории его движения, т.е. в системе рулевого управления, работа которой основана на том, что угол поворота управляющих колес изменяется через рулевой механизм (за счет внешнего усилия). Что требует кинематической связи рулевого механизма и рулевого привода и, соответственно, усложнение конструкции машины [4]. В связи с этим возникает вопрос: а нельзя ли избежать такого усложнения? Оказывается, можно, если применить рулевое управление, основанное на разности скоростей вращения управляющих колес. В данной статье описан способ управления транспортным средством за счет задания определенных скоростей вращения управляющих колес без использования рулевого механизма. Предложен алгоритм рулевого управления транспортным средством, основанный на предложенным способе. Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Таким образом, можно управлять поворотом колес транспортного средства по выбранному закону, обеспечивая необходимые условия для поворота с учетом неровностей поверхности движения колесного транспортного средства.
Фатхуллин Р.Р., Сидоркина И.Г. - Инструментальное средство АИС Мониторинг для региональной оценки качества образования c. 28-33

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.2.18186

Аннотация: Одной из ведущих тенденций развития образования в мире в настоящее время является создание системы комплексной оценки качества образования. Сегодня актуальной является задача разработки автоматизированных информационных систем, обеспечивающие сбор, хранение и структурирование информации о системе образования, позволяющие оперативно обрабатывать и интерпретировать информацию о системе образования. В данной статье представлено инструментальное средство - автоматизированная информационная система «Мониторинг системы образования в Республике Марий Эл» с интегрированным в нее математическим аппаратом. Предложена интегрированная модель комплексной оценки качества деятельности региональной системы образования, позволяющая рассчитать комплексный показатель качества образовательной организации внутри кластера. При использовании данного инструментального средства для оценки качества образования в регионе, решается ряд таких задач, как комплексная автоматизация сбора, обработки, анализа, консолидации индикаторов и показателей мониторингов системы образования в регионе. А так же осуществляется информационная поддержка реализации региональной политики региона в сфере образования.
Фатхуллин Р.Р. - Обоснование инвариантности решений основанных на образовательной квалиметрии и теории нейронных сетей при оценке качества деятельности образовательных организаций c. 33-73

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.6.13477

Аннотация: Одной из ведущих тенденций развития образования в мире в настоящее время является создание системы комплексной оценки качества образования. Сегодня активно разрабатываются подходы к определению качества образования, исследуются различные его аспекты, индикаторы и показатели. Комплексная оценка эффективности деятельности образовательных организаций – это многокритериальная задача, для решения которой необходимо установить критерии и процедуру их оценки. В данной статье проводится анализ методов многокритериальной оптимизации, которые могут быть одной из составляющих комплексной оценки качества образовательной деятельности. В исследовании проводится анализ методов многокритериальной оптимизации и теории нейронных сетей. Для комплексной оценки качества деятельности образовательной организации рассмотрены многокритериальные статистические модели. Одна из них основана на образовательной квалиметрии и предусматривает использование методов свертки доминирующих и компенсируемых индикаторов в интегрированный показатель. Другая модель предполагает использование нейронных сетей и базируется на технологии аналитической обработки данных. При реализации рассмотренных моделей могут вырасти такие важные качественные показатели комплексной оценки качества эффективности деятельности образовательных организаций, как объективность оценки, масштабируемость, простота и удобство использования. Полученные результаты могут широко использоваться при комплексной оценке качества деятельности образовательных организаций на различных уровнях образования.
Олейникова С.А. - Аппроксимация закона распределения суммы случайных величин, распределенных по закону бета c. 35-54

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.6.17225

Аннотация: Предметом исследования в данной работе является плотность распределения случайной величины, представляющей собой сумму конечного числа бета-величин, каждая из которых распределена в своем интервале со своими параметрами. Данный закон является широко распространенным в теории вероятностей и математической статистике, поскольку с его помощью могут быть описано достаточно большое число случайных явлений, в случае если значения соответствующей непрерывной случайной величины сосредоточены в определенном интервале. Поскольку искомая сумма бета величин не может быть выражена ни одним из известных законов, возникает задача об оценке ее плотности распределения. Целью работы является нахождение такой аппроксимации для плотности распределения суммы бета-величин, которая отличалась бы наименьшей погрешностью. Для достижения поставленной цели был проведен вычислительный эксперимент, в результате которого для заданного числа бета величин осуществлялось сравнение численного значения плотности распределения с аппроксимацией искомой плотности. В качестве аппроксимаций использовались нормальное и бета распределения. В результате экспериментального анализа были получены результаты, свидетельствующие о целесообразности аппроксимации искомого закона распределения законом бета. В качестве одной из областей применения полученных результатов рассмотрена задача управления проектами со случайной длительностью, где ключевую роль играет оценка времени выполнения проекта, который, в силу специфики предметной области, может быть описан с помощью суммы бета-величин.
Агафонникова Е.О., Хоперсков А.В., Храпов С.С. - Проблема прогноза и управления гидрологическим режимом на горной территории в период ливневого паводка на основе гидродинамических численных экспериментов c. 35-53

