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
An efficient method for solving the problem of channel power distribution taking into account fuzzy constraints on consumption volumes
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Ivohin, E. V.; Adzhubey, L. T.; Gavrylenko, V. V.; Rudoman, N. V.; Івохін, Є. В.; Аджубей, Л. Т.; Гавриленко, В. В.; Рудоман, Н. В.
EN: Context. An efficient algorithm has been developed for solving the problem of rational distribution of the power of data transmission channels with fuzzy restrictions on consumption volumes. A standard solution method based on a fuzzy optimization problem is considered. A constructive variant of finding a solution based on the backtracking method is proposed.
Objective. The goal of the work is to develop an algorithm for solving the problem of rational distribution of the power of data transmission channels with fuzzy restrictions on consumption volumes based on the backtracking method.
Method. This paper The article proposes a method for solving the problem of rational distribution of the power of data transmission channels, taking into account fuzzy restrictions on consumption volumes. A feature of such tasks is the inability to meet the needs of the end user at the expense of the resources of different suppliers. The method of solution based on fuzzy problems of mathematical programming is considered. A constructive algorithm for solving the problem based on the backtracking method has been developed. Computational experiments have been carried out.
Results. The developed method for solving the problem of rational distribution of data transmission channel capacities, taking into account fuzzy restrictions on consumption volumes, made it possible to solve the problem of constructing an optimal configuration of a three-level information and computer network with a given number of communication servers and taking into account fuzzy consumption volumes.
Conclusions. Methods for solving the problem with fuzzy restrictions on the consumption volumes of end users are investigated. A fuzzy optimization problem is formulated, which allows taking into account the interval specified volumes for the connection values. A variant of solving fuzzy optimization problems in the case of using fuzzy numbers is proposed. A multi-criteria problem of efficient distribution of communication channel powers with fuzzy restrictions is formulated. A variant of the algorithm with a return is proposed, which allows solving the obtained problem. The approach is illustrated by a number of numerical examples for the problem of forming a network structure with a given number of end users and different allowable bandwidths of communication servers.
UK: Актуальність. Важливою характеристикою задач оптимізації функціонування та управління різними технологічними та інформаційними системами є намагання знайти оптимальний розв’язок. На практиці існує низька обмежень, що пов’язана з невизначеністю параметрів і яка не дозволяє знайти такий розв’язок. У цих випадках ставиться питання про знаходження не оптимальних, а раціональних розв’язків, що задовольняють постановці задачі. Однією з прикладних задач, в яких може виникати невизначеність параметрів, є задача розподілу обмежених потужностей каналів передачі даних між різними вузлами мережі.
Ціль. Мета роботи – розробити алгоритм розв’язання задачі раціонального розподілу потужності каналів передачі даних з нечіткими обмеженнями на обсяги споживання на основі методу бектрекінгу.
Метод. У статті пропонується метод розв’язання задачі раціонального розподілу потужності каналів передачі даних з урахуванням нечітких обмежень на обсяги споживання. Особливістю таких завдань є неможливість задоволення потреб кінцевого користувача з допомогою ресурсів різних постачальників. Розглянуто метод розв’язання на основі нечітких задач математичного програмування. Розроблено конструктивний алгоритм розв’язання задачі на основі методу пошуку із поверненням. Проведено обчислювальні експерименти.
Результати. Розроблений метод вирішення задачі раціонального розподілу потужностей каналів передачі даних з урахуванням нечітких обмежень на обсяги споживання дозволив розв’язати задачу побудови оптимальної конфігурації трирівневої інформаційно-обчислювальної мережі із заданим числом серверів зв’язку та з урахуванням нечітких обсягів споживання.
Висновки. Досліджено способи розв’язання задачі з нечіткими обмеженнями на обсяги споживання кінцевих споживачів. Сформульовано нечітку задачу оптимізації, що дозволяє враховувати інтервально задані величини підключень. Запропоновано варіант розв’язання нечітких оптимізаційних задач у випадку використання нечітких чисел. Сформульовано багатокритеріальну задачу ефективного розподілу потужностей каналів зв’язку з нечіткими обмеженнями. Запропоновано варіант алгоритму з поверненням, що дозволяє розв’язати отриману задачу. Підхід проілюстровано результатами чисельних
розрахунків для прикладної задачі формування структури мережі з заданою кількістю кінцевих користувачів і різними допустимими обсягами пропускних здатностей комунікаційних серверів.
