EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Модель циклического алгоритма планирования задач в распределенной системе реального времени
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Даденков, С. А.; Даденков, Д. А.; Даденков, С. О.; Даденков, Д. О.; Dadenkov, S. A.; Dadenkov, D. A.
RU: Актуальность. Решена задача количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач узлов для проектирования распределенных систем реального времени. Объектом исследования являлся циклический алгоритм планирования задач на основе приоритетов (round robin priority driven preemptive scheduler), используемый в распределенных fieldbus-сетях.
Цель работы – построение модели и разработка способа количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач узла: задержки и интервалов времени решения задач, интенсивности информационной нагрузки на каналы промышленной fieldbus-сети.
Метод. Для решения задачи использован аппарат теории вероятностей. Предложен граф состояний и переходов модели описывающий функционирование циклического алгоритма планирования задач узла. Получены аналитические соотношения для оценки основных вероятностных и временных характеристик модели подсистемы планирования задач: среднего времени задержки обработки задачи, среднего интервала времени между решением задач, интенсивности информационной нагрузки на каналы fieldbus-сети. Предложенные модель и способ оценки отличаются от известных детализацией ранее не анализируемыми в совокупности значимыми параметрами функционирования алгоритма: разнородными уровнями приоритетов, количеством задач по приоритетам, конфигурационными свойствами задач, задержками операций и частотой наступления событий планировщика, процедурами прерывания и дообслуживания задач, и другими параметрами.
Результаты. Разработанные модель и способ количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач с циклическим алгоритмом обработки на основе приоритетов.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность и адекватность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач проектирования распределенных систем реального времени с заданными временными характеристиками. В ходе проектирования инструментарий будет использован для определения: допустимого числа программных модулей планировщика и распределения среди них приоритетных и неприоритетных задач обрабатываемых узлом в зависимости от частоты технологических событий и заданных требований по задержке обработки.
UK: Актуальність. Вирішено задачу кількісного оцінювання ймовірнісних і часових характеристик підсистеми планування задач вузлів для проектування розподілених систем реального часу. Об’єктом дослідження є циклічний алгоритм планування задач на основі пріоритетів (round robin priority driven preemptive scheduler), використовуваний у розподілених fieldbus-мережах.
Мета роботи – побудова моделі і розробка способу кількісного оцінювання ймовірнісних і часових характеристик підсистеми планування задач вузла: затримки й інтервалів часу рішення задач, інтенсивності інформаційного навантаження на канали промислової fieldbus-мережі.
Метод. Для вирішення задачі використано апарат теорії імовірностей. Запропоновано графа станів і переходів моделі, що описує функціонування циклічного алгоритму планування задач вузла. Отримано аналітичні співвідношення для оцінки основних ймовірнісних і часових характеристик моделі підсистеми планування задач: середнього часу затримки обробки задачі, середнього інтервалу часу між рішенням задач, інтенсивності інформаційного навантаження на канали fieldbus-мережі. Запропоновані модель і спосіб оцінки відрізняються від відомих деталізацією раніше не аналізованими в сукупності значимими параметрами функціонування алгоритму: різнорідними рівнями пріоритетів, кількістю задач по пріоритетах, конфігураційними властивостями задач, затримками операцій і частотою настання подій планувальника, процедурами переривання і дообслуговування задач, та іншими параметрами.
Результати. Розроблені модель і спосіб кількісної оцінки ймовірнісних та часових характеристик підсистеми планування задач з циклічним алгоритмом обробки на основі пріоритетів.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність і адекватність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач проектування розподілених систем реального часу з заданими тимчасовими характеристиками. У ході проектування інструментарій буде використаний для визначення: припустимого числа програмних модулів планувальника і розподілу серед них пріоритетних і непріоритетних задач оброблюваних вузлом у залежності від частоти технологічних подій і заданих вимог по затримці обробки.
EN: Context. The problem of quantitative estimation of probabilistic and temporal characteristics of the planning node’s tasks subsystem for the design of distributed real-time systems has been solved. Round robin priority driven preemptive scheduler is the subject of research, used in distributed fieldbus-networks.
The goal is to create a model and a method of quantifying the probabilistic and temporal characteristics of the node’s task scheduling subsystem: delays and time intervals for solving problem, intensity of the information load on the industrial fieldbus-network channels.