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.3.18855

Аннотация: Объектом исследования являются математические модели и их численные реализации, предназначенные для описания нестационарных паводковых явлений. Кратко обсуждаются структура, интерфейс и вычислительные возможности программного комплекса «EcoGIS-Simulation-2.0», основанного на геоинформационных и суперкомпьютерных технологиях, для моделирования гидрологического режима паводковых явлений. Важнейшим фактором, определяющим качество результатов моделирования, представляется цифровая модель рельефа местности. Основное внимание в работе уделено исследованию гидрологической обстановки и возникшей чрезвычайной ситуации в 2012 года в районе г. Крымска, приведшего к массовой гибели людей. Построена цифровая модель рельефа для территории Крымского района Краснодарского края, позволяющая адекватно моделировать гидрологический режим в условиях сильного паводка с использованием программного пакета «EcoGIS-Simulation-2.0». Программный комплекс позволяет учитывать все основные физические факторы, определяющие динамику затопления территории, использует численные алгоритмы, специально адаптированные для решения уравнений Сен-Венана. Реализованная двухзвенная клиент-серверная архитектура позволяет пользователю запускать несколько расчетов со своей клиентской машины на удаленных вычислительных кластерах. На основе проведенных численных экспериментах удалось воспроизвести динамику паводковой волны, способной привести к чрезвычайной ситуации 2012 года. Выявлен ряд особенностей гидрологического режима в период ливневого паводка 2012 г, связанных с ландшафтом и распределением осадков.
Коробейников А.Г., Гришенцев А.Ю. - Увеличение скорости сходимости метода конечных разностей на основе использования промежуточного решения c. 38-46
Аннотация: Для исследования характеристик процесса функционирования любой системы математическими методами, включая и машинные, должна быть проведена формализация этого процесса, т. е. построена математическая модель. Под математическим моделированием будем понимать процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта (математической модели), и исследование этой математической модели, позволяющее получать характеристики рассматриваемого реального объекта. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и задач исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этой задачи. Любая математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к действительности. В работе представлен метод вычисления промежуточного решения в n-мерных задачах с граничными условиями, способствующий ускорению процесса сходимости МКР. В практической реализации этого метода число итераций, для достижения заданной невязки, было снижено в 10 – 100 раз, за счёт поиска промежуточного решения. Таким образом, указанный способ можно применять для существенного повышения эффективности МКР.
Матросова Н.В. - Последовательность преобразований информации при моделировании организации управления образовательным учреждением c. 42-77

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.2.11638

Аннотация: Предметом исследования является анализ последовательности преобразований информации о функционировании образовательного учреждения при моделировании его деятельности как учебно-научного центра. В работе проводится анализ функционирования и структура образовательных учреждений высшего профессионального образования относительно современных направлений модернизации и показателей качества образования, утвержденных в нормативно-правовых документах системы образования Российской Федерации. Кроме того, приводится пример разработанной причинно-следственной диаграммы работы вуза, позволяющей провести поиск и прогнозирование причин неэффективности его деятельности, а также является актуальным при прогнозировании достижения наиболее благоприятных показателей работы. Описывается разработанная математическая модель функционирования вуза как динамической системы управления в течение непрерывного промежутка времени, позволяющая оценить характеристики динамики деятельности образовательного учреждения, а также позволяет разработать программный комплекс с повышения принятия в вузе управленческих решений. Совокупность используемых методов включает методы системного анализа, методы экспертного оценивания и функционального анализа, методы теории дифференциальных уравнений, методы математической статистики, методы теории принятия решений, методы теории управления сложными системами, методы теории баз данных и экспертных систем, методы дискретной математики, методы теории автоматического управления. Разработан перечень показателей деятельности вуза как учебно-научного центра с точки зрения современных показателей оценки качества функционирования образова-тельных учреждений. Составлена причинно-следственная диаграмма воздействия компонентов вуза как динамической системы управления. Разработана математическая модель функционирования образовательного учреждения как динамической системы управления в течение непрерывного промежутка времени.
Гуляихина Е.С. - Компьютерная симуляция проведения биохимического анализа в медицинском образовании c. 46-56

