Архив рубрики: Технические системы

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТАЛЛО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДХОДА

УДК 629.7.05

И.Я. Львович, А.П. Преображенский, О.Н. Чопоров, Е Ружицкий


В состав современных радиопередающих устройств могут входить антенны, сформированные как из металлических, так и диэлектрических компонентов — металлодиэлектрические антенны. Они являются достаточно компактными и могут размещаться на различных объектах техники. В работе проведено моделирование металлодиэлектрической антенны на основе комбинированного подхода. Приведена схема построения антенны в разных плоскостях. Рассмотрен процесс рассеяния плоской электромагнитной волны на антенне. Разработан комбинированный алгоритм, включающий метод интегрального уравнения, параллельный подход и генетический алгоритм. В работе интегральное уравнение применяется для того, чтобы определить неизвестные поверхностные электрические токи на поверхности антенны, оно решается на основе метода моментов. Для ускорения расчетов использовался параллельный алгоритм. Матрица импедансов представляется как блочная. Для каждого из блоков применяется свой параллельный поток. При учете влияния на рассеянное поле плоского диэлектрического волновода используется метод, связанный с обобщенной матрицей рассеяния. Для решения задачи многоальтернативной оптимизации, связанной с определением линейных размеров антенного устройства при заданной рабочей частотой антенны, используется генетический алгоритм. В результате получены размеры спроектированной антенны для заданных размеров входящих в ее состав компонентов.

Ключевые слова: антенна, интегральное уравнение, параллельные вычисления, оптимизация, генетический алгоритм.

Полный текст статьи:
LvovichSoavtors_4_18_1.pdf

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНО-СТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

УДК 621.9.047

В.П. Житников, Н.М. Шерыхалина , А.А. Соколова


Предлагается способ определения формы обрабатываемой поверхности (анода) электрод-инструментом (катодом) при моделировании предельно-стационарного электрохимического формообразования. Задача сводится к решению краевой задачи для определения двух аналитических функций комплексного переменного. Первая функция производит конформное отображение области параметрического переменного на физическую плоскость. Для ее определения используется интеграл Шварца и сплайн-интерполяция. Для определения потенциала и функции тока осесимметричного поля используются интегральные преобразования второй аналитической функции. Аналитическая функция определяется в виде суммы двух слагаемых. Первое слагаемое учитывает особенности функции, так, чтобы вторая функция особенностей не имела. Вторая функция определяется с помощью интеграла Шварца. Производится интерполяция сплайн-функциями, при этом коэффициенты сплайнов являются производными этих функций, с помощью которых вычисляются составляющие вектора напряженности. Предельно-стационарная осесимметричная задача решается методом коллокаций. Показано, что в предельно-стационарном режиме на обрабатываемой поверхности образуются две зоны: зона растворения материала заготовки с постоянным значением модуля напряженности электрического поля и зона отсутствия растворения, где модуль напряженности меньше критического значения. Представлены результаты численного решения. Проведена оценка погрешности полученных результатов. Проведено сравнение с результатами решения плоской задачи, показавшее их качественное совпадение.

Ключевые слова: электрохимическая обработка, осесимметричная задача, выход по току, предельно-стационарное решение.

Полный текст статьи:
ZhitnikovSoavors_4_18_1.pdf

КРИТЕРИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ КВАЗИЛИНЕЙНЫХ РЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

УДК 519.862.6

М. П. Базилевский


Часто при выборе наилучшей в некотором заданном смысле регрессионной модели таковой оказывается нелинейная регрессия. Например, при реализации технологии «конкурса» моделей наилучшей может оказаться регрессия, относящаяся к классу квазилинейных. Достоинством квазилинейных регрессий является возможность их оценивания с помощью обычного метода наименьших квадратов. Но полученным при этом оценкам параметров квазилинейной модели редко удается дать какую-либо содержательную интерпретацию. В итоге построенную регрессию при условии, что она обладает высоким качеством аппроксимации, можно использовать только для получения прогнозов, что существенно снижает её практическую значимость. Данная работа посвящена проблеме оценивания степени нелинейности квазилинейных регрессионных моделей. На основе коэффициента Джини разработан критерий нелинейности по площади. Также представлен его аналог – критерий нелинейности по длине. Данные критерии нелинейности позволяют оценивать степень нелинейности как однофакторных, так и многофакторных квазилинейных регрессий. Показано, каким образом при низкой степени нелинейности можно интерпретировать параметры квазилинейной регрессии. Рассмотрен конкретный численный пример оценивания степени нелинейности однофакторных квазилинейных регрессий. Разработанные критерии можно использовать при организации технологии «конкурса» моделей для контроля степени их нелинейности.