Method. The method of probability theory has been used there to solve problems. State and transition graph of model has been offered, describing the functioning of cycle algorithm for scheduling node tasks. Analytical relations for estimating the main probabilistic and temporal characteristics of the task scheduling subsystem model have been got. Specifically, an average delay time for task processing, an average time interval between solving problems, an intensity of the information load on the fieldbus-network channels. The proposed model and method are different from well-known ones: with the detailing of the important parameters of the algorithm functioning, that weren’t previously analyzed: dissimilar levels of priorities, number of priority tasks, configuration characteristics of tasks, operation delays and frequency of events of scheduler, etc.
Results. The developed model and method of quantifying the probabilistic and temporal characteristics of tasks scheduling subsystem with round robin priority driven preemptive scheduler.
Conclusions. The conducted experiments have confirmed the proposed software operability and adequacy, allow recommending it for use in practice to solve problems of designing distributed real-time systems with specified time characteristics. During the design process tools will be used for determining: the allowable number of scheduler software modules and the distribution among them of the priority and non-priority tasks handled by the node, depending on the frequency of the technological events and the specified processing delay requirements.
Исследование аппаратурных затрат в микропрограммном автомате с операционным автоматом переходов
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Бабаков, Р. М.; Бабаков, Р. М.; Babakov, R. M.
RU: Актуальность. Решена задача определения аппаратурных затрат в логической схеме микропрограммного автомата с канонической структурой и микропрограммного автомата с операционным автоматом переходов и различными способами формирования кодов операций переходов.
Цель работы – получение аналитических выражений для определения аппаратурных затрат в исследованных структурах микропрограммных автоматов в зависимости от параметров автомата при использовании элементного базиса программируемых логических интегральных схем.
Метод. На основании результатов VHDL-моделирования получены экспериментальные значения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах цифровых устройств. В качестве единицы измерения аппаратурных затрат используются LUT-элементы, являющиеся регулярными структурными элементами ПЛИС типа FPGA. Среди типовых функциональных узлов исследованы комбинационная логическая схема, мультиплексор, схема арифметико-логической операции и регистр. Путем аппроксимации экспериментальных данных получены аналитические выражения для определения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах в зависимости от параметров узлов. Путем замены параметров типовых функциональных узлов параметрами структурных блоков исследованных структур микропрограммных автоматов выполнено преобразование аналитических выражений для определения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах в аналогичные выражения для отдельных структурных блоков автоматов.
Результаты. Для каждой из исследованных структур микропрограммных автоматов получены аналитические выражения для определения суммарных аппаратурных затрат в логической схеме автомата.
Выводы. Полученные аналитические выражения учитывают структурные особенности автоматов Мили и Мура и могут быть использованы для решения задачи определения области эффективного применения структур микропрограммного автомата с операционным автоматом переходов.
UK: Актуальність. Вирішено задачу визначення апаратурних витрат в логічній схемі мікропрограмного автомата з канонічною структурою та мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів і різними способами формування кодів операцій переходів.
Мета роботи – отримання аналітичних виразів для визначення апаратурних витрат у досліджуваних структурах мікропрограмних автоматів в залежності від параметрів автомата при використанні елементного базису програмувальних логічних інтегральних схем.
Метод. На основі результатів VHDL-моделювання одержані експериментальні значення апаратурних витрат у типових функціональних вузлах цифрових пристроїв. У якості одиниці виміру апаратурних витрат використовуються LUT-елементи, що є регулярними структурними елементами ПЛІС типу FPGA. Серед типових функціональних вузлів досліджені комбінаційна логічна схема, мультиплексор, схема арифметико-логічної операції та регістр. Шляхом апроксимації експериментальних даних отримані аналітичні вирази для визначення апаратурних витрат в типових функціональних вузлах в залежності від параметрів вузлів. Шляхом заміни параметрів типових функціональних вузлів параметрами структурних блоків досліджених структур мікропрограмних автоматів виконано перетворення аналітичних виразів для визначення апаратурних витрат в типових функціональних вузлах в аналогічні вирази для окремих структурних блоків автоматів.
Результати. Для кожної із досліджених структур мікропрограмних автоматів отримані аналітичні вирази для визначення сумарних апаратурних витрат в логічній схемі автомата.
Висновки. Отримані аналітичні вирази враховують структурні особливості автоматів Мілі і Мура та можуть бути використані для вирішення задачі визначення області ефективного застосування структур мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів.
EN: Contex. The problem of determining the hardware expenses in the logical circuit of a microprogram final-state machine with a canonical structure and a microprogram final-state machine with datapath of transition and various ways of generating of codes of transition operations was solved.
