Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2024, №4 (71)
Постійне посилання зібранняhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25164
Переглянути
Нові надходження
Документ Impact of preprocessing and comparison of neural network ensemble methods for segmentation of the thoracic spine in X-ray images(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Koniukhov, V. D.; Morgun, O. M.; Nemchenko, K. E.; Конюхов, В. Д.; Моргун, О. М.; Нємченко, К. Е.UK: Актуальність. Автоматична сегментація медичних знімків відіграє важливу роль у процесі автоматизації визначення захворювань різного роду області хребта, а використання рентгенографії є найдоступнішим засобом передбачення захворювань. За багато років було проведено безліч досліджень на тему сегментації зображень. Одним із багатьох методів покращення сегментації зображень є застосування ансамблів нейронних мереж. Метою даного дослідження було розглянути вплив попередньої обробки зображень та вивчити і порівняти головні методи ансамблів нейронних мереж та їх вплив на сегментацію області хребта, в даному дослідженні розглядалася область яка складається з хребців: Th8, Th9, Th10, Th11. Метод. Для початку було розглянуто вплив попередньої обробки рентгенівських зображень, яка включала в себе наступні методи: вирівнювання гістограми для поліпшення контрасту, адаптивне вирівнювання гістограми з обмеженням контрасту, метод логарифмічного перетворення, медіанний фільтр, Гауссово згладжування. Для вивчення впливу ансамблю нейронних мереж на якість сегментації використовувалися такі методи: метод усереднення – найпростіший метод половинного усереднення; зважене усереднення – покращена версія методу усереднення, яка використовує ваги для кожної мережі, чим більша вага мережі – тим більший її вплив на усереднення; метод усереднення усереднених зображень – модифікований метод усереднення в якому кожен ансамбль отримує усереднене зображення, після чого всі результати ансамблів усереднюються; метод усереднення мереж навчених на різних даних – використовується n мереж, навчальна вибірка розбивається на n частин, кожна нейронна мережа навчається на своїй підмножині даних, в результаті для передбачень використовується звичайний метод усереднення; метод усереднення для великої кількості мереж – у цьому методі було навчено 100 нейронних мереж, після чого використовувався звичайний метод усереднення; метод усереднення контурів – даний метод усереднює всі контури в результаті чого виходить один середній контур. Результати. Було досліджено, що застосування різних методів попередньої обробки зображень не гарантує поліпшення якості сегментації області хребта на рентгенівських знімках, а навіть навпаки погіршує якість сегментації. Були розглянуті різні методи об’єднання передбачень ансамблів нейронних мереж, що дало можливість дізнатися плюси та мінуси конкретних методів для завдання сегментації рентгенівських знімків. Висновки. Проведені експерименти дали можливість зробити висновок, що застосування будь-яких методів попередньої обробки не варто використовувати для сегментації рентгенівських знімків. Також завдяки великій кількості архітектур і методів об’єднання передбачень було вивчено поведінку ансамблевих методів що дозволить надалі визначити необхідний підхід для сегментації рентгенівських знімків. Подальше вивчення методу зваженого усереднення і методу усереднення форм масок дасть можливість поліпшити отриманий результат і досягти ще більшого успіху в сегментації. EN: Context. Automatic segmentation of medical images plays an important role in the process of automating the detection of various diseases in the spine and the use of radiography is the most accessible means of predicting diseases. Over the years many studies have been conducted on the topic of image segmentation. One of the many methods for improving image segmentation is the use of neural network ensembles. Objective. The aims of this study were to investigate the impact of preprocessing and compare the main methods of neural network ensembles and their effect on the segmentation of the thoracic region, in this study the area was considered which consists of the vertebrae: Th8, Th9, Th10, Th11. Method. To begin with, the influence of preprocessing of X-ray images was considered, which included the following methods: histogram equalization for contrast enhancement, contrast-limited adaptive histogram equalization, logarithmic transform method, median filter, Gaussian filter, and bilateral filter. To study the influence of neural network ensemble on segmentation quality, several methods were used. Averaging method – a simple half-averaging method. Weighted averaging method – an improved version of the averaging method which uses weights for each network, the higher the network weight, the greater its influence on averaging. Method of cumulative averaging – a modified averaging method in which each ensemble receives an averaged image, after which all the results of the ensembles are averaged. Bagging – method of averaging networks trained on different data, n networks are used, the training sample is divided into n parts, and each neural network is trained on its own subset of data, as a result, the averaging method is used for predictions. Averaging method for a large number of networks – in this method, 100 neural networks were trained, after which the averaging method was used. Method of averaging mask shapes – this method uses a distance transform to average multiple masks into one shape average. Results. It was investigated that the use of different methods of image preprocessing does not guarantee an improvement in the quality of segmentation of the spine region on X-ray images, but even on the contrary worsens the quality of segmentation. Different methods of combining predictions of neural network ensembles were considered, which made it possible to find out the pros and cons of specific methods for the task of segmentation of X-ray images. Conclusions. The experiments conducted allowed us to conclude that the use of any preprocessing methods should not be used for segmentation of X-ray images. Also, due to a large number of architectures and methods for combining predictions, the behavior of ensemble methods was studied, which will allow us to further determine the necessary approach for segmentation of X-ray images. Further study of the weighted averaging method and the mask shape averaging method will make it possible to improve the obtained result and achieve even greater success in segmentation.