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.4.12677

Аннотация: Статья посвящена проблеме компьютерной симуляции проведения биохимического анализа биологических жидкостей с помощью прибора Stat Fax® 1904 + R. Описана методология и этапы создания обучающего симулятора (формулирование проблемы, планирование проекта, определение системы, сбор входных данных, трансляция модели, верификация и валидация, а также внедрение в образовательный процесс). Представлены основные методы расчета концентрации вещества, имитируемые компьютерным симулятором (на основе стандарта, расчета фактора, многоточечной калибровки и измерение кинетических характеристик). Автор уделяет значительное внимание разработке интерфейса основного окна программы, которое представляет собой виртуальный рабочий стол для проведения биохимического анализа. Необходимыми элементами имитируемой поверхности выступают изображения прибора с действующими клавиатурой и дисплеем, область печати для вывода результатов анализа, пробирок (бланк, стандарт, образец) с соответствующими кнопками, а также кнопка питания прибора. Задача симуляции количественных и качественных характеристик исследуемой смеси решена с помощью генератора случайных чисел. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при создании обучающих компьютерных симуляторов не только в области медицины, но и в других сферах профессиональной деятельности.
Кормилицын А.Ю., Скорубский В.И. - Модель эндокринной подсистемы и расчеты параметров инъекций c. 46-60

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.1.13655

Аннотация: Организм человека рассматривается как информационная система. Выбирается для исследований эндокринная подсистема (ЭС). Приводится анализ известных из источников данных, характеризующих наблюдаемые в клинике и реальной жизнедеятельности зависимости нормальной концентрации сахара в крови и больного диабетом второго типа в контрольных интервалах между инъекциями. Предполагается обобщение в виде математической модели авторегулирования этих процессов в ЭС с использованием естественных внутренних и лечебных внешних инъекций инсулина и глюкозы. Модель должна быть использована для расчета временных интервалов возможных критических состояний больного и параметров внешних компенсаций отклонений концентрации ( количество потребляемых с пищей углеводов и инъекции инсулина) для поддержания нормального состояния . Зависимости концентрации сахара в крови, определяющие состояние ЭС, могут быть определены как непрерывные экспоненциального вида с характерным монотонным нарастанием и убыванием. Это позволяет предположить зависимость закона регулирования как полиномиальную с коэффициентами, которые уточняются в реальном времени в контрольных точках . Применение интерполяции и экстраполяции позволяют прогнозировать ближайший уровень концентрации глюкозы в крови на основе накапливаемых данных измерений портативными глюкометрами и, главное, - предполагать экстремальные состояния гипергликемии и гипогликемии и выполнить приближенный расчет параметров внешних инъекций инсулина и глюкозы. Рассмотрена новая модель эндокринной подсистемы организма человека с заболеванием сахарного диабета и рекомендации применения инъекций для поддержания нормальной жизнедеятельности. Предлагаемая простая модель может быть оперативно использована для контроля состояния больного и расчета параметров внешних инъекций ( количество потребляемых с пищей углеводов и инъекции инсулина) и поддержания нормального состояния с использованием доступных мобильных средств измерения и оценки.
Пестерев Е.В., Клюшин Я.Г. - Моделирование принятия решения на основе анализа многомерных данных c. 54-65