Development of method for identification the computer system state based on the decision tree with multi-dimensional nodes
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Gavrylenko, S. Y.; Chelak, V. V.; Semenov, S. G.; Гавриленко, С. Ю.; Челак, В. В.; Семенов, С. Г.
EN: Context. The problem of identifying the state of a computer system is considered. The object of the research is the process of computer system state identification. The subject of the research is the methods of constructing solutions for computer system state identification.
Objective. The purpose of the work is to develop a method for decision trees learning for computer system state identification.
Method. A new method for constructing a decision tree is proposed, combining the classical model for constructing a decision tree and the density-based spatial clustering method (DBSCAN). The simulation results showed that the proposed method makes it possible to reduce the number of branches in the decision tree, which will increase the efficiency of identifying the state of the computer system. Belonging to hyperspheres is used as a criterion for decision-making, which enables to increase the identification accuracy due to the nonlinearity of the partition plane and to perform a more optimal adjustment of the classifier. The method is especially effective in the presence of initial data with high correlation coefficients, since it combines them into one or more multivariate criteria. An assessment of the accuracy and efficiency of the developed method for identifying the state of a computer system is carried out.
Results. The developed method is implemented in software and researched in solving the problem of identifying the state of the functioning of a computer system.
Conclusions. The carried out experiments have confirmed the efficiency of the proposed method, which makes it possible to recommend it for practical use in order to improve the accuracy of identifying the state of a computer system. Prospects for further research may consist in the development of an ensemble of decision trees.
UK: Актуальність. Розглянуто задачу ідентифікації стану комп’ютерної системи. Об’єктом дослідження є процес ідентифікації стану комп’ютерної системи. Предметом дослідження є методи побудови дерев рішень для ідентифікації стану КС
Мета. Розробка методу побудови дерев рішень для ідентифікації стану комп’ютерної системи.
Метод. Запропоновано новий метод побудови дерева рішень, який поєднує класичну модель побудови дерева рішень та оснований на щільності метод просторової кластеризації (DBSCAN). Результати моделювання показали, що запропонований метод надає можливість зменшити кількість розгалужень в дереві рішень, що дозволяє підвищити оперативність ідентифікації стану комп’ютерної системи. Використання приналежності до гіперсфер у якості критерію прийняття рішень, надає можливість підвищити точність ідентифікації за рахунок нелінійності площині розбиття та виконати більш оптимальне налаштування класифікатору. Метод є особливо ефективним за наявності вихідних даних, які мають високі кореляційні коефіцієнти, так як поєднує їх в один або декілька багатомірних критеріїв. Проведено оцінку точності та оперативності розробленого методу ідентифікації стану комп’ютерної системи.
Результати. Розроблений метод реалізований програмно і досліджений під час розв’язання задачі ідентифікації стану функціонування комп’ютерної системи.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу, що надає можливість рекомендувати його для практичного використання з метою підвищення точності ідентифікації стану комп’ютерної системи. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в розробці ансамблю дерев рішень.
Using the analytic hierarchy process with fuzzy logic elements to optimize the database structure
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Dvoretskyi, M. L.; Savchuk, T. O.; Fisun, M. T.; Dvoretska, S. V.; Дворецький, М. Л.; Савчук, Т. О.; Фісун, М. Т.; Дворецька, С. В.
EN: Context. Informational systems are very common and use databases to store information that users need. Many different data models can be used but the relational model is still relevant. The last decade show tendency of using distributed databases while working with relational data model and this approach requires a specially designed module to synchronize data of all separate databases. Considering optimizing the database structure, researchers didn’t pay much attention to the potential of users’ SQL-queries history. The optimal structure of all the distributed nodes could reduce the necessity of synchronization while the data access speed and its actuality would remain stable. The object of the research is the process of optimizing the structure of the distributed database of corporate information systems, which are based on the relational database’s model.
Objective. The research aims at improving the accuracy of the data representation marker’s value on the distributed corporate information system’s (DCIS) node, obtained using the analytic hierarchy process by applying the fuzzy logic elements while processing the alternatives’ global priority vector.