Objective. The goal of the work is the obtaining of analytical expressions for determining the hardware expenses in the investigated structures of microprogram final-state machine depending on parameters of the automaton when using the elemental basis of programmable logical integrated circuits.
Method. Based on results of HDL simulation, the experimental values of hardware expenses in typical functional blocks of digital devices are obtained. As a unit of measurement of hardware expenses, LUT elements, which are regular structural elements of the FPGA, are used. Among the typical functional blocks, a combinational logical circuit, a multiplexer, an arithmetic-logical operation circuit, and a register are investigated. By approximating the experimental data, analytical expressions for determining the hardware expenses in typical functional blocks, depending on the parameters of the blocks, are obtained. By replacing the parameters of typical functional blocks with parameters of the structural blocks of the microprogram final-state machines being researched, the analytical expressions to determine the hardware expenses in typical functional nodes are transformed in analogous expressions for separate structural blocks of automata.
Results. For each of the researched structures of microprogram final-state machines, analytical expressions for determining the total hardware expenses in the logical circuit of the automaton are obtained.
Conclusions. Received analytical expressions take into account the structural features of the Mealy and Moore automata and can be used to solve the problem of determining the field of effective application of the microprogram final-state machine structures with datapath of transitions.
Динаміка нелінійного осциляторного нейрона при дії зовнішнього нестаціонарного сигналу
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Пелещак, Р. М.; Литвин, В. В.; Пелещак, І. Р.; Peleshchak, R. M.; Lytvyn, V. V.; Peleshchak, I. R.
UK: Актуальність. Розглянуто задачу частотно-часової та часової залежності морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту. Об’єктом дослідження є нелінійна модифікована модель Ван-дер-Поля, яка описує динаміку нелінійного осциляторного нейрона при дії на нього різних за формою, частотою та амплітудою зовнішніх нестаціонарних сигналів.
Мета роботи. Побудова нелінійної математичної моделі динаміки осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при дії на нейрон зовнішніх нестаціонарних сигналів.
Метод. У наближенні Крилова-Боголюбова-Митропольського запропоновано методом послідовних наближень спосіб розв’язку нелінійного неоднорідного диференційного рівняння другого порядку з квадратичною нелінійністю шуканої функції при першій похідній. Запропонований метод розв’язку дозволив отримати частотно-часову та часову залежність морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при дії на нейрон різних структурою вхідних сигналів. Також запропоновано кодування інформації нелінійним осциляторним нейроном на основі частотної модуляції та декодування за допомогою оберненого оператора, що діє на вектор вихідного сигналу.
Результати. Побудована нелінійна модель осциляторного нейрона реалізована в середовищі комп’ютерної математики «Mathematica 7.0». Досліджено частотно-часову та часову залежність морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при різних значеннях параметрів вхідного нестаціонарного сигналу і різних вагових синаптичних зв’язках.
Висновки. Встановлено існування резонансного ефекту у нелінійному нейроні за умови рівності частоти зовнішнього нестаціонарного сигналу та власної частоти динаміки нейрона. Показано, що нелінійний осциляторний нейрон відіграє роль частотного модулятора та суттєво видозмінює структуру вхідного інформаційного нестаціонарного сигналу (форму, частоту та амплітуду). Запропоновано кодування інформації нелінійним осциляторним нейроном на основі частотної модуляції та декодування за допомогою оберненого оператора.
EN: Context. Deals with the problem of time-frequency and time dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron with regard to its threshold effect. The object of study is non-linear modified model of Van-der-Pol, which describes the dynamics of nonlinear oscillatory neurons under the action of various shape, frequency and amplitude of an external non-stationary signals.
Objective. Construction of nonlinear mathematical models of oscillatory dynamics of a neuron given its threshold effect under the action of a neuron to external non-stationary signals.
Method. In the approximation of Krylov-Bogoliubov-Mitropolskii the proposed method of successive approximations method for solving nonlinear differential equations of second order with quadratic nonlinearity of the unknown function with the first derivative. The proposed solution method allowed us to obtain the frequency-temporal and temporal dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron given its threshold effect when the effect on the neuron structure of the various input signals. Proposed coding information oscillatory nonlinear neuron on the basis of frequency modulation and decoding using the inverse operator which acts on the vector of the output signal.
Results. A non-linear model, the oscillatory neuron is implemented in the environment of computer algebra “Mathematica 7.0”. Investigation of frequency-temporal and temporal dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron given its threshold effect at various values of the parameters of the input non-stationary signal and different weight of synaptic connections.
