Том 6 Номер 1

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Физико-математическая информатика с цепочкой

В. Ф. Очков*, М. Нори**, Н. А. Очкова***
*Национальный исследовательский университет «МЭИ»
**Италия, Пинето
***Московский государственный лингвистический университет
Аннотация. В статье описана учебная лабораторная работа (реальная и виртуальная) в русле междисциплинарных связей на стыке информатики, математики и физики: исследование статического и динамического провисания замкнутой цепи с различными точками опоры, а также качание цепи как маятника. Описана технология компьютерной обработки фото- и видеосъемки физического эксперимента с последующим обсчетом медиафайлов на компьютере. Обсуждается недавно открытая константа — цепное число π (1.258... — оптимальное отношение длины цепи к расстоянию между точками ее крепления, а также граница между двумя формами провисания замкнутой цепочки на двух «гвоздях»). Найдена и исследована новая физико-математическая константа 50.34...º— критический угол провисания замкнутой цепи на равнобедренном треугольнике («на гардеробных плечиках»). Описана связь этой константы с задачей о равновесном положении замкнутой цепи на прямом круговом конусе. Оценены подходы и сделана попытка численного решения задачи о маятнике-цепи с различным числом звеньев. Исследована применимость компьютерного инструмента «оптимизация с ограничениями» для решения задач теоретической механики. Подчеркивается важность использования единиц измерения при решении на компьютере физических задач. Обсуждается методика преподавания в школах и вузах курсов математической физики, физико-математической информатики и дифференциальных уравнений.

Построение моделей движения объектов в задаче преследования. Решение в системе вычислительной математики Mathcad

А. А. Дубанов
Бурятский государственный университет
Аннотация. В статье изложено описание разработанных моделей поведения объектов в задаче преследования, как и преследующего, так и преследуемого. Целью проведенных исследований является разработка алгоритмов для автономных робототехнических комплексов. В предлагаемых моделях поведения вводятся локальные динамические системы координат, которые формируются направлением движения объектов. В течение определенного промежутка времени объект должен принять решение, в каком направлении он должен двигаться в зависимости от результата анализа координат второго объекта. В силу того, что объект при перемещении в пространстве не может мгновенно производить смену направления движения, в наших задачах «инертность» моделируется при помощи угловой скорости вращения. По предлагаемым моделям поведения объектов в задаче преследования написаны программы в системе компьютерной математики Mathcad, с которыми можно ознакомиться на сайте автора. В результатах работы программ получены анимированные изображения движения объектов, ссылки на которые приводятся в тексте статьи.

Применение мультимедийных технологий в курсе начертательной геометрии

А. Ю. Горячкина, И. А. Горюнова, О. М. Корягина
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Аннотация. Рассматривается вопрос о необходимости использования современных мультимедийных технологий в курсе начертательной геометрии. Специфика этой дисциплины заключается в том, что почти весь лекционный материал представлен в виде сложных для понимания студентов графических рисунков. Показаны преимущества применения мультимедийных технологий в учебном процессе и эффективность их использования во время лекций и семинаров. В виде примера применения мультимедийных технологий представлена презентация лекции на тему «Поверхности».

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Корпоративные информационные системы: проблемы и перспективы

