ivdon3@bk.ru
Исследование представляет обширный анализ методов низкоуровневой оптимизации алгоритма умножения матриц для вычислительных систем с общей памятью. Опираясь на сравнение различных подходов, включая блочную оптимизацию, параллельное выполнение с OpenMP, векторизацию с AVX и использование библиотеки Intel MKL, выявляются значительные улучшения в производительности полученных программных реализаций. В частности, блочная оптимизация сокращает количество кеш-промахов, параллелизм эффективно задействует многоядерность, а векторизация и Intel MKL демонстрируют максимальное ускорение за счет более эффективных программных оптимизаций. Полученные результаты подчеркивают важность тщательного выбора оптимизационных методов и их соответствия архитектуре вычислительной системы для достижения требуемых параметров эффективности проектируемого программного обеспечения.
Ключевые слова: низкоуровневая оптимизация, блочная оптимизация, параллельное выполнение, OpenMP, векторизация, AVX, Intel MKL, производительность, бенчмаркинг, умножение матриц
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
В работе предложен новый подход к расчету экспресс оценки состояния технических устройств, уменьшающий субъективную составляющую. Рассмотрен конструктивный подход к оценке показателей технического состояния (ТС) сложных технических систем на основе модифицированного метода анализа иерархий и индекса ТС (далее ИТС) оборудования, который определяется на основе весов и ИТС основных узлов рассматриваемого оборудования. ИТС основных узлов рассчитывается исходя из сравнительных характеристик параметров работы оборудования в процессе его эксплуатации, а веса узлов определяются на основе методов матрицы парных сравнений (метод Саати) и степени важности линии (метод DIL - Degree Importance Line). Экспериментальные расчеты показали хорошие результаты и возможность использования для расчетов ИТС технических систем.
Ключевые слова: техническое состояние, индекс технического состояния, сложная техническая система, техническое обслуживание и ремонт, метод анализа иерархий, метод DIL, конструктивный метод оценки технического состояния, алгоритм экспресс оценки технического состояния
Реализована задача разработки программного модуля, осуществляющего формирование карты оптимального раскроя металлического проката на основе результатов расчетов стержневых конструкций. Рассматриваемый алгоритм учитывает такие особенности задачи оптимизации раскроя, как учет ширины лезвия, возможность использования половины размера проката, поддержка оптимизации нескольких сечений, сварка деталей в случае превышения длины заготовки. Программный модуль разработан с использованием языков JavaScript и C#. Возможность автоматической генерации карт раскроя на основе результатов оптимизации стержневых конструкций повышает эффективность проектирования строительных конструкций.
Ключевые слова: проектирование в строительстве, стержневая конструкция, вычислительная система, web-разработка, оптимальный раскрой, металлический прокат, карта раскроя
2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В статье исследуется проблема создания моделей полета самолета в среде Simulink. Рассмотрены системы отсчета, в которых проводятся преобразования. Приводятся уравнения движения, используемые в простейших преобразователях. Определены начальные условия для уравнений: скорость тела, угловая ориентация положения тела по тангажу, угол между вектором скорости и телом, скорость вращения тела, исходное положение, масса и инерция тела, источник гравитации, ускорение из-за гравитации, снаряжённая и полная масса тела, скорость воздушного потока, инерции пустого и полного тела, траектория полёта и пр. Проведен анализ преобразователей аэродинамических сил и моментов в траекторию движения в составе аэрокосмического пакета в среде Simulink. Даются рекомендации по их применению для различных целей моделирования. Представлены результаты моделирования простого преобразователя с тремя степенями свободы.
Ключевые слова: моделирование, MatLab, Simulink, уравнения движения, аэродинамический момент, траектория полёта, преобразования координат, система отсчета, степени свободы
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В данной работе рассматривается проблема удаления шумов из изображения на основе алгоритма дискретно-косинусного преобразования (ДКП). Несмотря на свою простоту, алгоритм до сих пор пользуется популярностью в преобразовании изображений. Тем не менее с недавних пор идет сильное развитие сверточных нейронных сетей, оставляя позади «традиционные» методы обработки сигналов. В данной работе исследуется шумоподавление изображений при помощи ДКП и сверточных нейронных сетей и создание интерпретируемой сверточной нейронной сети для получения точных данных. За основу был взят язык программирования Python и библиотека для работы с нейронными сетями – PyTorch. Исходя из этого, модель нейронной сети была обучена на наборе данных «The Berkeley Segmentation Dataset». Эксперименты показали, что обученная нейронная сеть показывает результаты, сопоставимые с традиционными алгоритмами шумоподавления изображений.
