НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Рассматривается задача моделирования информационных рисков в автоматизированных системах. Показывается, что перспективным подходом является применение нечётких моделей, поскольку при их разработке требуются значительно меньшие объёмы информации о моделируемой системе. Выполняется анализ различных типов нечётких моделей, выделяются их особенности. Делается вывод о том, что для оценки информационных рисков в большей степени подходит модель Мамдани. Предлагается совмещение нечёткого и нейросетевого моделирования – создание нейро-нечётких сетей путём преобразования нечёткой модели Мамдани в самообучающуюся нейронную сеть, действующую на основе аппарата нечёткой логики и нечётких множеств. Приводится пример нейро-нечёткой сети для оценки информационных рисков.

Работа выполнена в контексте исследований по разработке методов построения онтологических баз знаний, ориентированных на поддержку принятия решений в корпоративных информационных системах. Рассматривается подход к поиску решений в базах знаний с использованием метаданных документа. Метаданные документов, а также поисковые запросы представляются в виде фреймов паттернов проектирования и паттернов запроса соответственно. Слоты этих паттернов соответствуют ролям концептов используемой онтологии. Указанные роли разбивают концепты онтологии, документа и запроса к базе знаний на кластеры. Определены семантические сети этих кластеров, так что поисковые образы документа и запроса представляются в виде совокупности семантических сетей, соответствующих слотам паттерна проектирования и паттерна запроса. Релевантность документа оцениваем совокупностью метрик, формализующих близость указанных семантических сетей. Работа содержит постановку задачи многокритериальной оценки релевантности документов корпоративной онтологической базы знаний, а также адаптивный метод решения этой задачи.

В статье рассмотрена методика решения обратной задачи динамики с помощью систем моделирования сложных технических объектов. Даны математические основы ее решения. Задача решается в два этапа. На первом этапе осуществляется численное моделирование механической системы при заданном внешнем воздействии в виде зависимости координат положения некоторых элементов системы от времени. При этом фиксируются взаимные перемещения точек приложения исполнительных механизмов. На втором этапе ранее приложенные воздействия снимаются. Выполняется моделирование системы под воздействием определенных на первом этапе перемещений в исполнительных механизмах, при этом замеряются создаваемые ими усилия. Приводится пример решения обратной задачи для трипода.

Рассматриваем задачу многокритериальной оптимизации. Полагаем, что решением задачи является ее множество Парето. Перспективным методом решения задачи многокритериальной оптимизации является метод адаптивных взвешенных сумм (Adaptive Weighted Sum (AWS) method). Как и классический метод суммы взвешенных критериев (Weighted Sum method), основанный на аддитивной свертке частных критериев оптимальности, данный метод также использует такую свертку. Однако метод AWS предполагает адаптацию весовых коэффициентов в процессе итераций на основе информации о текущем положении подобласти поиска. Для сокращения затрат на вычисление значений критериальных функций метод AWS использует метамодели этих функций. Результаты наших исследований показали, что метод AWS обеспечивает высокое качество Парето-аппроксимации в случае выпуклого, хотя, быть может, и несвязного фронта Парето. Для задач, имеющих вогнутый фронт Парето, метод не всегда обеспечивает удовлетворительное качество решения или обеспечивает его, но при значительном числе итераций. В некоторых случаях метод дает недопустимые решения, обусловленные используемым способом учета ограничений на текущую подобласть поиска. Данная работа имеет целью преодоление указанных недостатков метода AWS. Даем постановку МКО-задачи и представляем базовые методы ее решения. Рассматриваем несколько предложенных нами модификаций метода AWS. Приводим краткое описание разработанного программного обеспечения, которое реализует метод AWS и его модификации. Представляем результаты исследования эффективности указанных модификаций метода AWS.

В статье предлагается математическая модель на основе ориентированного графа, которая позволяет применить количественных подход к оценке рисков информационной безопасности и обнаружению уязвимостей в сетевых информационных системах, что является важным этапом при проектировании систем защиты информации. Также предложены функция полезности для оценки атак и эвристика на её основе для применения алгоритма информированного поиска с ограниченной памятью SMA*. Результаты, представленные в статье, могут использоваться при аудите безопасности информационных сетевых систем и планировании защитных мероприятий.

Рассматривается задача создания иерархического представления компьютерной сети для проведения многомасштабного анализа. Исходная проблема сводится к задаче об оптимальном покрытии множества (SCP) и, в силу NP-сложности, требует применения приближенных эвристических алгоритмов. В работе для её решения предложен подход на основе рекуррентных искусственных нейронных сетей Хопфилда, а также их комбинации с алгоритмом имитации отжига (так называемая "машина Больцмана"). При построении уровней иерархии используется жадный алгоритм. Эффективность предложенного подхода проверена на тестовых задачах из OR-Library. Подход может быть полезен при построении систем анализа трафика и обнаружения аномалий в компьютерных сетях.