Документ Hardware implementation of an analog spiking neuron with digital control of input signals weighing(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Gnilenko, A. B.; Гниленко, О. Б.EN: Context. Significant challenges facing hardware developers of artificial intelligence systems force them to look for new non-standard architectural solutions. One of the promising solutions is the transition from von Neumann’s classic architecture to neuromorphic architecture, which at the hardware level tries to imitate the work of the neural network of the human brain. A neuromorphic processor built as hardware implementation of a spiking neural network consists of a large number of elementary electronic circuits that structurally and functionally correspond to neurons. Thus, the design of hardware implementation of a spiking neuron as the basic building element of a neuromorphic processor is of great scientific interest. Objective. The goal of the work is to design an analog spiking neuron hardware implementation with digital control of input signals by binary synaptic weighting coefficients. Method. Designing is performed at the logical/schematic and topological levels of the design flow using modern tools of electronic design automation. All proposed schematic and layout solutions are verified and simulated using computer aided design tools to prove their functionality. Results. The schematic and layout solutions have been developed and investigated for the hardware implementation of the spiking analog neuron with digital control of input signals by binary synaptic weighting coefficients to be the basic building element of a spiking neural network of the neuromorphic processor. Conclusions. The proposed hybrid design of the spiking neuron hardware implementation benefits by combining the simplicity of analog signal processing methods in the neuron with digital control of the state of the neuron using binary weighting coefficients. The simulation results confirm the functionality of the obtained schematic/layout solutions and demonstrate the possibility of implementing logical functions inherent in the perceptron. The prospects for further research may include the design of hardware implementation for a spiking neural network core based on the developed schematic and layout solutions for the spiking neuron. UK: Актуальність. Значні виклики, що постають перед розробниками апаратного забезпечення систем штучного інтелекту, змушують шукати для реалізації таких систем нові нестандартні архітектурні рішення. Одним із таких перспективних рішень є перехід від класичної архітектури фон Неймана до нейроморфної архітектури, яка на апаратному рівні намагається імітувати роботу нейронної мережі людського мозку. Нейроморфний процесор, побудований як апаратна реалізація імпульсної нейронної мережі, складається з великої кількості елементарних електронних схем, які структурно та функціонально відповідають нейронам. Тому, проєктування апаратної реалізації імпульсного нейрона як основного будівельного елементу нейроморфного процесора представляє собою значний науковий та практичний інтерес. Мета роботи. Метою роботи є розробка апаратної реалізації аналогового імпульсного нейрона з цифровим керуванням зважуванням вхідних сигналів двійковими синаптичними ваговими коефіцієнтами. Метод. Проєктування виконується на схемотехнічному та топологічному рівнях наскрізного маршруту проєктування інтегральних схем з використанням сучасних засобів автоматизації проєктування електронних пристроїв. Для підтвердження функціональності усіх запропонованих схемотехнічних та топологічних рішень проведено їх верифікацію та моделювання засобами автоматизованого проєктування,. Результати. Розроблено та досліджено схемотехнічні та топологічні рішення для апаратної реалізації аналогового імпульсного нейрона з цифровим керуванням зважуванням вхідних сигналів двійковими синаптичними ваговими коефіцієнтами як основного елемента побудови імпульсної нейронної мережі нейроморфного процесора. Висновки. Запропонована гібридна конструкція апаратної реалізації імпульсного нейрона має переваги завдяки поєднанню простоти аналогових методів обробки сигналів в нейроні з цифровим керуванням станом нейрона за допомогою двійкових вагових коефіцієнтів. Результати моделювання підтверджують функціональність отриманих схемотехнічних та топологічних рішень і демонструють можливість реалізації логічних функцій, притаманних персептрону. Перспективи подальших досліджень можуть включати розробку апаратної реалізації ядра імпульсної нейронної мережі нейроморфного процесора на основі розроблених схемотехнічних та топологічних рішень для імпульсного нейрона.Документ Ensemble of simple spiking neural networks as a concept drift detector(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Bodyanskiy, Ye. V.; Savenkov, D. V.; Бодянський, Є. В.; Савенков, Д. В.EN: Context. This paper provides a new approach in concept drift detection using an ensemble of simple spiking neural networks. Such approach utilizes an event-based nature and built-in ability to learn spatio-temporal patterns of spiking neurons, while ensemble provides additional robustness and scalability. This can help solve an active problem of limited time and processing resources in tasks of online machine learning, especially in very strict environments like IoT which also benefit in other ways from the use of spiking computations. Objective. The aim of the work is the creation of an ensemble of simple spiking neural networks to act as a concept drift detector in the tasks of online data stream mining. Method. The proposed approach is primary based on the accumulative nature of spiking neural networks, especially Leaky Integrate-and-Fire neurons can be viewed as gated memory units, where membrane time constant is a balance constant between remembering and forgetting information. A training algorithm is implemented that utilizes a shallow two-layer SNN, which takes features and labels of the data as an input layer and the second layer consists of a single neuron. This neuron’s activation implies that an abrupt drift has occurred. In addition to that, such model is used as a base model within the ensemble to improve robustness, accuracy and scalability. Results. An ensemble of shallow two-layer SNNs was implemented and trained to detect abrupt concept drift in the SEA data stream. The ensemble managed to improve accuracy significantly compared to a base model and achieved competitive results to modern state-of-the-art models. Conclusions. Results showcased the viability of the proposed solution, which not only provides a cheap and competitive solution for resource-restricted environments, but also open doors for further research of SNN’s ability to learn spatio-temporal patters in the data streams and other fields. UK: Актуальність. У цій статті запропоновано новий підхід до виявлення дрейфу концепцій з використанням ансамблю простих спайкових нейронних мереж. Такий підхід використовує подієву природу та вбудовану здатність нейронів вивчати просторово-часові патерни, а ансамбль забезпечує додаткову робастність та масштабованість. Це може допомогти вирішити актуальну проблему обмеженості часових та обчислювальних ресурсів у задачах онлайн машинного навчання, особливо в дуже суворих середовищах, таких як IoT, які також мають інші переваги від використання шипінг-обчислень. Мета роботи. Метою роботи є створення ансамблю простих спайкових нейронних мереж для роботи в якості детектора концептуального дрейфу в задачах інтелектуального аналізу потоків даних в Інтернеті. Метод. Запропонований підхід в першу чергу базується на накопичувальній природі спайкових нейронних мереж, особливо негерметичних нейронів інтеграції-та-пострілу, які можна розглядати