Ключевые слова: шумоподавление, сверточная нейронная сеть, дискретно-косинусное преобразование, машинное обучение, обработка сигналов, оператор Кэнни
Исследуется Simulink модель легковесного самолета в составе пакета Aerospace Blockset, включающая системную модель самолета, модель окружающей среды, модель воздействий пилота, блок визуализации. Рассмотрена структура модели полёта и детально раскрыты модели воздействий окружающей среды и ветра, состоящей из блоков физических особенностей местности, моделей ветра и модели атмосферы, гравитационной модели, в каждую из которых задается высота Блок Wind Shear Model вычисляет величину сдвига ветра как функции высоты и измеренной скорости ветра. Блок Discrete Wind Gust Model определяет результирующую скорость ветра как функцию от пройденного расстояния, амплитуды и длина порыва. Уравнения турбулентности соответствуют спецификации MIL-F-8785C, описывающий турбулентность как случайный процесс, определяемый спектрами скоростей. Представлены результаты моделирования, отражающие изменение траектории движения при различных ветровых воздействиях, задаваемых в блоке градиента скорости ветра.
Ключевые слова: моделирование, полет самолета, Simulink, Aerospace Blockset, боковой ветер, турбулентность, уравнения турбулентности, гравитационная модель, траектория движения.
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В рассматриваемой работе разработана математическая модель движения тела, состоящего из пластинки и стержня, которое можно ассоциировать с парапланом или дельтапланом. Тело совершает плоскопараллельное планирование в квазистатической среде. Получены уравнения движения тела, которые возможно решить только численно. Решены уравнения равновесия и получены основные стационарные режимы движения тела. основным результатом является режим наиболее пологого планирования тела. В системе компьютерной математики матлаб написан комплекс программ, который ищет численное решение и выводит траектории. Моделируется движение рассматриваемых режимов и смотрится устойчивость основных режимов с помощью численных расчетов.
Ключевые слова: тело, режим планирования, устойчивость, геометрические размеры
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.5.16 - Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Нельзя представить настоящее время без программного обеспечения. Огромные потоки информации проходят через компьютерные вычислительные системы. Совершенно невозможно обработать неструктурированные бесконечно поступающие данные, поэтому необходимо выделять конкретные задачи и подготавливать информацию к обработке. Одним из подобных действий является дедупликация. В данной статье рассматриваются возможные оптимизации метода удаления дубликатов с использованием баз данных.
Ключевые слова: дедупликация, база данных, поле, строка, текстовые данные, запрос, программное обеспечение, неструктурированные данные
В статье рассматриваются стандартные модели мемристоров на основе диоксида титана. Мемристор похож на резистор с памятью и демонстрирует нелинейную характеристику сопротивления, при которой параметр заряда является переменной состояния. Они могут быть использованы для создания новых видов электронных устройств с высокой энергоэффективностью и производительностью, а также для создания машин, которые могут учиться и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды и во многих практических приложений: память для хранения данных (двоичная и многоуровневая), переключатели в логических электронных схемах, пластичные компоненты в нейроморфных системах искусственного интеллекта, построенных на базе наноэлектронных компонентов. Было показано, что при подаче напряжения на заряженные ионы начинают дрейфовать, и граница между двумя областями смещается. Когда к мемристору прикладывается синусоидальное переменное напряжение заданной частоты, форма вольт-амперной характеристики (ВАХ) напоминает диаграмму Лиссажу с центром в начале координат.
Ключевые слова: мемристор, модель, воль-амперная характеристика, нелинейность
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
Технология струйной цементации грунтов – это метод укрепления слабых или сильно обводнённых грунтов в строительстве, заключающийся в нагнетании в скважину цементного раствора под высоким давлением для разрушения структуры грунта и одновременного перемешивании его частиц с цементным раствором. В результате образуется единая грунтоцементная масса, которая обладает заранее заданными улучшенными прочностными и деформационными характеристиками. Технология струйной цементации грунтов имеет большой потенциал для развития и применения в различных отраслях строительства, например, для строительства зданий, дорог, мостов и других сооружений в различных инженерно-геологических условиях. Развитие технологии струйной цементации приведет не только к расширению области ее применения, но и сможет повысить конкурентоспособность на рынке строительных услуг.
Ключевые слова: буровая установка, трубчатые анкеры, грунтоцемент, грунтоцементные сваи, струйная цементация грунтов, JetGrouting
Статья посвящена разработке математической модели и программного комплекса, предназначенных для автоматизации научных исследований в области анализа новостей финансовой отрасли. Авторы предлагают подход, основанный на использовании методов теории графов для выявления наиболее значимых научных гипотез, используемых методов, а также полученных качественных и количественных результатов научного сообщества в данной области. Предложенная модель и программный комплекс позволяют автоматизировать процесс научных исследований, что способствует более эффективному ее анализу. Результаты исследований могут быть полезны как для профессиональных участников финансовых рынков, так и для академического сообщества, поскольку выявление наиболее цитируемых и фундаментальных работ служит отправной точкой любой научной работы.