Статья посвящена семейству поточных шифров, основанных на обобщенных клеточных автоматах и расширяющих графах. Приведены данные по производительности и эффективности аппаратной реализации поточных шифров из этого семейства, основанной на программируемых логических интегральных схемах фирмы Altera (с использованием языка VHDL). Произведено сравнение этих показателей с аналогичными показателями поточных шифров, победивших на конкурсе eSTREAM. По результатам испытаний, производительность шифров из семейства GRACE--S значительно (до 60 раз) превосходит производительность лучших известных аналогов.

В данной статье представлен анализ существующих алгоритмов поиска ближайших соседей, описан оригинальный алгоритм поиска ближайших соседей, разработан параллельный алгоритм поиска ближайших соседей в радиусе, описана реализация алгоритма, с использованием параллельных вычислений, приведены эксперименты по оценке производительности программной реализации алгоритма. Предлагаемое решение представляет собой библиотеку, написанную на языке программирования C++. Область применения такой библиотеки – это системы, работающие в области геокоординат, моделирование движения жидкости и другие области, трерующие нахождение соседних объектов среди большого количества данных.

Рассмотрена возможность применения  согласованной фильтрации сверхширокополосных сигналов. Предельно достижимые характеристики СШП систем делают их привлекательными для многих областей применения: в системах передачи данных, медицинских системах, охранных, радиолокационных  и др. Обработка возможна с применением специальных устройств фильтрации, созданных на базе нерегулярных линий передачи с Т-волной, в частности согласованных фильтров, чему и посвящена настоящая статья. Для сверхширокополосного зондирующего сигнала длительность много меньше, чем длительность отраженного от цели сигнала, и поэтому ее  можно принять за период дискретизации. В этом случае возможно применение предварительной согласованной фильтрации отраженного сигнала с последующей традиционной обработкой.

На основе геометрического подхода предлагается метод решения терминальной задачи для многомерных аффинных систем. Задача решается в предположении, что система может быть преобразована к регулярному квазиканоническому виду. Сформулировано необходимое и достаточное условие существования решения для преобразованной системы. Доказано достаточное условие разрешимости терминальной задачи для таких систем квазиканонического вида, у которых размерность нелинейной подсистемы не превышает размерность управления. Предъявлен алгоритм построения решения терминальной задачи для данного класса систем. Приведен числовой пример, иллюстрирующий работу алгоритма.

В статье обсуждается новый подход к описанию механических связей, доставляющих элементам машины или прибора определенность положения в составе технической системы. Отношение базирования, существующее между деталями любой машины или прибора, рассматривается как многоместное и представляется в виде гиперграфа. Математическим описанием сборки изделия служит последовательность стягиваний вершин гиперграфа. Предлагаются необходимые условия стягиваемости графов такого типа. Вводится новая структура – решетка всех s-множеств. Показано, что эту решетку можно использовать для генерации различных проектных решений на этапе технологической подготовки сборочного производства.

В настоящей работе для продольной динамики ракеты класса «воздух-воздух» представлено решение задачи отслеживания задаваемого системой наведения на цель программного изменения угла атаки. Синтез управления осуществлен при помощи метода обхода интегратора. Рассмотрена модель продольной динамики, учитывающая динамику управляющих органов ракеты, а также зависимость аэродинамических коэффициентов от модуля угла атаки. По результатам численного моделирования можно сделать вывод о работоспособности алгоритма управления, основанного на рассмотренной в работе упрощенной модели продольной динамики. Возможной областью применения полученных в работе результатов является решение задач управления техническими системами.

Сформулирована постановка задачи оптимизации микроструктуры композиционного материала,  представляющая собой  задачу минимизации плотности композита при заданных ограничениях на компоненты эффективных тензоров упругости, теплопроводности, и эффективные пределы прочности композита. Предложен метод решения задачи оптимального проектирования композиционного материала, армированного микросферами, и предназначенного для создания тепловой защиты. Для расчета эффективных характеристик  композитов – тензоров модулей упругости и теплопроводности, а также  пределов прочности,  используется  метод асимптотического осреднения (метод гомогенизации), для решения локальных трехмерных задач  теплопроводности и теории упругости на ячейках периодичности  композита  используется метод конечного элемента. Реализация метода конечного элемента осуществлена с помощью программного комплекса GCD, разработанного на кафедре ФН-11 МГТУ им.Н.Э. Баумана. Для решения задачи оптимизации использован метод типа Хука-Дживса. Проведена численная реализация разработанного метода оптимизации микроструктуры на примере композита основе стеклянных микросфер.

Рассматриваем ко-эволюционный алгоритм глобальной оптимизации Co-PSO, основанный на алгоритме роя частиц. Представляем MatLab-комплекс программ, реализующих этот алгоритм. Комплекс предполагает параллельное (на логическом уровне) функционирование заданного числа алгоритмов PSO, которые используют различные топологии соседства частиц и/или различные значения своих свободных параметров. Представляем результаты широкого вычислительного эксперимента по исследованию эффективности алгоритма Co-PSO и реализующего его программного обеспечения. В эксперименте использованы тестовые функции Розенброка, Химмельблау и Растригина. Результаты исследования показывают превосходство алгоритма Co-PSO над каноническим алгоритмом PSO. С помощью алгоритма Co-PSO решена трехкритериальная задача оптимального управления космическим аппаратом на этапе его спуска в атмосфере Земли. Использованы методы аддитивной скалярной свертки и сведения задачи оптимального управления к задаче нелинейного программирования.

