НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

В работе обсуждается метод выбора рационального линейного порядка из набора допустимых альтернатив. Предлагается способ представления множеств перестановок высокой мощности в виде компактного набора частичных порядков, называемых στ-разложением. Несравнимые элементы разложения являются источником комбинаторного разнообразия допустимых альтернатив. Дополнительная порядковая информация, полученная от ЛПР, позволяет сократить пространство поиска лучшего линейного порядка и, за несколько итераций, получить лучшую альтернативу. Предложенная техника может быть использована для генерации рациональных проектных решений на стадии технологической подготовки производства.

В статье рассмотрена проблема вариативности произношения слов в задаче анализа и автоматического распознавания речи. Предложена для её решения адаптивная акустическая модель, определённая на множестве минимальных звуковых единиц (МЗЕ), объединённых в кластер-фонему по принципу минимума информационного рассогласования в метрике Кульбака-Лейблера. Разработан адаптивный алгоритм наполнения кластера МЗЕ по непрерывному речевому потоку на основе метода обеляющего фильтра. Представлен пример его практической реализации. В результате проведенного эксперимента были выбраны из общего списка фонем национального языка те фонемы, которые наиболее остро реагируют в своих реализациях на условия произнесения их диктором. Настраивая информационную систему на такие фонемы, мы гарантируем максимальную чувствительность нашего восприятия по отношению к эмоциональному и физическому состоянию диктора.

Рассматриваем алгоритм решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с предобуславливанием. Представляем параллельные алгоритмы и программы для графических процессорных устройств, реализующие основные операции этого алгоритма – операции умножения матрицы на набор векторов и решения блочно-треугольной СЛАУ. Приводим результаты широкого исследования эффективности предложенных алгоритмических и программных решений. Эти результаты показывают достаточно высокую эффективность разработанных алгоритмов и программ для умножения матрицы на набор векторов. Ускорение вычислений в этом случае составляет от четырех до шестнадцати раз. Алгоритмы и программы, предназначенные для решения блочно-треугольной СЛАУ, показали удовлетворительные результаты, которые позволяют ожидать приемлемого ускорения для практически значимых СЛАУ высокой размерности и при использовании профессиональных ГПУ. 

Рассматривается задача идентификации математической модели химической реакции. По заданным экспериментальным данным показателя изменения во времени концентрации веществ, взаимодействующих при химической реакции, строится математическая модель в форме системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Для построения модели, уточняющей закон Гульдберга – Ваага, используется метод сетевого оператора. В результате применения метода сетевого оператора получено уточнение закона в форме произведения полиномов от концентрации веществ, вступающих во взаимодействие при химической реакции синглетного кислорода.

В работе предложен метод построения блочных шифров, основанный на использовании обобщённых клеточных автоматов. В качестве структуры шифров используется схема Фейстеля, функция усложнения которой является псевдослучайной функцией, построенной с использованием обобщённого клеточного автомата, граф которого является графом Рамануджана. Проведено эмпирическое исследование статистических свойств построенных шифров, посредством применения тестов NIST, которое показало, что шифры обладают всеми необходимыми статистическими свойствами и неотличимы от псевдослучайных подстановок. Шифры, построенные с помощью разработанного метода, могут найти практическое применение в целом ряде задач обеспечения информационной безопасности.

Требования к энергоэффективному функционированию большинства переносных вычислительных систем постоянно растут. В данной работе описывается проектирование энергоэфективного программного обеспечения (ПО), и предлагаются метрики для анализа энергопотребления программных систем. Рассматриваются источники потребления энергии в цифровых схемах, приводятся доказательства того, что энергопотребление зависит в первую очередь от выполняемого ПО. Приводятся энергетические меры, которые формируют базу для определения программных энергетических метрик. Полученные метрики могут быть использованы для определения уровня энергопотребления любой программной системы.

В работе рассматривается математическое моделирование сложного каталитического процесса – процесса окислительной регенерации закоксованных катализаторов. Актуальность данной тематики обусловлена тем, что, процесс регенерации катализаторов имеет значение для химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, являясь неотъемлемым этапов любого каталитического процесса. Разработана виртуальная вычислительная лаборатория для проведения расчетов. Построена математическая модель процесса окислительной регенерации на кинетическом уровне, на единичном зерне катализатора, в неподвижном и движущемся слое контактного материал, приведены методы численного решения уравнений математического описания. Представлена архитектура спроектированной виртуальной лаборатории, назначение ее основных функциональных частей, описание разработанного программного комплекса, результаты вычислительного эксперимента и сделанные физико-химические выводы.

В статье рассматриваются методы математического аппарата и программно – математические средства для диагностики состояний биосистем. В данной работе описываются методы, которые условно можно разделить на следующие классы: исследование общей спектральной картины (Фурье – анализ, СПМ); исследование частотно-временных характеристик сигнала (вейвлет – анализ, скалограмма, скелетон, выделение сигнала из шума); исследование внутренней организации динамического ряда (методы нелинейной динамики, фрактальный анализ, R/S - анализ). Особое внимание уделяется методам нелинейной динамики, в частности, вычислению экспоненты Ляпунова, позволяющей идентифицировать два типа нерегулярностей: шум и хаос. Описывается взаимосвязь спектра Ляпунова и энтропий динамических систем. Также в статье приводятся выводы о персистентности исследованных физиологических систем.

Рассматривается задача оценивания области притяжения для линейной системы с фазовыми ограничениями. Доказано, что область притяжения линейной системы с выпуклой допустимой областью является выпуклым множеством, предъявлена функция Минковского искомого множества и предложен метод её вычисления. Предложен метод гарантированного оценивания искомой области выпуклым многогранником. Рассмотрен иллюстративный пример. Полученные в работе результаты могут использоваться при оценке областей притяжения для линейных систем с ограниченными ресурсами управления.

Решается задача построения формальной модели учебного плана и структуризация требований к минимуму подготовки специалиста. Предлагается ведение терминологического словаря, дающего базу для определения критериев эффективности разрабатываемых учебных планов. Приведены алгоритмы вычисления функции забывания термов. Рассмотрены вопросы оценки связности дисциплин и оптимизации последовательности модулей с целью максимизации значений функций научения по всем термам. Перечислены операции над дисциплинами, модулями и термами для реализации поисковых операций и операций по редактированию базы.

В статье рассматриваются вопросы формализованного описания процедур компьютерного контроля уровня знаний. Для адаптивного алгоритма предъявления тестовых заданий построена модель оценки его эффективности с точки зрения минимизации вероятности ошибочной классификации. Для решения данной задачи предлагается использовать аппарат марковских цепей, состояния которой соответствуют уровням сложности, а вероятности переходов вычисляются на основании логистической кривой Бирнбаума. Получены соотношения для стационарных вероятностей, которые показывают существенное преимущество адаптивных алгоритмов тестового контроля.

Работа посвящена задаче идентификации личности по голосу. Основное внимание уделено построению адаптивного классификатора характерных голосовых признаков на основе самоорганизующейся карты Кохонена. Представляем используемые алгоритмы обработки и классификации аудиосигналов, а также программную систему VOICE, реализующую эти алгоритмы. Приводим результаты исследований, подтверждающих эффективность принятых алгоритмических и программных решений. 

В работе рассматривается задача построения наблюдателя для дискретной динамической системы, заданной в пространстве состояний, на основе уже имеющегося произвольного компенсатора. В работе будет описана техника приведения произвольного динамического компенсатора к форме наблюдателя Люенбергера. Рассмотрены случаи компенсатров пониженного, повышенного и порядка объекта управления. Продемонстрирована справедливость принципа разделения для компенсатора повышенного порядка. Результаты работы позволяют получить оценку вектора состояния объекта управления из вектора состояния произвольного динамического компенсатора после применения к его реализации в пространстве состояний специального невырожденного преобразования  подобия.

В настоящей работе представлено решение задачи стабилизации заданного углового положения однозвенного манипулятора при неполном измерении вектора состояния. Рассматривался случай, когда измерениям доступна только угловая координата звена манипулятора. Синтез управления осуществлен при помощи раздельного построения стабилизирующей обратной связи по состоянию и наблюдателя с последующей подстановкой оценки состояния системы наблюдателем в обратную связь, а также с использованием метода обхода интегратора в наблюдателе. По результатам численного моделирования можно сделать вывод о приблизительно одинаковом при рассмотренных начальных данных и использовании одного и того же наблюдателя качестве переходных процессов системы с управлением, найденным при помощи метода обхода интегратора в наблюдателе, и управлением, основанном на принципе разделения и методе линеаризации обратной связью по состоянию. Возможной областью применения полученных в работе результатов является решение задач управления техническими системами в условиях неполноты измеряемой информации о состоянии системы.