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.3.18956

Аннотация: Использование методов обработки многомерных данных при принятии решения является неотъемлемой частью систем анализа бизнес-процессов. В предлагаемой работе авторами была поставлена задача анализа многофакторных задач исследования операций при заданном множестве альтернатив. Как следствие, в качестве предмета исследования выбран процесс принятия решения, основанный на анализе многомерных данных, полученных из статистики функционирования рассматриваемых систем. Сформулированную в терминах обработки статистических данных поставленную задачу предлагается исследовать с точки зрения более общего подхода, а именно в терминах теории распознавания образов и хемометрики. В статье предложены методы формирования и обработки статистических данных, которые заключается в формировании многомерной структуры данных с последующей ее обработкой производственной функцией (функцией уверенности). Исходные признаки, образующие обучающуюся выборку, предлагается анализировать с точки зрения принципа доминирующих мотиваций, математически сформулированного в работе как их взаимное влияние как друг на друга, так и на принимаемое решение. Для апробации методов проведена серия численных экспериментов, целью которой было сравнение как составленных алгоритмов, отражающих предложенный подход, с байесовским подходом, так и различных производственных функций между собой. Серия экспериментов заключается в распознавании среднего арифметического нескольких сгенерированных случайных чисел. В результате получены зависимости количества правильных ответов от определяющих параметров (количество объектов, количество признаков, величина обучающей выборки, количество возможных значений каждого признака). Полученные результаты демонстрируют лучшее качество классификации объектов с помощью предложенных методов над классификацией, произведенной с использованием вероятностного подхода. Полученные результаты могут быть использованы в широком спектре задач, не связанных непосредственно с принятием решения, предусматривающих свою постановку в терминах анализа многомерных данных.
Колесников А.Г. - Алгоритм определения оптимальных параметров тонкостенных пространственных конструкций c. 54-60

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.5.20500

Аннотация: Предметом исследования является алгоритм определения оптимальных параметров пологих тонкостенных пространственных геометрически нелинейных оболочек на упругом основании. Основное внимание уделяется подбору алгоритма оптимизации таких конструкций и адаптации его к решению задач нахождения оптимальных форм конструкций типа пологих оболочек с учетом нелинейности работы материала. А также демонстрации возможности достижения значительной экономии объема (веса) конструкций типа тонких пологих оболочек на упругом основании за счет изменения формы образующей и распределения толщины. Алгоритм оптимизации основан на модификации одного из методов случайного поиска, включающего в себя комбинацию градиентного и случайного поиска, а так же метод "оврагов". Алгоритм определения оптимальных параметров тонкостенных пространственных конструкций может быть использован для определения критической силы и напряжений для геометрически нелинейных пологих оболочек на упругом основании с переменной формой срединной поверхности при различных ограничениях. Новизна исследования заключается в применении комбинированного метода нахождения экстремума нелинейных функций с различными ограничениями.
Бородин А.В. - Технико-экономическое обоснование варианта резервирования сетевой компоненты отказоустойчивой масштабируемой вычислительной системы специального назначения c. 55-70

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.6.17523

Аннотация: Предметом исследования являются архитектурные аспекты построения отказоустойчивых масштабируемых вычислительных систем специального назначения. Объектом исследования являются принципы резервирования, которые могут быть использованы в сетевой подсистеме вычислительной системы в условиях существенной зависимости совокупной стоимости владения системой от степени деградации характеристик производительности. Автор рассматривает такие подходы к резервированию, как дублирование и троирование. Для принципа троирования в данном исследовании предложена новая концепция функциональной адаптации элементов избыточности. Особое внимание в работе уделяется исследованию зависимости меры риска «Value at Risk», характеризующей случайную величину совокупной стоимости владения вычислительной системой и определяющей максимально возможные потери на заданном уровне вероятности, от таких параметров системы, как количество функциональных групп хостов и степень влияния одиночных и групповых отказов на деградацию характеристик производительности. Для описания процесса риска в вычислительной системе использована нотация ординарных стохастических сетей Петри. Для вычисления меры риска «Value at Risk» на заданном интервале времени использованы методы алгебраической теории риска. Основным результатом проведенного исследования является обоснование продуктивности концепции троирования с функциональной адаптацией элементов избыточности при синтезе топологии сетевой подсистемы. Новизна исследования заключается в использовании методов алгебраической теории риска при синтезе оптимальных архитектур вычислительных систем на заданных дискретных множествах возможных решений.
Майер Р.В. - Использование вычислительных экспериментов при изучении волновых процессов в линейных и нелинейных средах c. 57-65