Conclusions. The existence of the resonance effect in nonlinear neuron with equal external frequency non-stationary signal and frequencies of the dynamics of the neuron. It is shown that nonlinear oscillatory neuron plays the role of the frequency modulator and significantly alters the structure of the input information signal is non-stationary (shape, frequency and amplitude). Proposed coding information oscillatory nonlinear neuron on the basis of frequency modulation and decoding by using the inverse operator.
The system of criteria for feature informativeness estimation in pattern recognition
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Oliinyk, A.; Subbotin, S.; Lovkin, V.; Blagodariov, O.; Zaiko, T.; Олійник, Андрій Олександрович; Субботін, Сергій Олександрович; Льовкін, Валерій Миколайович; Благодарьов, О. Ю.; Зайко, Тетяна Анатоліївна
EN: Context. The task of automation of feature informativeness estimation process in diagnostics and pattern recognition problems is solved. The object of the research is the process of informative feature selection. The subject of the research are the criteria of feature informativeness estimation.
Objective. The research objective is to develop the system of criteria for feature informativeness estimation which enables to compute informativeness of interdependent feature sets.
Method. The system of criteria for feature informativeness estimation is proposed. The proposed system is based on the idea that feature significance is computed according to spatial location of observations of different classes (size of changing of output parameter). The developed criteria system enables to estimate individual and group feature informativeness in classification and regression problems in situations when initial data samples contain redundant and interdependent features as well as observations with missing values. The proposed criteria don’t require to construct models based on the estimated feature combinations, in such a way considerably reducing time and computing costs for informative feature selection. Application of the proposed criteria for estimation and selection of informative features allows to reduce structural complexity of synthesized diagnosis and recognition models, to raise its interpretability and generalization ability due to removing of insignificant, interdependent and redundant features in diagnostics and pattern recognition problems.
Results. The software which implements the proposed system of criteria for feature informativeness estimation and allows to select informative features for synthesis of recognition models based on the given data samples has been developed.
Conclusions. The conducted experiments have confirmed operability of the proposed system of criteria for feature informativeness estimation and allow to recommend it for processing of data sets for pattern recognition in practice. The prospects for further researches may include the modification of the known feature selection methods and the development of new ones based on the proposed system of criteria for individual and group feature informativeness estimation.
UK: Актуальність. Вирішено задачу автоматизації процесу оцінювання інформативності ознак при розв’язанні завдань діагностування та розпізнавання образів. Об’єкт дослідження – процес відбору інформативних ознак. Предмет дослідження – критерії оцінювання інформативності ознак.
Мета роботи полягає в створенні системи критеріїв оцінювання інформативності ознак, що дозволяє обчислювати інформативність наборів взаємозалежних ознак.
Метод. Запропоновано систему критеріїв оцінювання інформативності ознак. Запропонована система передбачає визначення значущості ознак виходячи з просторового розташування екземплярів різних класів (діапазонів зміни значень вихідного параметра). Розроблена система критеріїв дозволяє оцінювати індивідуальну і групову інформативність ознак при вирішенні задач класифікації і регресії в умовах, коли вихідні вибірки даних містять надлишкові і взаємозалежні ознаки, а також екземпляри з пропущеними значеннями. Запропоновані критерії не вимагають побудови моделей на основі оцінюваних комбінацій ознак, що істотно знижує часові і обчислювальні витрати в процесі відбору ознак. Використання запропонованих критеріїв для оцінювання та відбору інформативних ознак дозволяє при вирішенні завдань діагностування та розпізнавання образів знижувати структурну складність синтезованих діагностичних і розпізнавальних моделей, підвищувати їх інтепретовність і узагальнюючі властивості за рахунок виключення малозначущих, взаємозалежних і надлишкових ознак.
Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропоновану систему критеріїв оцінювання інформативності ознак і дозволяє виконувати відбір ознак для синтезу розпізнавальних моделей на основі заданих наборів даних.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованої системи критеріїв оцінювання інформативності ознак і дозволяють рекомендувати її для використання на практиці при обробці масивів даних для розпізнавання образів. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в модифікації існуючих і розробці нових методів відбору ознак на основі запропонованої системи критеріїв оцінювання індивідуальної і групової інформативності ознак.
Інтервальний нечіткий кластерний аналіз для моніторингу стану артезіанської свердловини
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Кондратенко, Н. Р.; Снігур, О. О.; Kondratenko, N. R.; Snihur, O. O.