А. Б. Петров
МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. Рассматриваются перспективы развития корпоративных информационных систем и проблемы, с этим связанные. Исследование коснется ряда аспектов корпоративных систем: больших данных, хранения результатов, интеграции разнородных систем, идентификации объектов, использования технологий искусственного интеллекта, проблем настройки и обучения, автоматических объектов, интернета вещей. Также будут рассмотрены вопросы проектирования систем, использования наследуемых решений, особо будут отмечены опасности всеобщей автоматизации, проблема выявления и устранения ошибок. Во введении отмечено, что корпоративные информационные системы занимают важное место в жизни человека. Ставится задача провести анализ основных тенденций развития корпоративных информационных систем, определены примерные контуры новых информационных технологий, реализуемых на их основе, оценены возможные проблемы. Отмечены перспективы развития и возникающие проблемы генерации и хранения больших массивов данных, особо отмечена проблема хранения неструктурированных данных. При вводе данных на естественном языке отмечены основные проблемы, связанные с качественным распознаванием речи, вместе с тем, общее понимание того, как это сделать есть. При организации хранения данных выделены технологии автоматического устранения ошибок, возникающих при хранении. Отмечена важность интеграции систем, а также важность разработки соответствующих интерфейсов. Показана важность технологий обучения, которое должно быть правильным, эффективным и развивающим и не должно запоминать неэффективные решения. Важным будет обеспечение надежного, с точки зрения сохранности и безопасности, хранения данных. Существенно изменятся технологии распознавания объектов на основе непосредственного считывания визуальной информации, отмечены организационные и технические проблемы. Показано, что современные системы как занимающиеся проектированием, так и являющиеся продуктом проектирования немыслимы без встроенных технологий искусственного интеллекта. Выделена как самостоятельная часть внедрение технологий автоматического управления транспортным средством, отмечен ряд организационных проблем. Определены перспективы САПР. Использование мощных библиотек, интеграция аппаратного и программного проектирования, применение интеллектуальных технологий является ближайшей перспективой САПР. Отмечена возможность наследования решений для сокращения сроков разработки и уменьшения затрат ресурсов. В заключение показано, что перечисленные перспективы не исчерпывают весь спектр возможных решений, а сформулированные проблемы не исчерпывают весь перечень проблем, однако достижение поставленных целей в полной или в частичной мере позволит расширить применение современных и перспективных информационных технологий в различных сферах нашей жизни.

Анализ взаимного влияния информационных потоков в магистральном интернет-канале

С. В. Поршнев, Д. А. Божалкин, Е. В. Овечкина
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Аннотация. Обсуждаются результаты исследования влияния информационных потоков в магистральном интернет-канале, проведенного на основе анализа 15-и минутных дампов интернет-трафика, находящихся в свободном доступе в архиве MAWI [1]. При этом выделены три класса информационных потоков, в зависимости от объемов переданной данными потоками информации: «Мыши», «Мулы» и «Слоны». В соответствие с авторской методикой для каждого из выбранных классов потоков получены случайные последовательности (СП) Ni, Vi, Ṽi, содержащие упорядоченные во времени значения количества пакетов и объемов информации, переданных в течение заданного временного интервала, а также среднего объема переданной информации, приходящейся на один пакет. Продемонстрировано, что вопреки устоявшимся представлениям, фрактальными (самоподобными) свойствами обладают не СП Ni, Vi, Ṽi, но их накопленные суммы и получены оценки их показателей Херста. Построены регрессионные модели, описывающие зависимости показателей Херста накопленных сумм СП Ni, Vi, Ṽi, от объемов информации и числа пакетов, переданных каждым из выбранных классов пользователей, которые позволяют оценивать взаимное влияние информационных потоков, создаваемых «Мышами», «Мулами» и «Слонами», друг на друга. Установлено, что значения объемов информации, переданной в течение 15 минут каждым из классов пользователей, связаны детерминированными линейными зависимостями. Это свидетельствует о возможности разработки механизмов балансировки объемов передаваемой информации, призванных повысить качество обслуживания пользователей данным каналом, на основе управления скоростью передачи информации каждого из выделенных классов пользователей в зависимости от текущих значений показателей Херста накопленных сумм СП Ni, Vi, Ṽi. Приведен пример подобного алгоритма.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Качество классификации данных в условиях противоречивости экспертных оценок

Я. И. Кучин*, Р. И. Мухамедиев**,***, К. О. Якунин**
*Институт информационных и вычислительных технологий
**Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева
***ISMA Высшая школа менеджмента информационных систем
Аннотация. В процессе добычи урана методом подземного скважинного выщелачивания важное значение имеет правильная классификация литологических слоев на базе данных электрического каротажа. Для решения этой задачи в настоящее время часто применяется ручной труд. Сопутствующие ошибки, ведущие к экономическим потерям, делают актуальной автоматизацию данного процесса. Для автоматизации процесса интерпретации данных каротажа используются методы машинного обучения с учителем. Рассматривается проблема противоречивости экспертной интерпретации и связанные с этим ограничения в качестве работы нейронных сетей. Для оценки методов машинного обучения, в «идеальном случае», введено понятие «синтезированной» скважины, — набора специально сгенерированных данных, имитирующих показатели электрического каротажа и экспертное оценивание. На основе этих данных нейронные сети с прямым распространением сигнала показывают высокое качество классификации (около 96% точности). При использовании реальных данных показатель точности существенно ниже — около 55%. Приведены результаты оценки трех скважин тремя различными экспертами и оценено их согласие между собой и с данными кернового апробирования. Приведены качественные показатели интерпретации данных указанных скважин с помощью искусственной нейронной сети. Предложено использовать идентификатор эксперта в качестве дополнительного параметра при обучении нейронной сети.