як одиниці пам’яті із затворами, де мембранна постійна часу є константою балансу між запам’ятовуванням та забуванням інформації. Реалізовано алгоритм навчання, який використовує неглибоку двошарову SNN, що використовує ознаки та мітки даних як вхідний шар, а другий шар складається з одного нейрона. Активація цього нейрона означає, що відбувся різкий дрейф. Крім того, така модель використовується як базова модель в ансамблі для покращення робастності, точності та масштабованості. Результати. Ансамбль неглибоких двошарових SNN було реалізовано та навчено для виявлення різкого дрейфу концепції в потоці даних SEA. Ансамблю вдалося значно підвищити точність порівняно з базовою моделлю та досягти конкурентних результатів із сучасними передовими моделями. Висновки. Результати показали життєздатність запропонованого рішення, яке не тільки забезпечує дешеве і конкурентоспроможне рішення для середовищ з обмеженими ресурсами, але і відкриває двері для подальших досліджень здатності спайкових нейромереж вивчати просторово-часові патерни в потоках даних та інших областях.Документ Solution of a multicriteria assignment problem using a categorical efficiency criterion(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Novozhylova, M. V.; Karpenko, M. Yu.; Новожилова, М. В.; Карпенко, М. Ю.EN: Context. The paper considers a problem of assigning a set of employees to a finite set of operations in a multicriteria statement, under condition of a hierarchical structure of a partial efficiency criterion of performing a set of operations, being presented in such a way that each employee possesses a finite set of competencies and each operation has a finite set of characteristics. Numerical and categorical data types are provided for the use as exogenous parameters of the problem. The relevance of the assignment problem being considered is determined by an extremely wide range of practical applications, both in the classical statements and new modifications, the high demand for which is constantly generated by the dynamically developing economic environment. At the same time, a critically smaller number of scientific publications propose means of modeling and solving multi-criteria assignment problems, despite the importance of this type of problems in decision-making, both in theoretical and practical aspects. In general, in conditions of lack of information, the exogenous parameters of the problem cannot be specified in numerical form, therefore there is a need to use categorical data with further numerical coding. Objective. The goal of the work is to build a multicriteria mathematical model and, on this basis, carry out a numerical study of the optimization assignment problem, taking into account a hierarchical structure of a partial efficiency criterion of the selection of «operation – employee» pairs. Method. The study proposes a novel method of solving the assignment problem that implemented as a multi-stage process, which includes the stage of transformation of exogenous parameters of the model, given by categorical variables, based on the implementation of the Pareto principle and logistic mapping, the stage of constructing linear scalarization of the efficiency and the cost criteria. UK: Актуальність. В роботі розглядається задача про призначення множини виконавців на скінчений набір операцій в багатокритеріальній постановці за умови ієрархічної структури частинного критерію ефективності виконання набору операцій, поданого таким чином, що кожний виконавець володіє скінченим набором компетентностей і кожна операція має скінчений набір характеристик. В якості екзогенних параметрів задачі передбачено застосування числових та категоріальних типів даних. Актуальність задачі про призначення, що розглядається, обумовлюється надзвичайно широким спектром практичних застосувань як в класичній постановці, так і нових модифікаціях, запит на які постійно генерується економічним середовищем, що динамічно розвивається. При цьому критично менша кількість наукових публікацій присвячена засобам моделювання та розв’язання саме багатокритеріальних задач про призначення, незважаючи на важливість задач такого типу в прийнятті рішень, як в теоретичному, так і в практичному аспектах. В загальному випадку в умовах нестачі інформації екзогенні параметри задачі не можуть бути задані в числовій формі, тому виникає потреба застосування категоріальних даних з подальшим числовим кодуванням. Метою роботи є побудова математичної моделі та проведення на цій основі чисельного дослідження оптимізаційної задачі про призначення з урахуванням можливості ієрархічної структури частинного критерію ефективності вибору пар «операція – виконавець». Метод розв’язання задачі – це багатоетапний процес, що включає етап трансформації екзогенних параметрів моделі, заданих категоріальними змінними, на основі втілення принципу Парето та логістичного відображення, етап побудови лінійної згортки частинних критеріїв ефективності та вартості виконання робіт. Результати роботи. Проведено системологічний аналіз існуючих підходів та запропоновано методику числового кодування категоріальних даних. Обґрунтовано засіб зведення багатокритеріальної за постановкою задачі до набору однокритеріальних оптимізаційних задач на основі лінійної згортки та функціонально-вартісного аналізу, побудовано множину Парето основної задачі дослідження. Висновки. Проведене моделювання та розв’язання задачі про призначення на основі створення програмного симулятора із застосуванням солверу Google OR-Tools підтвердило можливість узагальнення запропонованих інструментальних засобів на інші класи задач про призначення.Документ Innovative improved approximate solution method for the integer knapsack problem, error compression and computational experiments(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Mamedov, K. Sh.; Niyazova, R. R.; Мамедов, К. Ш.; Ніязова, Р. Р.EN: Context. Mathematical models of many optimization problems encountered in economics and engineering are taken in the form of an integer knapsack problem. Since this problem belongs to the class of “NP-complete”, that is, “hard to solve” problems, the number of operations required by known methods to find its optimal solution is exponential. This does not allow solving large-scale problems in real time. Therefore, various and fast working approximate solution methods of this problem have been developed. However, it is known that the approximate solution provided by those methods can differ significantly from the optimal solution in most cases. Therefore, after taking any approximate solution as a starting point, there is a demand to develop methods for its further improvement. Development of such methods has both theoretical and great practical importance. Objective. The main purpose solving of this issue is as follows. The main purpose in performing this work is to first find an initial approximate solution of the problem using any known method, and then work out an algorithm for successively further improvement of this solution. For this purpose, the set of numbers with which the coordinates of the optimal solution and the found approximate