В статье рассматривается метод идентификации линейного динамического звена с известной передаточной функцией по экспериментальному частотному годографу, содержащему случайные погрешности измерений. В качестве модели принимается передаточная функция звена.  Решение задачи идентификации авторы предложили искать в классе годографов, задаваемых моделью звена. Поиск неизвестных коэффициентов передаточной функции модели звена осуществляется путем минимизации предложенной авторами меры близости экспериментального годографа звена и годографа модели звена. В результате, решение задачи идентификации было сведено к решению системы линейных уравнений. Иллюстративный вычислительный эксперимент для звена второго порядка показал, что погрешность определения значений коэффициентов передаточной функции сравнима с диапазоном погрешности измерений экспериментальных отсчетов годографа этого звена.

Системы регистрации телеметрической информации (ТМИ) обычно разрабатываются для отображения, предварительной обработки и записи поступающего потока данных измерений на какой либо носитель информации в режиме реального времени. Если в состав системы входит компьютер, то носителем информации может быть его жесткий диск или, например, флэш память. Тогда поток ТМИ записывается на диск как обычный файл. Процесс регистрации может быть достаточно длительным, и объем принимаемой информации настолько большим, что для экономии места на диске желательно такие файлы сжимать и помещать их в файлы архивы. Для постобработки и просмотра ТМИ, часто требуется обеспечить произвольный доступ к данным записи хранящимся в архивах. Иными словами требуется выполнить чтение данных из любого произвольно заданного места файла архива. Применяемые стандартными архиваторами (zip, gzip, rar) методы сжатия данных без потерь не вполне отвечают этому требованию. Они рассчитаны на последовательную распаковку данных, когда сжатый файл может быть распакован только с начала. Для небольших файлов это не имеет значения, так как распаковка выполняется быстро и результат распаковки можно кэшировать в оперативной памяти. Однако, если размер файла ТМИ составляет более сотни мегабайт, динамическая распаковка данных от начала файла до нужного места, становится неэффективной. В этой работе предлагается метод увеличения скорости чтения данных из произвольно выбранного места архивного файла телеметрической информации большого размера (более 100 Мбайт) созданного алгоритмом deflate, за счет добавления к файлу архива, дополнительной служебной информации. Описан практический вариант реализации алгоритма с помощью модифицированной библиотеки zlib.

В статье рассматриваются вопросы статистического анализа базы данных поставок комплектующих и запчастей сети ремонтных предприятий автомобильной промышленности. Выполнена апробация методов регрессионного, дисперсионного, корреляционного, факторного и других методов многомерного статистического анализа. Найдены некоторые закономерности по формированию заказов, позволяющие более обоснованно построить процедуры прогноза объемов поставок. вопросы статистического анализа базы данных поставок комплектующих и запчастей сети ремонтных предприятий автомобильной промышленности.

В статье рассматриваются вопросы обеспечения надежности эксплуатации транспортных машин. Показано, что техническое обслуживание (ТО) и ремонт оказывают существенное влияние на затраты, связанные с обеспечением работоспособности машин. В статье предлагается методика предупредительных замен, которая переносит часть возможных ремонтных работ в плановое техническое обслуживание. Это решение способствует повышению надежности в процессе эксплуатации машины, но увеличивает расходы на плановое ТО. В работе описана оптимизационная модель, которая позволяет найти рациональный объем предупредительных замен.

Рассмотрена трехмерная аффинная система, которая описывает работу химического порционного реактора с трехкомпонентной рабочей смесью. Для этой системы исследуется задача терминального управления с ограничениями на переменные состояния. Решение терминальной задачи базируется на использовании метода орбитальной линеаризации, с помощью которого исходная задача преобразуется в терминальную задачу для двумерной нестационарной системы канонического вида. Для преобразованной задачи терминального управления получены условия существования решения, а также предложен метод его нахождения. Работоспособность предложенного метода проиллюстрирована результатами математического моделирования.

Рассматриваются вопросы введения в образовательный процесс единой технологии отбора студентов в магистратуру на примере создания мультиагентной системы (МАС). Проектируемая МАС решает три задачи: определение оптимального профиля магистратуры на основе анализа компетентностной модели выпускника-бакалавра, классификация студентов на группы в зависимости от уровня их мотивации и индивидуальных результатов подготовки в бакалавриате, а также формирование образовательного маршрута магистра при наличии несформированных компетенций бакалавра, необходимых для дальнейшего обучения. Приведена архитектура МАС. Описаны функции и способ взаимодействия агентов.