Обзор подходов к анализу пространственных изображений высокого разрешения для применения в геофизике

Ф. В. Краснов, А. В. Буторин, А. Н. Ситников
ООО «Газпромнефть Научно-технический центр»
Аннотация. Ведущие специалисты по всему миру ежедневно анализируют геофизические снимки и по мере развития технологий компьютерного зрения следует предпринимать попытки извлекать больше информации из этого процесса. Авторы данного исследования проанализировали наиболее значимые исследования в области компьютерного зрения, чтобы понять, как сложились современные методы компьютерного зрения и какие из них применимы к задачам анализа пространственных изображений высокого разрешения в геофизике. В настоящее время количество изображений драматически выросло в связи с появлением таких источников изображений, как беспилотники. Также доступнее стали изображения, полученные со спутников, сейсморазведки и гидроакустики. Кажется, что полученных изображений стало достаточно для использования алгоритмов машинного обучения для их обработки. Но это нужно проверить. В последние пять лет методы компьютерного зрения развивались с высокой скоростью и далеко продвинулись в использовании глубоких нейронных сетей (DNN). Но было бы опрометчиво использовать в работе только новейшие сети глубокого обучения без понимания того, как и почему они появились. Поэтому авторами рассмотрены подходы компьютерного зрения и определены наиболее адекватные методы для обработки именно пространственных изображений. В заключение авторами сформулирован ряд проблем, для решения которых будут продолжены исследования, которые авторы начали в статьях [1, 42–44].

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Генерация задающих воздействий для шагающего робота с упругими элементами

С. И. Савин*, Л. Ю. Ворочаева**
*Университет Иннополис
**Юго-Западный государственный университет
Аннотация. В работе рассматривается задача генерации задающих воздействий для шагающих роботов с упругими элементами. Наличие упругих элементов в конструкции шагающего робота в первую очередь влияет на его динамические характеристики, тогда как задача генерации задающих воздействий для системы автоматического управления для многозвенных механизмов зачастую рассматривается в кинематической постановке. При этом наличие таких элементов может оказывать влияние на объем допустимых движений робота, что должно учитываться при генерации траекторий робота. В частности, это происходит, когда робот имеет кинематическую структуру дерева, причем упругие элементы установлены последовательно с жесткими звеньями. В статье рассматривается традиционное разбиение задачи генерации задающих воздействий для системы управления шагающего робота на задачи генерации последовательности шагов, траектории центра масс, траекторий стоп и решения обратной задачи кинематики. В статье предложены способы учета при построении траекторий неточности позиционирования звеньев робота, связанной с наличием упругих элементов. Предложен способ коррекции траектории стоп робота при наличии самопересечений механизма. Рассмотрен способ решения обратной задачи кинематики с учетом действия упругих элементов для случая, когда те соединены последовательно.

Исследование решения задач стабилизации линеаризованной модели робота типа «акробот»

И. В. Рядчиков*, А. А. Свидлов**, А. Э. Бирюк*, С. И. Сеченев*, А. А. Гусев*, Е. В. Никульчев***
*Кубанский государственный университет
**Южный научный центр РАН
***МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. В работе рассматривается задача стабилизации робота типа акробот «Acrobot» методом обратной связи линеаризацией. Рассматриваемая модель акробота представляет собой роботизированную конструкцию двухзвенного робота с единственный приводом в вертикальной плоскости (локте). Рассматриваемая модель представляет интерес, определяемый возможностью аналитического исследования динамических уравнений с незначительным числом параметров. Получено решение задачи стабилизации конструкции акробота линейно-квадратичными регуляторами. Однако найденные решения не обеспечивают робастность параметров, что затрудняет их практическое использование. Приведены результаты вычислительных экспериментами.