Ключевые слова: программный комплекс, моделирование, теория графов, новостные потоки, фондовый рынок РФ, акции, граф цитирований
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
Обсуждается качество обучения неполносвязных нейронных сетей, основанных на корнях принятия решений. На примере ограниченных данных о пациентах с клинически диагностированной болезнью Альцгеймера и условно здоровых пациентов путем предобработки данных найден корень принятия решений и соответствующая структура нейронной сети. Впервые демонстрируются результаты обучения неполносвязной искусственной нейронной сети данного типа. Результаты обучения такого типа нейронных сетей позволили в условиях ограниченных данных найти нейронную сеть, обладающую приемлемым уровнем точности для практического применения полученной нейронной сети для поддержки принятия врачебных решений – в рассматриваемом примере для диагностики болезни Альцгеймера.
Ключевые слова: нейронные сети, механизмы комплексного оценивания; корни принятия решений, деревья критериев, матрицы свёртки, предобработка данных
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 3.1.24 - Неврология
Одним из направлений, позволяющим повысить эффективность работы низкоорбитального спутникового интернета в условиях деструктивных воздействий является использование систем OFDM, поддерживающих режим скачкообразной смены частоты (ССЧ). Очевидно, что эффективность противостояния помехам, которые формируются средствами радиоэлектронной борьбы (СРЭБ), во многом определяется алгоритмом выбора рабочих частот. В работе предлагается реализовать блок ССЧ на основе SPN-шифра «Кузнечик», который обеспечивает высокую стойкость к подбору рабочей частоты со стороны СРЭБ. Однако при возникновении сбоев и отказов в работе такого блока передатчик и приемник, работающие в режиме ССЧ, не смогут наладить передачу информации. Для решения данной проблемы в статье предлагается использовать полиномиальные модулярные коды классов вычетов (ПМККВ). Однако проведенный анализ известных алгоритмов коррекции ошибок в ПМКВ показал, что их нельзя применять для повышения надежности работы блока ССЧ на основе SPN-шифра «Кузнечик». Целью работы является разработка алгоритма коррекции ошибок в кодах ПМККВ с минимальной избыточностью, применение которого позволит повысить отказоустойчивость систем OFDM за счет устранения последствий сбоев и отказов в работе блока ССЧ.
Ключевые слова: системы OFDM, поддерживающие скачкообразную смену частоты, методы генерации псевдослучайных чисел, SPN-шифр Кузнечик, полиномиальные модулярные коды классов вычетов, алгоритм коррекции ошибки
В условиях быстрой урбанизации общества моделирование процессов устойчивого развития городов привлекает значительное внимание ученых. В данной статье представлено исследование нечетких когнитивных карт (НКК) как междисциплинарной модели для имитации процессов городского развития. Это подчеркивает универсальность НКК в интеграции экспертных знаний и количественной оценке влияния показателей, которые формируют городское пространство, от инфраструктуры и жилья до экологической устойчивости и благополучия общества. В исследовании используется синтез обширного обзора литературы и экспертных мнений с целью создания и уточнения когнитивной карты, адаптированной для развития муниципальных образований. Изложенная методология формулирует систематический подход к выбору концептов, присвоению весов и проверке модели. Благодаря сотрудничеству с межотраслевыми экспертами, исследование подтверждает ценность НКК для выявления каскадных эффектов в процессе принятия решений при формировании стратегий развития города. Признавая ограничения, присущие экспертным методам и нечеткий характер данных, авторы приводят доводы в пользу эффективности НКК не только в выявлении, но и в решении возникающих проблем урбанизации. В конечном счете, эта статья привносит детальный взгляд на дискурс стратегического планирования, поскольку авторы выступают за использование НКК в качестве инструмента поддержки принятия управленческих решений, который может помочь руководящим органам в обеспечении устойчивого и справедливого городского будущего.
Ключевые слова: нечеткие когнитивные карты, городское развитие, городское планирование, устойчивая урбанизация, экспертные системы, благополучие общества
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 2.3.4 - Управление в организационных системах
Предметом данной статьи является разработка шаблона поведения с элементами ИИ для бота-противника в однопользовательской игре Steal Tower. Суть, которой собрать ресурсы для постройки башни быстрее противников. Для создания иллюзии того, что против игрока играют такие же люди, разработана имитационная стохастическая модель на основе метода Монте Карло для цепей Маркова. На основе результатов ее испытаний определены сбалансированные параметры системы, которые внедрены в поведенческий шаблон бота, который реализован с помощью перечисления Enum AIStates состоящего из пяти состояний: Idle (бездействие), GoTo (движение) и GoToWarehouse (возврат к складу), Win (победа), Loose (подсчет очков). В каждом из них разработаны функции для оптимального поведения бота приведенные в статье. Так для состояния GoTo созданы функции, анализирующие выгоду от разного типа поведения: украсть или собрать, или дойти до склада или до башни.
Ключевые слова: игровой интеллект, поведенческий шаблон, эмуляция живого мира, сценарий поведения бота, структура состояний, цепи Маркова, метод Монте Карло, имитационная модель, среда Unity, язык C#
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами