Архив рубрики: 2018 год

ПРОГРАММНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА ФАЗОВОЙ ТРАЕКТОРИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАЧЕСТВЕННОЙ ТЕОРИИ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ ОРГАНИЗАЦИИ В СФЕРЕ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНЫМ ХОЗЯЙСТВОМ)

УДК 519.688: 332.87

А.А. Попов , А.О. Кузьмина


Целью статьи является совершенствование инструментальных средств для автоматизации качественного исследования динамической системы и прогнозирования значений параметров, характеризующих деятельность организаций в сфере экономики (в частности, в сфере управления жилищно-коммунальным хозяйством). В работе решается задача автоматизации анализа фазовой траектории динамической системы (организации по управлению жилищно-коммунальным хозяйством) с использованием положений качественной теории динамических систем. Актуальность задачи обусловлена недостаточным уровнем автоматизации качественного исследования динамических систем в сфере экономики с экономической интерпретацией результатов исследований. Использованные в статье методы качественной теории динамических систем позволяют прогнозировать состояние динамической системы без проведения численного моделирования (например, интегрирования системы дифференциальных уравнений, являющейся моделью динамической системы). В статье представлена методика, в соответствии с которой проводилось исследование фазовой траектории динамической системы с использованием программного приложения. Выявлены типы фазовых точек в фазовых плоскостях в соответствии с характером поведения проекции фазовой траектории в окрестности проекции фазовой точки. На примере анализа фазовой траектории, характеризующей деятельность организации по управлению жилищно-коммунальным хозяйством, продемонстрированы возможности программного приложения, которые предусматривают построение проекций фазовой траектории на три фазовых плоскости. Установлено, что в фазовых плоскостях отсутствуют состояния равновесия типа «устойчивый узел» и «устойчивый фокус», но присутствуют состояния равновесия типа «неустойчивый узел», «неустойчивый фокус» и «седло». Приведен пример обнаружения «области притяжения» фазовой траектории в фазовой плоскости. Определены типы «областей притяжения» и дана экономическая интерпретация «областям притяжения». Сформулированы основные направления совершенствования функциональных возможностей разработанного программного приложения. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов, занимающихся прогнозированием состояния предприятий в экономике и, в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Ключевые слова: организация, управление, жилищно-коммунальное хозяйство, программное приложение, автоматизация, прогнозирование, качественное исследование, динамическая система, фазовая траектория, фазовая точка .

Полный текст статьи:
PopovKuzmina_4_18_1.pdf

АВТОМАТИЗАЦИЯ СРАВНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ

УДК 004.89

Н.А. Вайнгольц, Г.А. Верещак, Д.М. Коробкин, С.А. Фоменков


Эксперту патентного ведомства для установления уникальности патентируемой технологии необходимо провести сравнение патентной заявки с документами патентного массива и удостовериться в отсутствии полных аналогов изобретения. При анализе патентов химических классов требуется сравнивать химические формулы, которые могут быть приведены в различных форматах: MOL, InChi, SMILES, структурная формула, молекулярный отпечаток. В данной работе описывается разработка программного модуля, автоматизирующего процедуры конвертации различных способов формализации химической формулы, сравнения формул химических соединений в патентной заявке и документах патентного массива, выявления патентов-аналогов на основе результатов сравнения химических соединений, содержащихся в патентах. Сравнение химических формул производится на основе вычисления схожести молекулярных отпечатков с использованием коэффициента Танимото. Коэффициент схожести патентов вычисляется на основе максимальных значений коэффициента Танимото для набора сравниваемых химических соединений из патентов. Программный модуль реализован на языке Java с использованием технологии Spring Framework, СУБД H2 и библиотеки Chemistry Development Kit (CDK). Реализованный программный модуль показал высокую эффективность (высокая полнота и точность поиска патентов-аналогов на основе химических формул, низкие значения потери информации и информационный шум) при проверке на тестовом патентном массиве.

Ключевые слова: химическая формула, SMILES, InChi, MDL Molfile, молекулярный отпечаток, анализ патентного массива, коэффициент Танимото.