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.4.12683

Аннотация: В вузовском курсе физики рассматриваются различные волновые процессы: отражение и прохождение импульса через границу раздела двух сред, интерференция, распространение волны в диспергирующей среде, образование и взаимодействие солитонов. При этом важно, чтобы экспериментальные и теоретические методы изучения этих явлений сочетались с использованием компьютерных моделей, которые позволяют сформировать наглядный образ явления и проанализировать их протекание при различных условиях. Предметом исследования являются простые компьютерные модели и вычислительные эксперименты, позволяющие изучить волновые процессы в одномерных линейных и нелинейных средах. Применяются методы математического и компьютерного моделирования, которые состоят в построении математической модели и создании компьютерной программы, имитирующей изучаемое явление на основе численного решения соответствующей системы уравнений. Новизна работы состоит в том, что предлагаются три простые компьютерные программы на языке Pascal, моделирующие распространение импульса в одномерной среде, его отражение от границы раздела двух сред и прохождение во вторую среду, распространение волны в диспергирующей среде, образование различных солитонов и их взаимодействие. Анализ результатов компьютерного моделирования позволяет утверждать, что использование вычислительных экспериментов, основанных на моделировании одномерной среды системой связанных пружинных или математических маятников или решении уравнения синус-Гордона, действительно позволяют изучить волновые процессы на более высоком уровне, сформировать интерес к физике и информационным технологиям.
Майер Р.В. - Численный метод решения краевой задачи для колеблющейся мембраны c. 59-67

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.2.14454

Аннотация: В статье рассмотрен простой метод численного решения двумерного волнового уравнения, который позволяет промоделировать следующие явления: 1) распространение и отражение волн; 2) изменение длины волны при ее переходе из одной среды в другую; 3) интерференция волн от нескольких когерентных источников; 4) образование стоячей волны; 5) огибание волной препятствий, дифракция волн; 6) вынужденные колебания упругой пластины; 7) свободные колебания упругой пластины произвольной формы; 8) автоколебания упругой пластины. Используются метод математического моделирования, метод численного решения дифференциальных уравнений в частных производных, а также метод цветного отображения двумерных полей на экране. Новизна работы состоит в том, что в ней представлены две простые компьютерные программы, написанные в среде Free Pascal, позволяющие промоделировать достаточно большую совокупность явлений, связанных с распространение волн в двумерных средах и колебаниями упругой пластины. Предлагаемые программы могут быть использованы при изучении численных методов и основ компьютерного моделирования.
Роженцов В.В. - Технология оценки способности восприятия и оценки расстояния c. 61-66

DOI:
10.7256/2306-4196.2015.1.14038

Аннотация: Восприятие и оценка расстояния возможны как при зрении одним глазом (монокулярное зрение), так и обоими глазами (бинокулярное зрение). В последнем случае расстояние оценивается гораздо точнее. Вопросы восприятия и оценки расстояния актуальны при профотборе работников различных специальностей, в частности водителей автотранспортных средств, геодезистов, специалистов в области инженерной графики и изобразительной деятельности. Особенно важны эти способности при занятиях физической культурой и спортом, прежде всего в спортивных играх, единоборствах, спортивном ориентировании. Для их оценки предложено над горизонтальной поверхностью разместить видеокамеру и световые излучатели, управляемые компьютером. Световые излучатели создают на поверхности два световых пятна. Испытуемый размещается в середине линии, проходящей через центры световых пятен. Программно в течение заданного времени случайным образом изменяют площадь, направление и скорость перемещения световых пятен. Испытуемый оценивает трансформацию и перемещения световых пятен и меняет свое положение таким образом, чтобы оставаться в середине линии, проходящей через центры световых пятен. Трансформацию и перемещения световых пятен и испытуемого снимают видеокамерой, видеоизображение передают в компьютер, который периодически вычисляет положение середины линии, проходящей через центры световых пятен, и центра места положения испытуемого, расстояние между серединой линии и центром места положения испытуемого, среднеарифметическое значение вычисленных расстояний. По величине среднеарифметического значения оценивают способность восприятия и оценки расстояния человеком. Известные способы исследования способности воспринимать и оценивать расстояние предусматривают статическое положение испытуемого, что затрудняет их использование при профотборе для различных видов деятельности, в том числе в спорте.Предложенная технология ориентирована на оценку восприятия расстояния по результатам двигательных действий испытуемого, что характерно для многих видов деятельности.
Торопов Б.А. - Модель независимых каскадов распространения репоста в онлайновой социальной сети c. 61-67

