Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2018, №4 (47)

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27992

Browse

Now showing 1 - 20 of 22

Методы и алгоритмы мягкого декодирования сигналов в каналах передачи информации между элементами систем управления
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Фрейман, В. И.; Фрейман, В. І.; Freyman, V. I.
RU: Актуальность. Решены задачи повышения достоверности передачи информации в каналах и трактах систем управления на фоне воздействия совокупности помех различной природы и вида. Объектом исследования является приемное устройство (декодер канальных символов), предмет исследования – модели, методы и алгоритмы обработки и принятия решения на уровне элементарных сигналов (канальных символов). Цель работы – создание и исследование методов и алгоритмов «мягкого» декодирования элементарных сигналов для обеспечения достоверности передачи информации по встроенным и выделенным каналам и трактам систем управления. Метод. Использован математический аппарат нечетких множеств для описания ошибок, возникающих в каналах и трактах передачи информации между элементами систем управления. Реализованы методы и алгоритмы «мягкого» декодирования (дающих большую информацию для принятия решения, чем «жесткая» схема принятия решения) в первой решающей схеме приемных устройств в составе аппаратно-программных элементов систем управления. Выполнено программное моделирование предложенного способа принятия решения, основанного на методах нечеткой логики. Результаты. Разработаны структурная схема и алгоритм работы квазиоптимального приемника элементарных сигналов, оригинальность которого заключается в применении методов нечеткой логики для принятия решения. Создан и исследован алгоритм принятия решения в среде MathWorks Fuzzy Logic Toolbox. Выводы. Проведенные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы о том, что предложенная мягкая схема декодирования: обеспечивает большую «гибкость» при принятии решения, что положительным образом сказывается на достоверности передачи информации; не требует введения и использования многозначной логики (например, символ «x» для модели канала 2×3, символы «1b» и «0b» для модели канала 2×4, символы «0»...«7» для модели канала 2×8), что облегчает реализацию алгоритма декодирования; позволяет проводить арифметические, а не логические, вычисления, что снижает вычислительную сложность алгоритма принятия решения. UK: Актуальність. Вирішено завдання підвищення достовірності передачі інформації в каналах і трактах систем управління на тлі дії взаємозв’язків між різними видами та видами. Об’єкт дослідження – приймальний пристрій (декодер канальних символів), предмет дослідження – моделі, методи та алгоритми обробки та прийняття рішень на рівні елементарних сигналів (канальних символів). Мета роботи – створення та дослідження методів та алгоритмів «м’якого» декодування елементарних сигналів для забезпечення достовірності передачі інформації по вбудованим і виділеним каналам і трактатам систем управління. Метод. Використано математичний апарат нечітких множин для опису помилок, що виникають в каналах і трактах передачі інформації між елементами систем управління. Реалізовані методи та алгоритми «м’якого» декодування (дають більшу інформацію для прийняття рішення, ніж «жорстка» схема прийняття рішення) в першій вирішувальній схемі приймальних пристроїв у складі системно-програмних елементів систем управління. Виконано програмне моделювання запропонованого способу прийняття рішення, основаного на методах нечіткої логіки. Результати. Розроблено структурну схему та алгоритм роботи квазіоптимального приймача елементарних сигналів, оригінальність якого полягає у застосуванні методів нечіткої логіки для прийняття рішень. Створено та досліджено алгоритм прийняття рішення в середовищі MathWorks Fuzzy Logic Toolbox. Висновки. Проведені в роботі дослідження дозволяють зробити наступні висновки про те, що запропонована м’яка схема декодування: забезпечує більшу «гнучкість» при прийнятті рішення, що позитивно впливає на достовірність передачі інформації; не вимагає введення та використання багатозначної логіки (наприклад, символ «x» для каналу 2×3, символи «1b» та «0b» для каналу 2×4, символи «0» ... «7» для каналу 2 ×8), що полегшує реалізацію алгоритму декодування; дозволяє проводити арифметичні, а не логічні, розрахунки, що знижує обчислювальну складність алгоритму прийняття рішення. EN: Context. The problems of increasing the reliability of information transmission in the channels of control systems against the background of the impact of a set a different nature and type interference are solved. The object of research is receiving device (channel symbols decoder), the subjects of research are models, methods and algorithms of proceeding and decision making for elementary signals (channels symbols). The goal is creation and research of methods and algorithms of elementary signals «soft» decoding for providing of information transmission reliability in the build-in and dedicated channels of control systems. Method. The math methods of fuzzy sets for description of errors within information transmission channels between control systems elements is used. The methods and algorithms of «soft» decoding within first decision device of control systems elements are realized (this methods allows get more information for decision making then «hard» method of decision making). The program simulation of proposed method of decision making based on fuzzy logic is executed. Results. The structure scheme and functioning algorithm of quasi-optimal receiver of elementary signal with original using methods of fuzzy logic for decision making are created. The algorithm of decision making is researched with using the simulation tool MathWorks Fuzzy Logic Toolbox. Conclusions. The research results allows to make the next conclusions that proposed «soft» decoding method provides greater «flexibility» for decision making that positively affects the reliability of information transmission; don’t require the introduction and use of multi-valued logic (for example, the symbol «x» for the model of the channel 2×3, the symbols «1b» and «0b» for the model of the channel 2×4, the symbols «0» ... «7» for the model of the channel 2×8) that facilitates the implementation of the decoding algorithm; allows to execute arithmetic (not logical) calculation for decreasing a computational difficult of decision making algorithm.