Method. The research’s authors in the set of their previous works emphasize the potential of using the collected history of users’ SQL queries. Firstly presented technology of users’ queries parsing. Then, the idea of using the multidimensional database for analyzing users’ queries by slices of workstation type, application, user, and his/her position was considered. Finally, the authors gave the full-scaled mathematical model for formalizing database and query models, and criteria of database structure’s optimality.
The current research continues the given sequence and tries to increase the efficiency of the decision support system, by introducing elements of fuzzy logic to the analytic hierarchy process algorithm. The approach’s main idea is in presenting the global priorities vector in the form of a series of fuzzy sets of one variable with subsequent transformation to the exact value. This approach made it possible to maintain the accuracy of the obtained result while decreasing the number of solution alternatives.
For new tuples added to the database’s tables after all calculations had been performed, the classification problem was formalized. After obtaining the probability of a tuple belonging to the class “needed” and performing the normalization of the value, it is taken as the level of the representation marker. Accordingly, the data is loaded onto the node if this value is greater than the optimal level of the representation marker for the DCIS node.
Results. After calculating and obtaining the alternatives global priorities’ vector in order to improve the accuracy of the obtained result, the apparatus of fuzzy sets was used. The obtained vector of global priorities was presented as a vector of fuzzy digits for the data representation marker with subsequent transformation to the exact value. This approach made it possible to maintain the accuracy of the obtained result while decreasing the number of solution alternatives.
Conclusions. While working on the research, the concept of a data representation marker on the DCIS node for the elements of the SQL query model was introduced. An aggregation function has been developed that allows determining the level of need for attributes and tuples in the database’s relation for the DCIS node based on the statistics of SQL queries. A model of the dependence of the database structure’s optimality criteria on the value of the data representation marker is built. Received further development method of analytic hierarchy process. The initialization of the alternatives’ pairwise comparisons matrix can be performed automatically according to the obtained mathematical models. Representation of the obtained result in the form of the vector of fuzzy numbers with the reduction to the exact value allows increasing the accuracy of the obtained results.
UK: Актуальність. Інформаційні системи дуже поширені і використовують бази даних для зберігання інформації. Для використання доступні різні моделі даних, але реляційна модель залишається популярною. Останнє десятиліття демонструє тенденцію використання розподілених баз даних під час роботи з реляційною моделлю, і цей підхід вимагає спеціально розробленого модуля для синхронізації даних усіх окремих частин БД. Оптимальна структура всіх розподілених вузлів могла б зменшити необхідність синхронізації, а швидкість доступу до даних та її актуальність залишалися б стабільними.
Метод. Автори дослідження в серії своїх попередніх робіт акцентують увагу на можливості використання зібраної історії SQL-запитів користувачів. Спочатку представлена технологія розбору запитів користувачів. Потім була розглянута ідея використання багатовимірної бази даних для аналізу запитів користувачів за зрізами типу робочої станції, програми, користувача та його посади. Також автори надали математичну модель формалізації моделі бази даних і запитів, а також критерії оптимальності структури бази даних. Дослідження продовжує наведену послідовність і намагається підвищити ефективність системи підтримки прийняття рішень шляхом введення в метод аналізу ієрархій елементів нечіткої логіки. Основна ідея підходу полягає в представленні вектору глобального пріоритету у вигляді серії нечітких множин однієї змінної з подальшим перетворенням до точного значення. Для нових кортежів, доданих до таблиць бази даних після виконання всіх обчислень, була сформульована задача класифікації.
Результати. Після розрахунку та отримання вектору глобального пріоритету альтернатив з метою підвищення точності отриманого результату було використано апарат нечітких множин. Отриманий вектор глобальних пріоритетів був представлений у вигляді вектору нечітких множин для маркера представлення даних з подальшим перетворенням до точного значення. Такий підхід дозволив зберегти точність отриманого результату при зменшенні кількості альтернатив рішення.
Висновки. Під час роботи над дослідженням було введено поняття маркера представлення даних на вузлі РКІС для елементів моделі запиту SQL. Розроблено функцію агрегації, яка на основі статистики SQL-запитів дозволяє визначити рівень необхідності атрибутів і кортежів відношення бази даних на вузлі РКІС. Побудовано модель залежності критеріїв оптимальності структури бази даних вузла РКІС від значення маркера представленості даних. Отримав подальший розвиток метод аналізу ієрархій. Ініціалізація матриці попарних порівнянь альтернатив може виконуватися автоматично відповідно до отриманих математичних моделей. Представлення отриманого результату у вигляді вектору нечітких чисел із приведенням до точного значення дозволяє підвищити точність отриманих результатів.