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.5.20624

Аннотация: Статья посвящена вопросу моделирования распространения информации в онлайновых социальных сетях посредством механизма репостов. Автор рассматривает пороговую модель и модель независимых каскадов передачи-получения информации в сети. В контексте модели независимых каскадов предлагается способ оценки вероятности передачи информации для каждой пары связанных пользователей. Рассматриваются проявления видимой активности пользователей онлайновых социальных сетей, которые влияют на вероятность для конкретного пользователя прочесть информационное сообщение, опубликованное одним из его друзей и затем сделать его репост. Методология исследования связана с математическим моделированием социального процесса. Для построения модели используются элементы теории множеств, теории графов. Основным выводом является положение о том, что из двух родственных моделей (пороговая модель и модель независимых каскадов), которые являются частными случаями одной обобщенной модели, именно модель независимых каскадов наиболее точно отражает логику процесса распространения информации в онлайновой социальной сети путем репостов. Научная новизна работы заключается в том, что по ее результатам для модели независимых каскадов предложен способ оценки вероятностей передачи информации для каждой пары связанных пользователей.
Гатчин Ю.А., Поляков В.И., Скорубский В.И., Чебаненко А.А. - Модель эндокринной подсистемы c. 62-69

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.5.13295

Аннотация: На протяжении многих лет в медицине использовались различные средства, повышающие эффективность диагностики болезней: от обычного градусника до сложных измерительных приборов. В основе доказательной медицины лежит проверка эффективности и безопасности методик диагностики. Для этого необходимы математические методики оценки качества лечения и измерительные приборы. Диабет - массовое и неизлечимое заболевание, однако, с использованием самоконтроля и рекомендуемых в зависимости от типа заболевания методов и средств накопления базы данных о состоянии организма, расчёта параметров инъекций, можно поддерживать состояние близкое к нормальному, что крайне важно при современном ритме жизни. В данной статье, в результате анализа признаков изменения концентрации глюкозы в крови, предложена модель эндокринной подсистемы организма человека с заболеванием диабетом II-го типа. Модель не может быть исчерпывающей в свете большого разнообразия внешних и внутренних факторов, влияющих на состояние подсистемы и, следовательно, на общее здоровье человека и снижение угрозы опасных последствий. Однако, при известной объективности, модель может быть использована для расчета параметров внешних воздействий (калорийность питания и инъекции инсулина) для поддержания нормального состояния больного с использованием мобильных средств.
Апарцев О.Р. - Алгебра Теории Генерализации c. 65-90

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.3.12313

Аннотация: Статья продолжает обоснование нового философского взгляда на процессы Жизни и Сознания, использующего Популяционную Динамику в качестве главного механизма развития биологических, психических, социальных, и прочих систем. Работа является первым шагом в разработке математического анализа динамики популяционных объектов, с использованием Теории Амбивалентной Генерализации для создания операторного математического аппарата моделирования и исследования произвольных популяций. Простота и системность Теории позволяет не только решать качественные задачи в различных науках, но и представить модели естественных популяций с любой степенью приближения к оригиналу, если не учитывать ограничения на используемые вычислительные мощности и на познаваемость исходных параметров этих популяций. В работе принципиально не ищутся конкретные области применения новой Алгебры, для того, чтобы сосредоточить внимание именно на методической составляющей универсального подхода. Фактически, представлено весьма простое переложение теории Амбивалентной Генерализации на язык элементарных математических объектов, таких как, например, векторы, матричные формы и операторы над ними. Предполагается широкое поле применения новой Алгебры, и, если так случится, то это будет являться следствием универсальности Теории Амбивалентной Генерализации в описании законов развития популяций. В таком случае Алгебра Теории Генерализации одновременно станет шагом на пути придания математической основательности для всех биологических и социальных наук. Для дополнительного подчеркивания важности такого направления развития Теории Популяционной Динамики, необходимо сказать про один из основных выводов Теории Генерализации, который состоит в том, что развитие популяций, само по себе, является механизмом познания окружающего мира, и именно разработка Алгебры Теории Генерализации может стать новым инструментом материалистического научного знания.
Иванов К.В., Кошпаев А.А., Васяева Н.С. - Программная модель системы арбитража коммутатора PCI Express c. 66-75

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.4.12758

Аннотация: Предметом исследований является система арбитража потоков данных между портами коммутаторов современной последовательной шины PCI Express. Статья посвящена вопросам разработки модели данной системы. При построении модели принято допущение, что коммутационная матрица коммутатора является неблокирующей. Авторами даётся описание принципов функционирования программной модели, позволяющей исследовать алгоритм арбитража и зависимость характеристик потоков от различных факторов. На основе модели исследуется влияние числа виртуальных каналов и неравномерность загрузки входных портов коммутатора на объём буферной памяти арбитра портов и арбитра виртуальных каналов. В качестве метода исследований использовался вычислительный эксперимент на основе программной модели алгоритмов арбитража шины PCI Express. Разработанная модель базируется на концепциях и алгоритмах, регламентированных официальной спецификацией протокола шины PCI Express. Получена программная модель многоступенчатого арбитра коммутатора шины PCI Express, в которой варьируется множество параметров арбитража, характерных для реальной загрузки шины в кластерных системах. За счёт модульного принципа построения программную модель можно модифицировать и включать другие схемы приоритетов. Разработанная и описанная в статье модель может использоваться при построении структуры коммутатора, а так же при конфигурировании арбитра, что может быть полезно при создании кластерных систем с внешними коммутаторами PCI Express, нашедшими практическое применение относительно недавно. Так же модель может применяться для исследования самого протокола PCI Express.
Мухаметзянов И.З. - Идентификация структуры при компьютерном имитационном моделировании кластеров в нефтяных дисперсных системах c. 66-75

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.3.19244

Аннотация: Предметом исследования является идентификация кластерной системы в целом при компьютерном имитационном моделировании процесса кластер-кластерной агрегации. Объектом исследования является компьютерная имитационная модель образования-разрушения макромолекулярных кластеров для тяжелой нефти и остаточных продуктов переработки нефти. Автор подробно рассматривает такие аспекты темы как, построение значимых показателей для идентификации кластерной системы для имитационной модели кластер-кластерной агрегации. Рассмотрены два вида показателей – среднее статистическое рассеяния, характеризующее степень однородности кластеров и энтропии кластерной системы, характеризующая степень упорядоченности кластерной системы. Методика исследования основывается на проведении вычислительного эксперимента при различных значениях управляющих параметров модели и последующем статистическом анализе рассматриваемых показателей. Оценка качества интегральных показателей идентификации кластерной системы выполнена по критерию минимума коэффициента вариации и проверке статистических гипотез о значимом различии показателей при изменении управляющих параметров модели. По результатам вычислительных экспериментов для показателя статистического рассеяния по критерию минимума коэффициента вариации определена лучшая метрика – «коэффициент дивергенции». Показатели статистического рассеяния и энтропии кластерной системы позволяют проводить количественный анализ макроскопической структуры нефтяных систем путем имитационного моделирования роста кластеров при изменении физико-химических свойств рассматриваемой нефтяной системы и технологических параметров протекания процесса. В вычислительных экспериментах, моделирующих процесс термического крекинга и последующего термоконденсирования высококипящих фракций углеводородов нефти, установлены технологические параметры процесса, приводящие к росту мелких кластеров плотной структуры, и, наоборот, к крупным кластерам и менее плотной структуры. Указанные закономерности важны при последующем использовании крекинг остатков как сырья для получения нефтяного кокса заданной структуры для производства углеродной продукции.
Степанов П.П., Ежов А.К. - К вопросу о перспективах применения методов теории игр при проведении стратегического планирования c. 68-73

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.5.20418

Аннотация: Объектом исследования является стратегическое планирование в процессе управления, отмечена важность инноваций и место, которое занимает стратегическое планирование при переходе к инновационной экономике. Подробно рассмотрен основной инструмент проведения стратегического анализа – математическое моделирование.Сделан вывод о необходимости использования более гибкого математического аппарата. В качестве такого аппарата автор видит аппарат теории игр. При этом автором отмечено, что теория игр является очень сложной областью научного знания. И при её использовании особенно важно понимание границ её применения. Упрощенная интерпретация аппарата теории игр для решения конкретных задач может быть очень опасна. В качестве метода исследования был использован теоритический анализ. Были выделены и рассмотрены отдельные стороны, признаки и особенности математического моделирования в вопросах стратегического планирования. Основным выводом данной статьи является выделение и четкое обозначение перспективной области исследования. Поскольку перспективы и надежды, возложенные автором на аппарат теории игр для проведения стратегического планирования, направленного на переход к инновационной экономике, способны значительно повысить эффективность управления государственной экономикой и обеспечить её скорейший переход от ресурсозависимости к экономике производства.
Лабковская Р.Я., Козлов А.С., Пирожникова О.И., Коробейников А.Г. - Моделирование динамики чувствительных элементов герконов систем управления c. 70-77