Полный текст статьи:
VayngoltsSoatori_4_18_1.pdf

ОЦЕНКА СРЕДНЕГО ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕНЗОРНОГО АНАЛИЗА

УДК 621.391

Д.Ю. Пономарев


Инфокоммуникационные сети представляют собой телекоммуникационные сети, предназначенные для целей передачи информационных потоков различного рода. Для оценки качества обслуживания данных потоков в инфокоммуникациях используются различные характеристики, к которым также относится и среднее время задержки, максимальное значение которого определяется международными стандартами. В работе представлены результаты применения методов тензорного анализа к задаче оценки среднего времени задержки в инфокоммуникационных сетях с целью определения уровня качества предоставления услуг в данных сетях. Основные положения применения тензорного анализа к задаче моделирования инфокоммуникационных сетей позволяют использовать узловой и контурный методы для реализации тензорного подхода к оценке вероятностно-временных характеристик исследуемых сетей. Разработанная с использованием тензорной методологии узловая модель инфокоммуникационной сети в качестве исходных данных рассматривает интенсивности трафика и интенсивности обслуживания, что совпадает с основными параметрами, задаваемыми при анализе инфокоммуникационных сетей. Контурная модель инфокоммуникационной сети, несмотря на сложности в выборе исходных данных, демонстрирует хорошие возможности по оценке среднего времени задержки «в целом» для маршрута передачи информации по сети. По представленным в работе результатам моделирования инфокоммуникационных сетей можно сделать вывод о том, что необходимо узловой и контурный метод тензорного анализа использовать совместно. Узловой метод обеспечивает возможность расчета загрузки каждой системы сети с учетом топологии и влияния нескольких источников, а контурный метод на основе результатов, полученных узловым, позволяет определить среднее время задержки для маршрута передачи информации по сети.

Ключевые слова: тензорный анализ сетей, инфокоммуникационная сеть, качество обслуживания, вероятностно-временные характеристики, среднее время задержки.

Полный текст статьи:
Ponomarev_4_18_1.pdf

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИВЕЙВЛЕТНОЙ ПОЛИМОРФНОЙ СЕТИ

УДК 006.72

С.Н. Верзунов, Н.М. Лыченко


Для прогнозирования нестационарных временных рядов существует много методов и моделей, однако, проблема точности и адекватности прогноза таких рядов по-прежнему является актуальной. В настоящей статье предложена новая модель прогноза, основанная на мультивейвлетной сети с дополнительными настраиваемыми параметрами, названной полиморфной. Эффективность предложенной модели сравнена с хорошо известными моделями прогноза временных рядов: моделью авторегрессионного интегрированного скользящего среднего, многослойным персептроном и гибридной моделью, комбинирующей обе указанные модели. В качестве экспериментальных данных были использованы три реальных, хорошо известных в статистике временных ряда: данные о солнечных пятнах Вольфа, данные о популяции канадской рыси и данные об обменном курсе британского фунта к доллару США. Сравнение показало, что предложенная модель прогноза на основе мультивейвлетной полиморфной сети обладает меньшей ошибкой прогноза для всех рассмотренных рядов. Это достигнуто благодаря введению дополнительных настраиваемых параметров в вейвлет-сеть, которые позволяют лучше адаптироваться к нестационарной природе временных рядов. Кроме того, наличие в структуре предложенной вейвлет-сети прямых связей между вейвлет-нейронами входного и выходного слоев улучшает ее прогностические свойства для временных рядов, имеющих линейную составляющую. Предложенная технология может быть использована для прогноза временных рядов, генерируемых динамически-ми процессами различной физической природы.

Ключевые слова: прогнозирование, нестационарные временные ряды, мультивейвлетная сеть, дополнительные настраиваемые параметры, ARIMA-модель, искусственная нейронная сеть, гибридная модель.

Полный текст статьи:
VerzunovLychenko_4_18_1.pdf

ПОСТРОЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ВЫЯВЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ В ЗАШУМЛЕННЫХ ДАННЫХ

УДК 519.7

Л.А. Лютикова

В работе предложен логический подход к анализу качества данных для решения задач машинного обучения. При разработке алгоритмов машинного обучения часть исходных данных решаемой задачи объединяют в обучающую выборку. Как правило, качество этих данных не вляется идиальным, и это дастаточно острая проблема возникающая при построении обучающих систем распознавания. Так как построение модели распознования является результатом последовательного предъявления исходного набора данных, то их некорректность может существенно искозить конечную модель, что скакжется на результатах работы алгоритмов распознования. Данные, которые вносят искажения при построении модели называют выбросами. Причиной возникновения выбросов являются помехи аппаратуры, неверная интерпритация эксперта, шумы и т.д. В связи с этим возникает задача анализа данных на предмет выявления выбросов и ослобления их влияния на процесс формирования (обучения) рабочей модели. В то же время важно отделять индивидуальные особенности распозноваемых объектов от аномальных данных. В настоящей работе предложены логические методы анализа данных, позволяющие провести классификацию данных. В качестве функции классификатора строится функция, которая является логической комбинацией продукионных правил. Она решает ряд проблем, строит все возможные классы, выявляет индивидуальные характеристики объектов, входящих во множество данных, выявляет объекты и их признаки, которые являются выросами. Основываясь на результатах работы построенного классификатора можно выявленные подозрительные объекты дополнительно исследовать на предмет принадлежности множеству выбросов с учетом полученной оценки. Предложенный подход позволяет не только произвести обучающей выборки на классы, но и выявить выбросы, объекты, которые не могут выступать в качестве эталонов обучающей выборки. Предложенный в настоящей работе метод может служить основой для построения процедуры, повышающей информативное качество обучающей выборки в исследуемой предетной области.