Prototyping Smart Home for Immobilized People: EEG/MQTT-Based Brain-To-Thing Communication
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Zubov, D. A.; Qureshi, M. S.; Köse, U.; Kupin, A. I.; Зубов, Д. А.; Куреші, М. Ш.; Козе, У.; Купін, А. І.
EN: Context. Immobilized people face additional barriers in almost all areas of life, including simple operations like turning the light on/off and controlling the air conditioner. The object of the study was to develop the brain-to-thin communication of affordable price to control the smart home appliances by immobilized people from neck to toes.
Objective. The goal of the work is to manage smart home appliances via brain-to-thing communication with EEG non-invasive electrodes, edge IoT devices, and MQTT protocol if the brain and eye control of the disabled work normally.
Method. A non-invasive Sichiray TGAM brainwave EEG sensor kit captures signals and then transmit them via Bluetooth to the HC-05 module connected to the Arduino Mega microcontroller. Information about edge IoT devices is presented to the disabled on the LCD 1602 display wired to the same Arduino Mega. The disabled person chooses the option shown on display via the double blink that is detected if the quality of signal equals zero and low/mid gamma waves are less than ten in three consecutive Bluetooth packets. Control commands are sent from Arduino Mega (MQTT publisher) to the edge IoT devices (MQTT subscribers) that analyze them and start a specific operation like opening a door and turning the alarm on/off.
Results. Five females and five males of different ages from 8 to 59 years old examined the control of smart home appliances with the Sichiray TGAM brainwave sensor kit. Everyone successfully handled the Sichiray headset and showed satisfaction with the brain-to-thing system.
Conclusions. In this work, a smart home concept for immobilized people was developed using the brain-to-thing approach and the MQTT communication between the MQTT publisher, Sichiray TGAM brainwave EEG sensor kit connected via Bluetooth to the Arduino Mega microcontroller, and edge IoT devices total priced at USD 150. The most likely prospect of the presented work is to produce the sample that is ready to market.
UK: Актуальність. Паралізовані люди мають додаткові перешкоди в багатьох сферах життя, включаючи такі прості дії як вмикання/вимикання освітлення та керування повітряним кондиціонером. Мета роботи – розробка взаємодії мозок-річ в низькій ціновій категорії для контролю підсистем розумного будинку людьми, які паралізовані нижче шиї.
Метод. Неінвазивний прилад Sichiray TGAM вимірює активність мозку людей за допомогою датчика електроенцефалограми і потім передає інформацію через Bluetooth на модуль HC-05, який підключений до мікроконтролера Arduino Mega. Інформація щодо пристроїв розумного будинку показується паралізованій людині на екрані модуля LCD 1602, який підключений до того ж Arduino Mega. Паралізована людина вибирає опцію за допомогою подвійного моргання, що відображується в нульовому значенні якості сигналу та величинах нижніх і середніх гамма хвиль менше ніж десять в трьох послідовних Bluetooth пакетах. Команди керування надсилаються від Arduino Mega (MQTT-видавець) до пристроїв (MQTT-підписники) розумного будинку, які аналізують їх і виконують певну операцію, наприклад відкриття дверей та вмикання/вимикання сигналізації.
Результат. П’ять чоловіків і п’ять жінок віком від 8 до 59 років тестували комплекс керування підсистемами розумного будинку на базі приладу Sichiray TGAM. Результати показали успішне освоєння і зацікавленість у використанні системи мозок-річ.
Висновки. У даній роботі представлена концепція розумного будинку для паралізованих людей на базі принципу мозок-річ і MQTT взаємодії між MQTT-видавцем (прилад Sichiray TGAM з датчиком електроенцефалограми, який через Bluetooth підключений до мікроконтролера Arduino Mega) і пристроями розумного будинку загальною ціною близько USD 150. Перспективою подальшого розвитку є виробництво пристроїв готових до масового використання.