Ключевые слова: квазилинейная регрессия, «конкурс» моделей, интерпретация регрессии, кривая Лоренца, коэффициент Джини, критерий нелинейности.

Полный текст статьи:
Bazilevskiy_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

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

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КОДА ДЛЯ СОЗДАНИЯ САМОАДАПТИВНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

УДК 004.4

А.М. Бершадский, А.С.Бождай , Ю.И. Евсеева,А.А. Гудков


В статье рассмотрены вопросы разработки методов динамического анализа кода для создания самоадаптивных программных систем. На сегодняшний день предпринято не так много попыток создания универсального теоретического аппарата синтеза самоадаптивных приложений, в то время как само направление исследований актуально: свойство самоадаптации позволит повысить качество разрабатываемого программного обеспечения и сократить временные и трудовые затраты на его разработку. Предлагаемый в работе подход развивает концепцию рефлексивной самоадаптации, предложенной в более ранних работах авторов. Центральной идеей нового подхода является разработка нового универсального метода самоадаптации программных систем, основанного на совместном использовании технологии динамического анализа кода и элементов теории трансляторов. На протяжении жизненного цикла программы осуществляется протоколирование вызовов основных функций, а затем на основе записанных вызовов строится множество динамических графов вызовов. Это множество становится основой более сложной структуры данных, используемой для анализа поведения системы. В такой структуре каждая вершина графа вызовов, представляющая собой функцию, имеет привязку к абстрактному синтаксическому дереву, которое является описанием действий, производимых функцией. Путем дальнейшего исследования полученной структуры данных находятся переменные, влияющие на результат выполнения программы. Дальнейший процесс самоадаптации заключается в варьировании значений данных переменных. Реализация полученных теоретических результатов может найти широкое применение в разработке самоадаптивных систем широкого круга, но в особенности, адаптивных тренажеров и обучающих приложений.

Ключевые слова: динамический анализ кода, граф вызовов, абстрактное синтаксическое дерево, интеллектуальный анализ данных, программная инженерия, самоадаптивные программные системы.

Полный текст статьи:
BershadskySoavtori_4_18_1.pdf

АЛГОРИТМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОМЕРНЫХ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ С УЧЕТОМ ОТСРОЧЕННОГО ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

УДК 681.3

И.Н. Крючкова, Е.Е. Красновский , Е.В. Болнокина, О.Я. Кравец


Исследованы модели и методы нейросетевого моделирования динамики на основе анализа многомерных временных рядов с учетом отсроченного влияния значимых факторов. В связи с невозможностью одновременного определения оптимального временного лага и обучения сети необходимо рассматривать нахождение многомерного лага как отдельную оптимизационную задачу. Изложена математическая постановка задачи построения нейросети для ненулевого запаздывания, приведено описание особенностей оптимизации величины запаздывания для одной независимой переменной (входа), конкретизирована информационная база моделирования и прогнозирования и нейросетевые алгоритмы обработки данных, проведена алгоритмизация множественного регрессионного анализа с оптимизацией вектора запаздываний для значимых факторов. Принципиальная возможность применения анализа чувствительности для нахождения оптимального многомерного временного лага была подтверждена в ходе вычислительного эксперимента. Анализ чувствительности проводился на тестовых данных, полученных расчетом значений наборов функций нескольких переменных с известным запаздыванием по некоторым переменным. Анализ ошибок обучения, обобщения и прогнозирования на исходных и смещенных рядах позволил сделать вывод о существенном снижении ошибки обучения и ошибки прогнозирования на смещенных рядах при практически неизменной ошибке обобщения, что свидетельствует об эффективности предложенного алгоритма и отсутствии структурных эффектов в изменении качества прогноза.

Ключевые слова: математическое моделирование, нейронные сети, запаздывание, прогноз.

Полный текст статьи:
KryuchkovaSoavtori_4_18_1.pdf