solution can differ should be determined. After that, new solutions should be constructed by assigning possible values to the unknowns corresponding to the numbers in that set, and the best among these solutions should be selected. However, the algorithm for constructing such a solution should be simple, require a small number of operations, not cause difficulties from the point of view of programming, be new and be applicable to practical issues. Method. The essence of the proposed method consists of the following. First, the initial approximate solution of the considered problem and the value of the objective function corresponding to this solution are found by a known rule. After that, the optimal solution of the problem is easily found by a known method, without taking into account the condition that the unknowns are integers. Obviously, this solution can take at most one coordinate fractional value. It is assumed that the coordinates of the optimal solution of the integer knapsack problem and the initial approximate solution may differ around a certain fractional coordinate of the optimal solution of the continuous problem. Then, the minimum number of non-zero coordinates and zero coordinates in the optimal solution is found. Corresponding theorems have been proved for this. It is assumed that the different coordinates of the optimal solution and the initial approximate solution located between those minimal numbers. Therefore, the best solution can be selected by successively changing the coordinates between those minimum numbers one by one. Results. Extensive calculation experiments were conducted with the application of the proposed method.To have a high quality of this method was confirmed once again through experiments. Conclusions. The proposed method is new, simple in nature, easy to consider from the programming point of view, and has important practical importance. Thus, we call this solution the innovative improved approximate solution. UK: Актуальність. Математичні моделі багатьох задач оптимізації, що зустрічаються в економіці та техніці, розглядаються у формі задачі про цілочисельний рюкзак. Оскільки ця задача належить до класу «NP-повних», тобто «важко розв’язуваних», кількість операцій, необхідних відомим методам для знаходження її оптимального розв’язку, експоненціальна. Це не дозволяє вирішувати масштабні завдання в режимі реального часу. Тому розроблено різноманітні та швидкопрацюючі методи наближеного розв’язання цієї задачі. Однак відомо, що наближене рішення, отримане цими методами, у більшості випадків може суттєво відрізнятися від оптимального. Тому після прийняття будь-якого наближеного рішення за вихідну точку виникає потреба розробити методи його подальшого вдосконалення. Розробка таких методів має як теоретичне, так і велике практичне значення. Мета роботи. Основна мета вирішення цього питання полягає в наступному. Основна мета виконання даної роботи полягає в тому, щоб будь-яким відомим методом спочатку знайти вихідний наближений розв’язок задачі, а потім розробити алгоритм для послідовного подальшого вдосконалення цього розв’язку. Для цього необхідно визначити набір чисел, якими можуть відрізнятися координати оптимального і знайденого наближеного розв’язку. Після цього слід побудувати нові розв’язки шляхом присвоєння можливих значень невідомим, що відповідають числам цього набору, і вибрати найкраще з цих розв’язків. Але алгоритм побудови такого рішення повинен бути простим, вимагати невеликої кількості операцій, не викликати труднощів з точки зору програмування, бути новим і застосовним до практичних завдань. Метод. Суть запропонованого способу полягає в наступному. Спочатку за відомим правилом знаходять початковий наближений розв’язок задачі, що розглядається, і відповідне йому значення цільової функції. Після цього оптимальний розв’язок задачі легко знаходить відомим методом без урахування умови цілості невідомих. Очевидно, що цей розв’язок може приймати не більше одного дробового значення координати. Передбачається, що координати оптимального розв’язку цілочисельної задачі про ранець і початкового наближеного розв’язку можуть відрізнятися навколо певної дробової координати оптимального розв’язку неперервної задачі. Потім знайдено мінімальну кількість ненульових координат і нульових координат в оптимальному розв’язку. Для цього доведено відповідні теореми. Передбачається, що різні координати оптимального розв’язку та початкового наближеного розв’язку знаходяться між цими мінімальними числами. Таким чином, найкраще рішення можна вибрати шляхом послідовної зміни координат між цими мінімальними числами один за одним. Результати. Із застосуванням запропонованого методу були проведені численні розрахункові експерименти. Висока якість цього методу ще раз підтверджена експериментально. Висновки. Запропонований метод є новим, простим за своєю суттю, легким для програмування та має важливе практичне значення. Таким чином, ми називаємо це рішення інноваційним покращеним наближеним рішенням.Документ About of the annealing method using for the traveling salesman problem solution with the fuzzy time perception(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Ivohin, E. V.; Adzhubey, L. T.; Makhno, M. F.; Rets, V. O.; Івохін, Є. В.; Аджубей, Л. Т.; Махно, Л. Т.; Рець, В. О.EN: Context. The article considers a technique for the use of fuzzy numbers and the annealing method for solving the traveling salesman problem, which is formulated as the problem of finding a route to visit a given number of cities without repetitions with a minimum duration of movement. The task of formalizing the algorithm for solving the traveling salesman problem by the annealing method using fuzzy numbers for subjective time perception is posed. The use of fuzzy numbers to increase the accuracy to represent real-world circumstances is proposed. Objective. The goal of the work is to develop an algorithm for solving the traveling salesman problem based on the implementation of the annealing method with fuzzy numbers representing the subjective time perception for traveling between the cities with the minimum perceived duration of movement along the route. Method. This paper proposes a method for solving the traveling salesman problem by the annealing method with fuzzy numbers for subjective time perception. A scheme for formalizing the procedure for solving the traveling salesman problem with the minimal perceived duration of movement along the route is described. A variant of the original traveling salesman problem is proposed, which consists in using fuzzy numbers to represent the uncertainty and subjective time perception in traveling between cities as opposed to regular crisp numbers to show regular distance and/or time of traveling. The results of the proposed algorithm for calculating solutions to the traveling salesman problem with minimization of the perceived duration of movement are presented, the obtained solutions are compared with the solutions found by other heuristic methods. Results. The method for solving the traveling salesman problem using the annealing method with fuzzy numbers for subjective time perception is developed. A variant of the original traveling salesman problem is proposed, which consists in using fuzzy numbers to represent the uncertainty and subjective time perception in traveling between cities as opposed to regular crisp numbers to show regular distance and/or time of traveling. The application of fuzzy numbers makes it possible to perform calculation over possibly uncertain or subjective data, making results more accurate in the case of realistic deviations from the expected mean values in distance coverage. The results of the proposed algorithm for calculating solutions to the traveling salesman problem with minimization of the perceived duration of movement are presented, the obtained solutions are compared with the solutions found by other heuristic methods. Conclusions. The paper considers a method for formalizing the algorithm for solving the traveling salesman problem using fuzzy numbers for subjective time perception. The use of fuzzy numbers to increase the accuracy to represent real-world circumstances is proposed. The scheme for formalizing the procedure for solving the traveling salesman problem with the minimal perceived duration of movement along the route is described. A variant of the original traveling salesman problem is proposed, which consists in using fuzzy numbers to represent the uncertainty and subjective time perception in traveling between cities as opposed to regular crisp numbers to show regular distance and/or time of traveling. UK: Актуальність. Інтеграція нечітких чисел в алгоритми має вирішальне значення для вдосконалення обчислювальних методологій. Нечіткі числа з властивою їм неточністю пропонують більш реалістичне уявлення про явища реального світу. Адаптація та інноваційні алгоритми для включення нечітких чисел є важливими для вирішення складних проблем, коли дані можуть бути неточними або неоднозначними. Це вдосконалення допомагає більш обґрунтовано приймати рішення зважаючи на тонкощі реального світу, що у свою чергу сприяє прогресу в різних сферах і дозволяє проводити дослідження у контексті суб’єктивного сприйняття часу. Ціль. Мета роботи – розробити алгоритм розв’язання задачі комівояжера з використанням нечітких чисел для формалізації невизначеності та неточності вхідних даних, пов’язаної з впливом суб’єктивності в оцінках тривалості необхідних проміжків часу. Метод. У статті розглянуто метод відпалу з нечітким представленням часу для розв’язання нечіткої задачі комівояжера, що формулюється як задача знаходження маршруту відвідування заданої кількості міст без повторень з мінімальною тривалістю руху з нечіткими числами, що представляють час, необхідний для подолання відстаней між містами. Поставлено та вирішено задачу формалізації алгоритму розв’язання проблеми комівояжера на основі методу відпалу з використанням нечітких чисел. Запропоновано можливі методи апроксимації нечітких чисел в контексті поставленої задачі. Розроблено конструктивний алгоритм розв’язання задачі. Проведено обчислювальні експерименти. Результати. Розроблено метод розв’язання задачі комівояжера з використанням методу відпалу та нечітких чисел. Запропоновано використання нечітких чисел для формалізації невизначеності та неточності вхідних даних, пов’язаної з впливом суб’єктивності в оцінках тривалості необхідних проміжків часу. Представлено результати розрахунків за допомогою запропонованого алгоритму в задачах комівояжера з мінімізацією суб’єктивної тривалості руху, показано можливі методи апроксимації нечітких чисел та їх порівняння в контексті поставленої задачі, проведено порівняння отриманих розв’язків із розв’язками, знайденими за допомогою інших евристичних методів. Висновки. У статті розглянуто метод формалізації алгоритму розв’язання задачі комівояжера з використанням алгоритму методу відпалу та нечітких чисел. Запропоновано використання нечітких чисел для формалізації невизначеності та неточності вхідних даних, пов’язаної із впливом суб’єктивності в оцінках тривалості необхідних проміжків часу. Описано схему формалізації процедури використання методу відпалу з нечіткими числами, що представляють суб’єктивне представлення часу, необхідного для подолання відстаней між містами.Документ Modeling of the spread of tuberculosis by regions in Ukraine(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Boyko, N. I.; Rabotiahov, D. S.; Бойко, Н. І.; Работягов, Д. С.EN: Context. Modelling the spread of tuberculosis in Ukraine is particularly relevant due to the increasing number of cases, especially in 2023. Objective. The aim of this study is to solve modeling tasks by applying modern machine learning methods and data analysis to build predictive models of tuberculosis spread at the regional level. Method. To model the spread of tuberculosis at the regional level in Ukraine, it is proposed to use several approaches, such as the SIR model, cellular automata, and Random Forest. Each of these methods has its unique advantages and can provide a more detailed understanding of the dynamics of disease spread. The SIR model (Susceptible-Infectious-Recovered) is a classical epidemiological model that describes the spread of infectious diseases in a population. The model assumes three groups of the population: S (Susceptible) – susceptible to infection; I (Infectious) – infected and capable of transmitting the infection; R (Recovered) – those who have recovered and gained immunity. Cellular automata are a discrete model that uses a grid of cells to simulate spatiotemporal processes. Each cell can be in different states (e.g., healthy, infected, immune) and change its state depending on the states of neighboring cells. Random Forest is a machine learning method that uses an ensemble of decision trees for classification or regression. This method can be applied to predict the spread of tuberculosis based on a large number of input parameters. Using these methods will allow for a deep analysis and comprehensive results regarding the spread of tuberculosis at the regional level in Ukraine. This, in turn, will facilitate the development of effective strategies to combat the disease and improve public health.. Results. The results of applying the Random Forest and SIR methods were described and analyzed in detail. For Random Forest, the metrics MSE and R2 were evaluated, showing high prediction accuracy. In the case of the SIR algorithm, visual assessment of the results revealed insufficient accuracy due to model limitations. Comparing the chosen methods with other studies, a conclusion was made about the need to consider more complex algorithms to obtain more accurate results. Conclusions. Based on the research results, it can be concluded that the Random Forest method is sufficiently effective for predicting vulnerable social groups and that the SIR algorithm is less effective for modeling the spread of tuberculosis. For further research development, it is recommended to consider more complex algorithms and account for additional factors influencing the spread of the disease. Moreover, to better understand further actions to combat the disease, it is advisable to simulate the spread of tuberculosis among the population of Ukraine. UK: Актуальність. Моделювання поширення туберкульозу на території України є особливо актуальним у зв’язку зі зростанням числа випадків захворювання, зокрема у 2023 році. Мета роботи є вирішення задач моделювання шляхом застосування сучасних методів машинного навчання та аналізу даних для побудови прогностичних моделей поширення туберкульозу на регіональному рівні. Метод. Для моделювання поширення туберкульозу на регіональному рівні в Україні пропонується використовувати кілька підходів, таких як SIR модель, клітинні автомати та Random Forest. Кожен з цих методів має свої унікальні переваги та може забезпечити детальніше розуміння динаміки поширення захворювання. SIR модель (Susceptible-Infectious-Recovered) є класичною епідеміологічною моделлю, яка описує розповсюдження інфекційних захворювань у популяції. Модель передбачає три групи населення: S (Susceptible) – сприйнятливі до інфекції; I (Infectious) – інфіковані та здатні передавати інфекцію; R (Recovered) – ті, хто одужав та отримав імунітет. Клітинні автомати є дискретною моделлю, що використовує решітку клітин для моделювання просторово-часових процесів. Кожна клітина може перебувати у різних станах (наприклад, здорова, інфікована, імунна) та змінювати свій стан залежно від стану сусідніх клітин. Random Forest є методом машинного навчання, що використовує ансамбль дерев рішень для класифікації або регресії. Цей метод може бути застосований для прогнозування поширення туберкульозу на основі великої кількості вхідних параметрів. Використання цих методів дозволить провести глибокий аналіз та отримати комплексні результати щодо поширення туберкульозу на регіональному рівні в Україні. Це, в свою чергу, сприятиме розробці ефективних стратегій боротьби з хворобою та покращенню здоров’я населення. Результати. Були детально описані та проаналізовані результати застосування методів Random Forest і SIR. Для Random Forest були оцінені метрики MSE та R2, що показали високу точність передбачень. У випадку моделювання алгоритмом SIR, за допомогою візуальної оцінки результатів, було виявлено недостатню точність, що обумовлено недоліками моделі. Порівнюючи обрані методи з іншими дослідженнями, було зроблено висновок про необхідність розгляду більш складних алгоритмів для отримання більш точних результатів. Висновки. На основі результатів дослідження можна зробити висновок про достатню ефективність методу Random Forest для та прогнозування уразливих соціальних груп населення та слабку ефективність алгоритму SIR для моделювання поширення туберкульозу. Для подальшого розвитку дослідження рекомендується розгляд більш складних алгоритмів та врахування додаткових факторів, що впливають на поширення захворювання. Крім того, для кращого розуміння подальших дій для поротьби з хворобою, доцільно буде провести симуляцію поширення туберкульозу серед населення України.Документ Оптимізація структур радіосистем пеленгації джерел випромінювання сигналів з повністю відомими параметрами(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Жила, С. С.; Церне, Е. О.; Попов, А. В.; Руженцев, М. В.; Волков, Є. Г.; Шевчук, С. Д; Грибський, О. П.; Колесніков, Д. В.; Інкарбаєва, О. С.; Черепнін, Г. С.; Zhyla, S.S.; Tserne, E. O.; Popov, A. V.; Ruzhentsev, N. V.; Volkov, Ye. G.; Shevchuk, S. D.; Gribsky, O. P.; Kolesnikov, D. V.; Inkarbaieva, O. S.; Cherepnin, G. S.UK: Актуальність. Радіопеленгатори є ключовими компонентами систем радіолокації та радіонавігації, особливо коли вони встановлюються на борту БПЛА. Високі вимоги до точності пеленгації та широкого кута однозначних вимірювань стають особливо актуальними в умовах збільшення застосування безпілотних систем. Основна проблема полягає у досягненні балансу між високою точністю та широким діапазоном кутів однозначних вимірювань. Мета. Одночасне підвищення точності пеленгації та розширення кутів однозначних вимірювань за рахунок статистичного синтезу методів обробки функціонально-детермінованих сигналів в багатоканальних радіопеленгаторах. Метод. Ґрунтується на статистичній теорії оптимізації радіотехнічних систем дистанційного зондування та радіолокації. Для обмеженого в даній роботі типу сигналів, що задаються функціонально-детермінованими моделями, сконструйовано функцію правдоподібності та визначено її максимуми для різних конфігурацій багатоантенних пеленгаторів. Результати статистичного синтезу перевіряються методами імітаційного моделювання та натурними експериментами. Результати. Теоретичними дослідженнями та імітаційним моделюванням підтверджено, що в двоантених радіопеленгаторах існує протиріччя між високою роздільною здатністю та шириною діапазону кутів однозначного радіопеленгування. Отримано удосконалений метод обробки сигналів в чотирьохантенному радіопеленгаторі, що має пару високоспрямованих та пару низькоспрямованих антен. Для отримання гранично досяжної точності пеленгування у межах діапазону однозначних вимірювань радіопеленгатору синтезовано новий метод обробки сигналів в шести елементному радіоприймачі, що комплексує обробку в двох амплітудних пеленгаторах та одному фазовому пеленгаторі. Висновки. Запропонований підхід дозволяє досягти оптимального балансу між роздільною здатністю і діапазоном кутів, що особливо важливо для застосування у бортових системах безпілотних літальних апаратів. Результати моделювання підтверджують ефективність запропонованого методу, що робить його перспективним для впровадження в сучасні радіосистеми. EN: Context. Direction finders are critical components of radar and radio navigation systems, particularly when installed onboard UAVs. The increasing use of unmanned systems has heightened the need for precise direction finding and wide-angle unambiguous measurements. The primary challenge is to strike a balance between achieving high accuracy and maintaining a broad range of unambiguous measurement angles. Objective. To simultaneously enhance direction finding accuracy and expand the range of unambiguous measurement angles through the statistical synthesis of functionally deterministic signal processing methods in multichannel direction finders. Method. The approach is grounded in the statistical theory of optimization for radio remote sensing and radar systems. For the specific type of signals considered in this study, represented by functional-deterministic models, the likelihood function is constructed, and its maxima are determined for various configurations of multi-antenna direction finders. The statistical synthesis results are validated through simulation and in-situ experiments. Results. Theoretical analysis and simulation modeling confirm that in dual-antenna direction finders, there is a trade-off between high resolution and the range of unambiguous direction finding angles. An improved signal processing method is developed for a four-antenna direction finder, utilizing a pair of high-gain and a pair of low-gain antennas. To achieve the maximum possible bearing accuracy within the range of unambiguous direction finder measurements, a new signal processing method is synthesized for a six-element radio receiver, combining the processing of signals in two amplitude direction finders and one phase direction finder. Conclusions. The proposed approach achieves an optimal balance between resolution and angle range, making it particularly suitable for onboard systems of unmanned aerial vehicles. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed method, highlighting its potential for implementation in modern radio systems.Документ Method of control the mechanical state of the optical fiber of the dielectric self-supporting optical cable during operation(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Bondarenko, O. V.; Stepanov, D. M.; Бондаренко, О. В.; Степанов, Д. М.EN: Context. One of the issues of theoretical and practical research studying phenomena that occur over time and lead to violations of the normative work of optical cables (OC) are ways to ensure and control their reliability during operation. Today, electronic communication (telecommunications) has already gained significant integration and widespread use due to the urgent need to exchange large volumes of information between users or network devices at high speeds and over long distances, as well as the provision of a wide range of electronic communication services. The electronic communication service has a high level of demand and consists in receiving and/or transmitting information through electronic communication networks, which is transmitted using electronic communication networks and services. In an electronic communication network, the transmitting/receiving of optical signals is provided by the fiber optic transmission system (FOTS). It is capable of converting electrical signals from a variety of digital devices into optical signals and transmitting them over fiber-optic communication lines (FOCL), which is the main transmission medium in an electronic communication network. The problem of ensuring the reliability of the FOCL, which includes a wide range of issues related to the development and production of all its elements, design, construction and technical operation of the communication line, continues to gain more and more importance. In general, the transmitting/receiving of information between end users equipment, communication nodes, network devices (servers, databases, etc.) takes place through an electronic communication network. Normative and technical documentations for fiber-optic communication lines regulates the control of the mechanical state of the optical cable during operation, but do not provide the full control of the mechanical state of the optical fiber to ensure the quality and reliability of the line during the specified service life. As known, to ensure the reliability of the optical cable, as a rule, the permissible elongation of the optical fiber (OF) is ɛpOF < (0.2...0.25) %, adopted during the designing of the cable. However, during operation, the appearance of multiple excess of elongations exceeding these values is possible in the fibers. Thus, the development and substantiation of methods for evaluating the mechanical characteristics of a dielectric self-supporting optical cable (DSOC) and the method of full control of the mechanical state of the optical fiber is necessary. The last can lead to premature failure of the optical fiber. Objective. Development and substantiation of the method of control the mechanical state of an optical fiber of the suspended DSOC, as well as assessment of the conditions of deformation of optical fibers in its core with the appearance of longitudinal tensile/compressive loads during operation. Method. Two ways of evaluating the mechanical characteristics of DSOC and the method of control the mechanical state of its fibers have been developed and proposed. For this, the following characteristics of the cable and fiber are adopted in the work: relative elongation of the cable and fiber (ɛcх, ɛОFх), span length (Lsх) of the line, cable sag in the span (fx) and tensile load (TL) of the cable (Ftlх), which causes longitudinal deformation ɛ. At the same time, the method proposes to control the mechanical state of the optical fiber during the operation of the DSOC by determining its effective relative elongation according to the mechanical, physical and climatic conditions of the line location. In the paper, it is proposed to measure and calculate the following mechanical characteristics, due to the developed reference data for the selection of the cable type and the climatic zone of the line location, measuring equipment and mathematical tools: – equivalent mechanical tension in DSOC; – calculated and actual cable sag in the span; – actual effective relative elongation of the cable; – actual tensile load acting on the cable. The ways and method presented in the work allow a complete evaluation of the mechanical characteristics of the cable and control of the mechanical state of the optical fiber during operation of the DSOC. It creates an opportunity to monitor its changes to prevent the appearance of excessive loads during operation and failure of the fiber-optic communication line. It is possible to recommend this method for use by relevant departments for technical operation of telecommunication lines and networks based on hanging optical cables. Results. The work presents the results of the development and justification of the method of control the mechanical state of optical fibers of dielectric self-supporting optical cables during operation. For example, using the developed method, it is shown that in the cable OKL-3-D2A14 produced by PJSC “Odeskabel” in the conditions of the Odesa climate zone (Black Sea region), optical fibers with a span length of 100 m are subject to elongation by 0.16 %, and DSOC is subject to an actual tensile force of 2.722 kN. This result of the control of the mechanical state of the OF established that such span of the line ensures its mechanical integrity within the limits of the permissible deformation of 0.25 % adopted in the design of the cable, but exceeds its permissible tensile load of 2.6 kN. Conclusions. The scientific novelty of the work results is that, for the first time ways of fully evaluating the mechanical characteristics of the DSOC during operation and the method of fully control the mechanical state of its optical fiber have been developed. It allows to monitoring changes in the mechanical state of the optical fiber of the cable. UK: Актуальність. Нормативно-технічна документація для волоконно-оптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ) регламентує контроль механічного стану оптичного кабелю (ОК) під час експлуатації, але контроль механічного стану волокна в повній мірі для забезпечення якості та надійності лінії протягом заданого терміну служби не передбачає. Як відомо, що для забезпечення надійності оптичного кабелю, як правило, допустиме видовження оптичного волокна (ОВ) складає ɛдОВ < (0,2…0,25) %, прийняте при конструюванні кабелю. Але при експлуатації в волокнах можлива поява багаторазових надлишкових видовжень, що перевищують ці значення. Таким чином, розробка та обґрунтування способів оцінки механічних характеристик діелектричного самоутримного оптичного кабелю (ДСОК) та методу повного контролю механічного стану оптичного волокна являється необхідним. Останнє може привести до дострокового виходу із ладу оптичного волокна. Мета. Розробка та обґрунтування методу контролю механічного стану оптичних волокон підвісних ДСОК, а також оцінка умов деформації оптичних волокон в їх осерді з появою поздовжніх розтягувальних/стискальних навантажень при експлуатації. Метод. Розроблено та запропоновано два способи оцінки механічних характеристик ДСОК та метод контролю механічного стану його волокна. Для цього в роботі прийняті такі характеристики кабелю та волокна: відносне видовження кабелю та волокна (ɛкх, ɛОВх), довжина прольоту (Lпрх) лінії, стріла провисання кабелю в прольоті (fx) та розтягувальне навантаження (РН) кабелю (Fрнх), що обумовлює поздовжню деформацію ɛ. При цьому в методі запропоновано контроль механічного стану оптичного волокна при експлуатації ДСОК виконувати за рахунок визначення його діючого відносного видовження за механічними та фізико-кліматичними умовами розташування лінії. В роботі запропоновано, завдяки розробленим довідковим даним для вибору типу кабелю та кліматичної зони розташування лінії, вимірювальному обладнанню та математичному інструментарію, вимірювати та розраховувати такі механічні характеристики: – еквівалентну механічну напругу в ДСОК; – розрахункову та фактичну стріли провисання кабелю в прольоті; – фактично діюче відносне видовження кабелю; – фактичне розтягувальне навантаження, що діє на кабель. Приведені в роботі способи та метод дозволяють при експлуатації ДСОК здійснювати повну оцінку механічних характеристик кабелю та контроль механічного стану оптичного волокна. Це створює можливість моніторингу їх змін для недопущення появи надмірних навантажень при експлуатації та виходу з ладу волоконно-оптичної лінії зв’язку. Даний метод можливо рекомендувати для застосування відповідними підрозділами з технічної експлуатації телекомунікаційних ліній та мереж зв’язку на базі підвісних оптичних кабелів. Результати. В роботі приведені результати розробки та обґрунтування методу контролю механічного стану оптичних волокон діелектричних самоутримних оптичних кабелів при експлуатації. Для прикладу, використовуючи розроблений метод, показано, що в кабелі марки ОКЛ-3-Д2А14 виробництва ПАТ «Одескабель» в умовах Одеської кліматичної зони (Причорноморського регіону) оптичні волокна при довжині прольоту лінії 100 м підлягають видовженню на 0,16 %, а ДСОК підлягає фактичному розтягувальному зусиллю – 2,722 кН. Цей результат контролю механічного стану ОВ встановив, що такий прольот лінії забезпечує його механічну цілісність у межах допустимої деформації 0,25 %, прийнятої при конструюванні кабелю, але перевищує його допустиме розтягувальне навантаження 2,6 кН. Висновки. Наукова новизна результатів роботи полягає в тому, що вперше розроблено способи повної оцінки механічних характеристик ДСОК при експлуатації та метод повного контролю механічного стану його оптичного волокна. Він дозволяє виконувати моніторинг змін механічного стану оптичного волокна кабелю.Документ Identification of mobile devices by correlation features of their signal spectra(2024) Antipov, I.; Vasylenko, T.; Антіпов, І. Є.; Василенко, Т. О.EN: Context. The mass spread of Wi-Fi networks is facilitated by the simplicity of their deployment, high speed, universality, and convenience of use. The development and dissemination of these networks continue despite a number of shortcomings. One of the shortcomings is their vulnerability to various types of attacks, including those based on the forgery (imitation) of identification data. At the same time, there are physical layer characteristics, knowledge of which expands the understanding of the network’s state, can contribute to increasing the reliability of network subscriber identification, and thus prevent a number of attacks. This research is aimed at the theoretical and practical substantiation of the possibility of their application. Objective. The aim of the study is to assess the application of detailed analysis of signal spectra emitted by devices connected to wireless Wi-Fi networks for their identification. To achieve this goal, it is necessary to analyze the experimentally measured spectra of wireless devices connected to the Wi-Fi network and evaluate the possibility of using the spectrum for the identification of mobile devices. Method. This work proposes a method for processing the results of measuring the spectra of Wi-Fi device emissions by evaluating the asymmetry coefficient of the Wi-Fi device spectrum’s cross-correlation function. Mathematical modeling was used to assess the effectiveness of the method. Results. The research results show that the minimum value of the asymmetry coefficient when comparing the template with different positions of one’s own device, and large values of the asymmetry coefficient when comparing templates with foreign spectra. Therefore, this characteristic can also be used for the identification of Wi-Fi devices. Conclusions. The research results suggest the possibility of applying the proposed method for the identification of mobile devices, which will qualitatively complement existing security models with another feature for detecting unauthorized access. UK: Актуальність. Масовому поширенню Wi-Fi мереж сприяє простота їх розгортання, висока швидкість, універсальність і зручність використання. Розвиток і поширення цих мереж триває, незважаючи на наявність ряду недоліків. Одним з недоліків є їх вразливість до різних видів атак, у тому числі, основаних на підробці (імітації) ідентифікаційних даних. Разом з тим існують ознаки фізичного рівня, знання яких розширює уявлення про стан мережі, може сприяти підвищенню надійності ідентифікації абонентів мережі і таким чином запобіганню ряду атак. Це дослідження направлене на теоретичне обґрунтування можливості їх застосування. Мета. Метою дослідження є оцінка застосування детального аналізу спектрів сигналів, випромінюваних пристроями, підключеними до безпровідних мереж Wi-Fi, для їх ідентифікації. Для досягнення поставленої мети необхідно на основі експериментально виміряних спектрів безпровідних пристроїв, підключених до мережі Wi-Fi, провести аналіз отриманих результатів та оцінити можливість використання спектра для ідентифікації мобільних пристроїв. Метод. В даній роботі запропоновано метод обробки результатів вимірювання спектрів випромінювання Wi-Fi пристроїв шляхом оцінки коефіцієнта асиметрії взаємокореляційної функції спектру Wi-Fi пристроїв. Для оцінки ефективності методу використовувалося математичне моделювання. Результати. Результати досліджень показують, що мінімальне значення коефіцієнта асиметрії при порівнянні шаблону з різними положеннями власного пристрою, і великі значення коефіцієнта асиметрії при порівнянні шаблонів з чужими спектрами. Отже, ця ознака також може бути використана для ідентифікації Wi-Fi пристроїв. Висновки. Результати досліджень говорять про можливість застосування запропонованого методу для ідентифікації мобільних пристроїв , що дозволить якісно доповнити існуючі моделі забезпечення безпеки ще однією ознакою виявлення несанкціонованого доступу.