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.5.13309

Аннотация: Данная статья посвящена разработке методов и алгоритмов нахождения собственных значений для анализа динамики и устойчивости чувствительных элементов герконов. Матрично-топологический метод, ориентированный на применение ЭВМ, использует для описания колебательных процессов балочных элементов микросенсоров и контактных сердечников (КС) герконов модель с сосредоточенными параметрами. Замена системы с распределенными параметрами эквивалентной моделью с сосредоточенными параметрами достигается применением метода Рэлея. В этом методе приходят к рассмотрению системы с большей жесткостью, чем данная, вследствие чего получается более высокая частота колебаний по сравнению с истинной. Разработана матрично-топологическая модель для частотного анализа сложнопрофильных и многозвенных ЧЭГ на основе перехода к системе с сосредоточенными параметрами, с использованием методов: электромеханических аналогий, Релея-Ритца и теории графов. На примере одной из трех конструкций колебательных систем герконов осуществлено сравнение теоретических результатов расчета собственных частот ЧЭГ, полученных матрично-топологическим методом, с соответствующими экспериментально полученными величинами при пьезоэлектрическом и оптическом методах исследования частотных спектров ЧЭГ. Корректность частотного анализа достигалась применением частотных фильтров Фурье.
Майер Р.В. - О применении вычислительных экспериментов при изучении физики c. 74-84

DOI:
10.7256/2306-4196.2014.6.13483

Аннотация: Рассматривается проблема использования учебных вычислительных экспериментов (УВЭ) при изучении физических явлений. Под УВЭ понимается эксперимент над математической моделью объекта, проводимый с помощью ЭВМ с целью обучения. Совокупность упрощенных вариантов научных вычислительных экспериментов, адаптированных к условиям обучения, образуют систему УВЭ. В статье проанализированы примеры использования учебного вычислительного эксперимента для: 1) изучения намагничивания ферромагнетика, получения кривой намагниченности и петли гистерезиса; 2) исследования хаотических колебаний маятника Дафинга, возникновения бифуркации при изменении профиля потенциальной ямы, изучения сечения Пуанкаре и эволюции фазового объема.  Применяются методы математического и компьютерного (имитационного) моделирования, предполагающие построение математической модели и создание компьютерной программы, имитирующей изучаемое явление на основе численного решения соответствующей системы уравнений. Новизна работы состоит в том, что в ней предложены четыре простые компьютерные программы на языке Pascal, позволяющие: 1) получить кривую намагниченности и петлю гистерезиса для ферромагнетка в изменяющемся магнитном поле; 2) промоделировать колебания маятника Дафинга; 3) изучить переход осциллятора в хаотический режим при изменении профиля потенциальной ямы; 4) получить сечение Пуанкаре и изучить эволюцию фазового объема для маятника Дафинга. 
Левина Т.М., Филиппов В.Н., Насырова Р.Т. - Построение математической модели информационно-измерительной системы контроля электрического тока и магнитного поля c. 292-309

DOI:
10.7256/2306-4196.2016.1.17675

Аннотация: Предметом исследования являются способы построения совокупности элементов, необходимых для существования и функционирования разрабатываемой математической модели информационно-измерительной системы контроля электрического тока и магнитного поля, а также численные методы построения модели информационно-измерительной системы (ИИС). На основе системного анализа мы рассмотрим технические характеристики информационно-измерительной системы контроля электрического тока и магнитного поля, способы построения ее математической модели с применением численных методов, точность которых позволит снизить погрешность измеряемых величин. Исследование строится на применении системного анализа, теории статистической оптики, теории систем и преобразований, теории электромагнитного поля, численных методов. Для большинства задач расчетная реализация полных математических моделей ИИС затруднительна по причине сложной структуры компонентов, реализующих систему, а также наличия факторов, влияющих на функционирование системы. В связи с этим для построения модели мы предпринимаем попытку определить зависимость между характеристиками и параметрами процесса преобразования входного сигнала измерительного компонента системы с учетом всех факторов.
Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"