UK: Актуальність. Моніторинг природних систем різного характеру є необхідною умовою раціонального природокористування. Технології інтелектуального аналізу даних, зокрема кластерний аналіз, надають широкі можливості для візуалізації наборів даних, що дозволяє використовувати ці технології людьми, які не мають спеціальної математичної підготовки. Задача моніторингу системи, стан якої змінюється в часі, висуває вимогу розширеної інтерпретації результатів кластеризації з урахуванням історичних даних. Технічні можливості для виявлення характеру змін, що відбуваються в об’єкті, представленому набором даних, мають особливе значення в задачі моніторингу водних ресурсів, оскільки вони перебувають у тісному взаємозв’язку з зовнішнім середовищем, та величина їхніх запасів залежить від багатьох факторів, зовнішніх відносно водоносної системи. Після введення в експлуатацію артезіанська свердловина потребує постійного спостереження задля правильного керування експлуатацією підземних вод, захисту їх від забруднення та вичерпання, а також попередження негативних наслідків впливу водовідбору на навколишнє середовище. Крім того, для складних природних систем характерна висока надлишковість простору параметрів, а також наявність як відомих, так і не виявлених досі кореляційних зв’язків між параметрами. Ці фактори зумовлюють необхідність використання методів кластерного аналізу, здатних працювати в умовах невизначеності та надлишковості параметрів.
Мета роботи – розширення можливостей для аналізу зміни стану системи в часі шляхом урахування невизначеностей, присутніх у даних спостережень.
Метод. Запропоновано застосування методу інтервального нечіткого кластерного аналізу для дослідження зміни характеристик набору даних у часі та виявлення загальних тенденцій. Формалізація поставленої технологічної задачі в термінах інтелектуального аналізу даних передбачає можливість одночасної роботи з множиною вхідних векторів. Сформульовано покроковий алгоритм побудови інтервальної оцінки стану природної системи на основі історичних даних спостережень та поточних значень.
Результати. Запропоновану модель адаптовано до розв’язання технологічної задачі моніторингу артезіанської свердловини та експериментально показано можливості раннього виявлення прихованих закономірностей.
Висновки. Інтервальний нечіткий кластерний аналіз дозволяє враховувати та моделювати невизначеності довільної природи, що виникають у даних досліджень артезіанської свердловини на різних стадіях моніторингу. Показано, що одночасне подання на вхід системи даних кількох свердловин може дати змогу оцінити не лише їхнє розташування щодо стандартних компактних класів за (потенційною) якістю води, але й взаємне розташування, і в кінцевому підсумку вказати на деяку не виявлену до цього закономірність.
EN: Context. Monitoring natural systems of diverse nature is an essential condition of rational environmental management. Data Mining technologies, cluster analysis in particular, provide a wide range of capabilities for data sets visualization, which makes it possible for these technologies to be used by individuals with no specialized background in mathematics. The task of monitoring a system that changes its state in time requires extended interpretation of clustering result, which would allow accounting for historical data. Technical capabilities for revealing the nature of changes occurring in the object represented by a data set are of particular importance in water resources monitoring area, as they are strongly related to their environment, and the quantity of the available reserves depend on multiple factors, which are external to the water-bearing system. Upon commissioning, an artesian well requires constant monitoring in order to ensure proper management of groundwater processing, protection against pollution and exhaustion, and preventing negative effects of groundwater mining on the environment. In addition, high redundancy of the parameter space is typical for complex natural systems, as well as existence of both known and not yet discovered correlations between parameters. These factors necessitate the use of cluster analysis methods, which would be capable of operating within the conditions of uncertainty and parameter redundancy.
Objective. The goal of the research is extending the capabilities for analyzing changes in a system’s state in time by accounting for uncertainties present in observations data.
Method. An application of the interval fuzzy cluster analysis method for investigating changes in data set characteristics in time, and for revealing general trends, is proposed. Formalizing the technological problem faced by the research in terms of Data Mining provides for a possibility of simultaneously processing multiple input vectors. A step-by-step algorithm for interval evaluation of the state of a natural system based on historical observations data and current values is developed.
Results. The proposed model is adapted for solving the technological task of an artesian well monitoring, and its capabilities for revealing hidden patterns on early stages are demonstrated experimentally.
Conclusions. Interval fuzzy cluster analysis allows taking into account and modeling uncertainties of any given nature, which may occur in artesian well research data on different stages of monitoring. It is shown, that concurrent input of multiple wells data may allow to evaluate not only there position against the standard compact classes according to (potential) water quality, but also their position against each other, and eventually indicate a previously unknown pattern.