Automatic classification of paintings by year of creation
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Martynenko, A. A.; Tevyashev, A. D.; Kulishova, N. E.; Moroz, B. I.; Sergienko, A. S.; Мартиненко, А. А.; Тевяшев, А. Д.; Кулішова, Н. Є.; Мороз, Б. І.; Сергієнко, O. С.
EN: Context. The problem of automatic verification of the legitimacy of the export of works of art is considered.
Objective. A method is proposed for automatically determining the age of a painting from a digital photograph using a classification that is performed by an intelligent decision-making system.
Method. It is proposed to use the attribute of picture year of creation as the main criterion for making a decision during the customs check of exports legitimacy. Instead of a long and expensive museum examination, photographing works of art in customs conditions and processing photos using a set of descriptors is used. The set of descriptors is proposed, include local binary patterns, their color modification, Haralik’s texture features, the first four moments, Tamura’s texturt features, SIFT descriptor. The data obtained as a result of descriptors action give the values of several dozen private attributes. They form data vectors, which are then concatenated into a generalized object description vector. In the feature space thus created, automatic classification by weighted k-nearest neighbors is performed. The proposed algorithm calculates the distance between objects in a multidimensional space of attribute values and assigns new objects to already formed classes. The criterion for creating classes is the age of the painting from the existing database. As a measure of the objects proximity, it is proposed to use the Euclid and Minkowski metrics. The calculation of weights for the proposed classification algorithm is performed by the Fisher method.
Results. The effectiveness of the proposed method was investigated in the course of experiments with an image database containing photos of paintings by world, European and Ukrainian artists. Algorithm configuration parameters that provide high classification accuracy are found.
Conclusions. The performed experiments have shown the effectiveness of the selected descriptors for the formation of vector descriptions of images of paintings. The greatest accuracy is provided by descriptor merging, which reveals significant differences in the structural properties of images. This approach to the description of objects in combination with the proposed classification algorithm and the chosen main criterion ensures high accuracy of the obtained solutions. The direction of further research may include the use of convolutional neural networks to improve the accuracy of classification under the condition of a static database.
UK: Актуальність. Розглядається завдання автоматичної перевірки легітимності експорту творів живопису.
Мета. Запропоновано метод автоматичного визначення віку картини з цифрової фотографії за допомогою класифікації, яку виконує інтелектуальна система прийняття рішень.
Метод. Пропонується використовувати атрибут року створення картини як головний критерій для прийняття рішення під час митної перевірки легітимності експорту. Замість тривалої та дорогої музейної експертизи застосовується фотографування творів живопису в умовах митниці та обробка фото за допомогою набору дескрипторів. До набору дескрипторів пропонується включити локальні бінарні патерни, їх колірну модифікацію, текстурні ознаки Хараліка, перші чотири моменти, текстурні ознаки Тамури, SIFT дескриптор. Дані, отримані внаслідок дії дескрипторів, утворюють значення кількох десятків окремих атрибутів. Вони формують вектори даних, які потім конкатенуються в узагальнений опис вектора-об’єкта. У просторі ознак, створеному таким чином, виконується автоматична класифікація методом зважених k-найближчих сусідів. Пропонований алгоритм розраховує відстань між об’єктами в багатовимірному просторі значень атрибутів, і відносить нові об’єкти до сформованих класів. Критерієм для створення класів є вік картини із існуючої бази даних. Як міру близькості об’єктів пропонується використовувати метрики Евкліда та Мінковського. Розрахунок вагів для алгоритму класифікації запропоновано виконувати методом Фішера.
Результати. Ефективність запропонованого методу була досліджена під час експериментів із базою зображень, що містить фото картин світових, європейських та українських художників. Знайдено параметри конфігурації алгоритму, що забезпечують високу точність класифікації.
Висновки. Проведені експерименти показали ефективність вибраних дескрипторів формування векторів-описів зображень картин. Найбільшу точність забезпечує поєднання дескрипторів, яке виявляє суттєві відмінності у структурних властивостях зображень. Такий підхід до опису об’єктів у поєднанні із запропонованим алгоритмом класифікації та обраним головним критерієм забезпечує високу точність отриманих рішень. Напрямок подальших досліджень може включати використання згорткових нейронних мереж для підвищення точності класифікації за умови статичності бази даних.