В настоящей работе рассмотрено решение задачи стабилизации заданного углового положения однозвенного манипулятора в случае, когда измерениям доступна только угловая координата вала двигателя. Показано, что синтез стабилизирующих законов управления, так же как и в случае доступности измерениям только угловой координаты звена манипулятора, может быть осуществлен при помощи принципа разделения, а также метода обхода интегратора в наблюдателе. По результатам численного моделирования можно сделать вывод о приблизительно одинаковом при рассмотренных начальных данных и использовании одного и того же наблюдателя качестве переходных процессов системы с управлением, найденным при помощи метода обхода интегратора в наблюдателе, и управлением, основанном на принципе разделения и методе линеаризации обратной связью по состоянию. Возможность применения метода обхода интегратора к рассматриваемой задаче стабилизации позволяет решать данную задачу также и в случае наличия в системе возмущений и неопределенностей. Возможной областью применения полученных в работе результатов является решение задач управления техническими системами в условиях неполноты измеряемой информации о состоянии системы.

В статье рассмотрена задача управления самолетом в режиме дозаправки топливом в воздухе, приведены результаты полунатрного моделирования на полноразмерном стенде системы управления самолетом и летных испытаний. Результатом исследований явилась уточненная модель динамики объекта управления (самолета) и структура алгоритма комплексной системы управления самолетом в режиме дозаправки топливом в воздухе. Представленный алгоритм ручного управления обеспечивает требуемые характеристики управляемости самолета, что было подтверждено полунатурным моделированием и летными испытаниями, и может быть использован в составе системы управления самолетом. Дальнейшим развитием данного исследования будет разработка алгоритма автоматического управления самолетом при дозаправке топливом в воздухе.

В работе представлена методика построения псевдослучайных функций, основанная на использовании обобщённых клеточных автоматов. При этом, в качестве графов таких автоматов используется явная конструкция графов Рамануджана - графы Любоцкого-Филипса-Сарнака. Проведено эмпирическое исследование статистических свойств полученных псевдослучайных функций, посредством применения набора статистических тестов NIST. Предложенная методика может быть использована для построения S-блоков, предназначенных для применения в составе блочных шифров, хеш-функций, а также других криптографических алгоритмов и протоколов.

В работе приведен анализ среднего времени до срыва синхронизации дискретной системы фазовой автоподстройки (ФАП) с целью оптимизировать параметры фильтра в кольце регулирова­ния задержки, чтобы режим синхронизации сохранялся возможно бо­лее долго.          Определено оптимальное значение параметра системы и максимально достижимое среднее время до срыва синхронизации. Получено выражение для среднего времени до срыва синхронизма, которое устойчиво к любым предельным переходам, приводящим к понижению порядка системы, что не имеет места для ряда других методов расчета. Проведено сравнение полученных результатов для ФАП 2-го порядка разных типов.

Интеллектуальный мультимодальный интерфейс – это пользовательский интерфейс, который способен предоставлять пользователям возможность взаимодействия адекватно их модальностям, распознавать различные ситуации для достижения целей пользователей, создавать модели поведения пользователей и среды, в которой он функционирует, модифицировать модели поведения в соответствии с текущим состоянием пользователей и среды. Проектирование интеллектуальных мультимодальных интерфейсов связано с преодолением разработчиком целого ряда проблем и неопределенностей. Поэтому активно разрабатываются и исследуются формальные методологии проектирования интеллектуальных мультимодальных интерфейсов, которые включают в себя иерархическую совокупность взаимосвязанных формальных моделей и операций над ними, позволяющих решать весь комплекс задач проектирования и сопутствующей автоматизации. В данной работе развивается процессно-ориентированный подход к формальному недетерминированному проектированию интеллектуальных мультимодальных интерфейсов с использованием понятий нечетко выполняемых процессов. Рассматривается метод выбора варианта проекта интеллектуального мультимодального интерфейса. Описывается визуальный язык представления процессов применительно к разработке интеллектуальных мультимодальных интерфейсов.

Рассматриваются вопросы моделирования процессов в новых типах демпфирующих устройств, рабочим телом в которых служит двухфазная система: пористое тело – несмачивающая его жидкость. На основе теории гетерогенных пористых систем с фазовыми превращениями предложена математическая модель нестационарных процессов, возникающих в гетерогенном рабочем теле амортизатора. Сформулированы специальные задачи для вычисления микро- и макропараметров демпфирующей системы. Разработаны численные методы решения этих задач.