Ключевые слова: объект, класс, база знаний, выбросы, информативный вес.

Полный текст статьи:
Lyutikova_4_18_1.pdf

ТЕОРЕТИКО-ГРАФОВЫЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ АКТОР-СЕТЕЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

УДК 519.179:316.2

А.А. Целых, М.А. Дедюлина


В работе представлены результаты исследования в области моделирования актор-сетей с использованием содержательных теоретико-графовых формализмов, таких как гиперграфы, ориентированные гиперграфы, гиперсети, метаграфы и вложенные метаграфы. Объектом исследования являются, прежде всего, актор-сети социотехнических систем в исследованиях науки и технологий. Авторы проводят параллель между семантикой фундаментального механизма перевода в актор-сети и семантикой RDF-графа, представляемого кортежем из трех элементов. Для моделирования «перевода» в актор-сети предлагается использовать 3-униформный ориентированный гиперграф. Его ориентированные гиперребра компактно и естественным образом отражают роль каждой вершины-актанта, а также концепцию направленности перевода. Для моделирования «черного ящика» в актор-сети, «упаковывание» которого равносильно возникновению новой функциональной единицы с новым названием, с качественно новыми, эмерджентными свойствами, предлагается использовать гиперсети и вложенные метаграфы. В терминах теории гиперсетей «черный ящик» актор-сети – это гиперсимплекс, реальный ассамбляж в основании которого отображается в вершину в сети более высокого уровня. За счет возникновения гиперсимплексов при переходе между уровнями обеспечивается системное свойство эмерджентности. Модель вложенного метаграфа допускает связи как между элементами одного уровня, так и между элементами различных уровней, что позволяет наделить «черный ящик» агентивностью и в дальнейшем рассматривать его в качестве актанта в актор-сети. Предлагаемые теоретико-графовые модели позволяют системно изучать актор-сети с использованием богатого математического аппарате теории множеств (в том числе нечетких), что позволит в ближайшей перспективе перейти от качественных исследований к количественным. .

Ключевые слова: акторно-сетевая теория, исследования науки и технологий, гиперсеть, метаграф, социосемантическая сеть.

.

Полный текст статьи:
TselykhDedyulina_4_18_1.pdf

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОПИСАНИЙ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ИЗ РУССКОЯЗЫЧНЫХ ПАТЕНТОВ

УДК 004.89

С.С. Васильев, А.А. Харитонов , Д.М. Коробкин, С.А. Фоменков


Задача автоматизации синтеза инновационных решений в области технических систем и технологий является одной из наиболее приоритетных проблем науки. Авторы работы предлагают осуществлять автоматизацию важнейших, начальных этапов проектирования новых технических систем и технологий на основе актуализируемых баз знаний, полученных из мирового патентного массива, в том числе из патентной базы РосПатента. Согласно методу морфологического анализа и синтеза предполагается, что из некоторого технического решения (патента) извлекаются основные структурные признаки (функции технических объектов), на основе которых ищутся альтернативные варианты. Все полученные признаки сводятся в морфологическую таблицу, комбинируются, что дает множество новых решений. В данной работе описывается процесс разработки модуля извлечения описаний технических функций из российских патентов. Была сформирована грамматика представления описаний технических функций в текстах русскоязычных патентов согласно модели «Действие-Объект-Условие»; разработаны алгоритмы первичной обработки патентного массива, извлечения технических функций посредством анализа деревьев зависимостей, формирования морфологической таблицы. Работоспособность программного модуля, состоящего из блока обработки патентного массива; блока сегментации текста патентной формулы; блока семантического анализа текста; блока извлечения описаний технических функций; блока представления результатов обработки патентного массива, была проверена на ряде тестовых задач.

Ключевые слова: технические функции, обработка естественно-языковых текстов, патенты, РосПатент, Link Grammar Parser, грамматика.

Полный текст статьи:
VasilyevSoavtori_4_18_1.pdf

ОПТИМИЗАЦИЯ МАРШРУТА ПЕРЕХОДА СУДНА С УЧЕТОМ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЕНИЯ

УДК 004.8

В.М. Гриняк, Д.А. Акмайкин , В.И. Люлько


Работа посвящена проблеме обеспечения безопасного движения судов на морских акваториях. Особое место в рамках этой проблемы занимает задача планирования пути движения судна: траектории на локальной акватории и маршрута перехода от порта отправления к порту назначения. Цель планирования траектории движения судна на локальной акватории – обеспечение навигационной безопасности коллективного движения судов с учётом их координат, скоростей и курсов. Целью планирования маршрута перехода является оптимизация движения с различными критериями: кратчайший путь, кратчайшее время, минимальный расход топлива и т.п. В предлагаемой статье рассматривается задача планирования маршрута перехода с учётом опасности, которую представляет морское волнение при его воздействии на суда основных классов. В основу математической модели задачи положена интегральная оценка степени воздействия морского волнения на судно по пути следования судна к месту назначения. Ставится задача по минимизации этого воздействия. При этом метрикой, характеризующей степень опасности морского волнения, выступают известные отраслевые представления, описываемые диаграммой штормования судна на попутном волнении. С целью сокращения вычислительной сложности до приемлемых значений исходная оптимизационная задача сводится к задаче поиска кратчайшего пути на взвешенном графе. В работе рассматриваются способы разбиения участка поверхности акватории вершинами графа, определения множества рёбер графа и поиска кортежа вершин, обеспечивающего кратчайший путь на заданном графе с учётом принятой метрики.
Статья сопровождается результатами расчётов маршрутов перехода в водах Северной Атлантики в условиях штормовой погоды на основе реальных данных о параметрах морского волнения. Показано, что предложенный способ нахождения безопасных маршрутов позволяет сформировать систематизированное представление о степени потенциальной опасности, «поджидающей» судоводителя по пути следования судна к точке назначения.

Ключевые слова: безопасность судовождения, морское волнение, траектория движения, диаграмма штормования, кратчайший путь.

Полный текст статьи:
GrinyakSoatori_4_18_1.pdf

ГРАММАТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ И АНАЛИЗУ ЦЕЛЕЙ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

УДК 519.76

А.В. Ганичева, А.В. Ганичев


Актуальность исследования обусловлена сложностью и важностью проблемы определения и описания целей в учебном процессе. Важность решения данной проблемы определяется тем, что без правильной постановки и согласования целей образовательной организации невозможно функционирование ни одного учебного заведения. Реализуемый в настоящее время в системе образования компетентностный подход выдвигает новые, повышенные требования к целеполаганию, включая конечную результативность поставленных целей. Для описания иерархической структуры целей необходима их формализация (построение математической модели целей). В настоящее время не существует универсального метода разработки таких моделей. В статье излагается метод описания и анализа целей учебного процесса с помощью математического аппарата формальных КС-грамматик. В качестве примера применения разработанного метода построена грамматика для описания целей кафедр в рамках межпредметного обучения. Показан пример вывода грамматической цепочки для куста зависимостей. Построено дерево синтаксического подчинения. Материалы статьи представляют практическую ценность, так как могут найти применение не только в учебном процессе и других областях социальной сферы (культуре, здравоохранении и т. д.), но и в системах производственно-экономической сферы.

Ключевые слова: цель, задача, формальная грамматика, куст зависимостей, дерево вывода, дерево синтаксического подчинения.

Полный текст статьи:
GanichevaGanichev_4_18_1.pdf

БИФУРКАЦИИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ С УДАРАМИ ДВУХМАССОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

УДК 531.391

О. В. Любимцев, О. Л. Любимцева


Проблемы динамики и устойчивости виброударных систем сегодня составляет самостоятельный раздел прикладной теории колебаний. Интерес к этим проблемам обусловлен в первую очередь широким использованием в практике машин и технологий, использующих систематические ударные взаимодействия в качестве основы рабочих процессов. Вибромолоты, виброударный инструмент, демпферы ударного действия, дисковые тормоза, машины для виброударных испытаний, устройства вибротранспорта штучных и массовых грузов, вибросепарации, объемной виброобработки ‒ вот далеко не полный перечень, который дает представление о многообразии технологических использований виброударных систем и о круге вопросов, требующих применения теории этих систем. Виброударные системы по сравнению с обычными колебательными системами имеют дополнительные параметры, характеризующие для одномерных систем зазоры в ударных парах и коэффициенты восстановления скорости при ударе. Ранее одним из авторов были найдены условия существования и устойчивости периодических движений тела, двигающегося горизонтально с помощью ленточного механизма за счет силы сухого трения, расположенного внутри контейнера, который совершает прямолинейные гармонические колебания. Указанная модель и ее частные случаи отражают динамику как систем с ударными взаимодействиями, так и систем с трением. Отметим так же, что таким неавтономным системам с одной степенью свободы присущи и некоторые свойства многомерных систем. В данной работе исследуется эволюция периодических движений с ударами в зависимости от одного из параметров (остальные параметры считаем фиксированными) и проводится общий анализ бифуркации удвоения периода для периодических движений с двумя ударами.

Ключевые слова: динамическая система, точечное отображение, периодическое движение, устойчивость, бифуркация.

Полный текст статьи:
LubimzevLubimzeva_4_18_1.pdf