Моделирование и анализ процессов функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом производства газобетона
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Каминская, Жанна Константиновна; Кулинич, Эдуард Михайлович; Сердюк, Сергей Никитович; Камінська, Жанна Костянтинівна; Кулинич, Едуард Михайлович; Сердюк Сергій Микитович; Кaminska, Zh. К.; Kulynych, E. М.; Serdiuk, S. N.
RU: Рассмотрена проблема повышения эффективности и качества процессов функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) производства газобетона. Актуальность данной проблемы обуславливается необходимостью учета человеческого фактора при разработке систем данного типа. Объект исследования – методы и средства автоматизации процессов управления сложными технологическими процессами (ТП). Предмет исследования – модели, методы и средства повышения эффективности и качества автоматизации процессов управления технологическими комплексами газобетонного производства. Цель работы – повышение эффективности и качества процессов управления ТП приготовления газобетона на основе создания комплексной математической модели, формализующей деятельность человека-оператора и физические процессы, происходящие в ходе ТП, с учетом характеристик исполнительных механизмов и режимов их управления, а также ее практическая реализация в виде имитационной модели (ИМ) процесса управления дозированием материалов газобетоной смеси на ЗАО «Мотор Сич» (г. Запорожье, Украина). Meтод. Предложено решение рассматриваемой проблемы в виде ИМ процесса функционирования АСУТП приготовления газобетона, основанной на комплексной математической модели процессов дозирования, смешивания компонентов газобетонной смеси и интерактивного взаимодействия оператора с человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ) АСУТП при решении им задач управления ТП. В ИМ человеко-машинная система «оператор-АСУТП» представлена в виде системы массового обслуживания. Для формализации алгоритма деятельности оператора использован обобщенный структурный метод А.И. Губинского. Особенность данной ИМ заключается в том, что она может быть использована для оценки и отладки работы АСУТП, алгоритмов работы с ЧМИ. Результаты. Разработано программное обеспечение и имитационная модель ТП изготовления газобетона u1085 на ЗАО «Мотор Сич», реализующие предложенную комплексную модель на основе транзактного способа организации квазипараллелизма в ИМ. Выводы. В работе предложена комбинированная (аналитико-имитационная) модель процесса автоматизированного управления технологическим процессом приготовления газобетона, которая в отличие от известных моделей управления, включающих процессы дозирования и смешивания, позволяет формализовать деятельность человека-оператора АСУТП, количественно оценить показатели его информационной загрузки, а также дополнительно учитывать в процессе дозирования влияние динамической составляющей веса набора компонентов в бункеры дозаторов и скорость истечения компонентов из расходных емкостей. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач обоснования оптимального выбора структуры, способов управления, вариантов ЧМИ, уточнения параметров системы управления указанным ТП, а также при создании интеллектуальных тренажеров для подготовки операторов. UK: Актуальність. Розглянуто проблему підвищення ефективності та якості процесів функціонування автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУТП) виробництва газобетону. Актуальність даної проблеми обумовлюється необхідністю врахування людського фактора при розробці систем даного типу. Об’єкт дослідження – методи і засоби автоматизації процесів управління складними технологічними процесами (ТП). Предмет дослідження – моделі, методи і засоби підвищення ефективності та якості автоматизації процесів управління технологічними комплексами газобетонного виробництва. Мета роботи – підвищення ефективності і якості процесів управління ТП приготування газобетону на основі створення комплексної математичної моделі, що формалізує діяльність людини-оператора і фізичні процеси, що відбуваються в ході ТП, з урахуванням характеристик виконавчих механізмів і режимів їх управління, а також її практична реалізація у вигляді імітаційної моделі ( ІМ) процесу управління дозуванням матеріалів газобетонної суміші на ЗАТ «Мотор Січ» (м. Запоріжжя, Україна). Meтод. Запропоновано рішення розглянутої проблеми у вигляді ІМ процесу функціонування АСУТП приготування газобетону, заснованої на комплексній математичній моделі процесів дозування, змішування компонентів газобетонної суміші та інтерактивної взаємодії оператора з людино-машинним інтерфейсом (ЛМІ) АСУТП при вирішенні ним завдань управління ТП. В ІМ людино-машинна система (ЛМС) «оператор-АСУТП» представлена у вигляді системи масового обслуговування. Для формалізації алгоритму діяльності оператора використаний узагальнений структурний метод А. І. Губинського. Особливість даної ІМ полягає в тому, що вона може бути використана для оцінки та налагодження роботи АСУТП, алгоритмів роботи з ЛМІ. Результати. Розроблено програмне забезпечення та імітаційна модель ТП виготовлення газобетону на ЗАТ «Мотор Січ», що реалізують запропоновану комплексну модель на основі транзактного способу організації квазіпараллелізма в ІМ. Висновки. В роботі запропонована комбінована (аналітико-імітаційна) модель процесу автоматизованого управління технологічним процесом приготування газобетону, яка на відміну від відомих моделей управління, що включають процеси дозування та змішування, дозволяє формалізувати діяльність людини-оператора АСУТП, кількісно оцінити показники його інформаційного завантаження, а також додатково u1074 враховувати в процесі дозування вплив динамічної складової ваги набору компонентів в бункери дозаторів і швидкість витікання компонентів з витратних ємностей. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення, що дозволяє рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні завдань обґрунтування оптимального вибору структури, способів управління, варіантів ЛМІ, уточнення параметрів системи управління зазначеним ТП, а також при створенні інтелектуальних тренажерів для підготовки операторів. EN: Context. The problem of increasing the efficiency and quality of functioning of the Automated Control System (ACS) for aerated concrete production is considered. The relevance of the problem is determined by the need to take into account the human factor in the development of systems of this type. Methods and means of control processes automation with the help of complex technological processes (TP) are the research object. The subject of the research is models, methods and means of increasing the efficiency and quality of control process automation of technological complexes in aerated concrete production. Objective. The complex mathematical model is to be developed to bring automated control of technological processes for aerated concrete production to the advanced level of its efficiency and quality. The complex mathematical model formalizes humanoperator activity and technological process on the physical level including characteristics of actuators and their control modes. Practically the complex mathematical model is implemented as a certain imitation model (IM), which represents control process for dosing the components for aerated concrete mixtures at JSC “Motor Sich” (Zaporizhzhia, Ukraine). Method. The solution of the considered problem in the form of the IM operating process of the ACS for aerated concrete preparation is proposed. It is based on a complex mathematical model of dosing and mixing aerated concrete components and the interactive work of the operator with the human-machine interface (HMI) of the ACS when solving the TP control tasks. In the IM, the human-machine system “operator-ACS” is presented in the form of a queuing system. To formalize the operator’s activity algorithm, the generalized structural method offered by A.I. Gubinsky is used. The peculiarity of this IM is that it can be used to evaluate and debug the ACS and HMI algorithms. Results. The software and IM of the technological process for aerated concrete production at JSC "Motor Sich" was developed. That implements the proposed complex model based on a transact technique of organizing quasi-parallelism in IM. Conclusions. The research proposes a combined (analytical-imitation) model of the automated control process for the aerated concrete preparation technology. Unlike other well-known control models which include dosing and mixing processes, this one suggests the approach that allows formalizing the activity of the ACS operator, quantifying the indicators of his information load and taking into account the influence of the dynamical changing of the components set weight in the dispenser hoppers and the components flow velocity from the consumable containers in the dosing process. The conducted experiments proved the operability of the software proposed; such software may be recommended for practical use in solving the problems of justifying the structure optimal choice, control methods, HMI variants, clarifying the ACS parameters for the specified technological processes, and also for development of intelligent simulators to be used for operator training.
Identification of “human error” negative manifestation in maritime transport
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Nosov, P. S.; Ben, A. P.; Matejchuk, V. N.; Safonov, M. S.; Носов, П. С.; Бень, А. П.; Матейчук, В. Н.; Сафонов, М. С.
EN: Context. There is a problem of identifying the subjective entropy of the navigator as an indication of negative human error in maritime transport. The aim of the study is to develop the data system to identify the negative manifestations of the human error for ensuring safety in maritime transport. Objective. The objective of the work is to design the data system consisting of two levels. Levels are targeted at detection of primary factors and secondary factors of subjective entropy of the navigator increase. Method. Within the scope of this work, the phases of the navigator’s activity are determined, in which negative manifestations of the human error arise. This most often occurs during emergency situations. It is determined that the navigator’s loss of focus leads to inadequate actions in relevant situations. Stressful situations are the second reason that affects self-control level. The factors’ expanses influencing the navigator’s subjective entropy increase as well as the vector affecting the subjective entropy at the first level of the formal system are determined. The arrangement of sets of factors was carried out. The arrangement result represents the formal system’s first level description. Multi-objective optimization problem is vital for optimal solutions identification. The patterning’s target is error evaluation on finding a vector, which is an essential stage. The lower limit of the system identification level is determined. The formal description of actions at the second level of the system is carried out and vector is specified at this level. The dependences of second-level vectors’ impacts on navigator subjective entropy increase are specified with maximum accuracy. Time input estimation for system actuation allows us to determine three operating modes of the system. The input data for operating modes specification is indicated. The matrix-based framework algorithm of navigator’s behavior during emergency situations is given. Results. Formal approaches were confirmed by simulation patterning using the navigation simulator NTPRO 5000. The data obtained allowed to build an algorithm in navigator’s shaping of in various situations. Conclusions. The proposed formal approaches, patterns and algorithms will provide a basis for navigator’s behavior analysis during emergency situations. The search of the best practice of human error data mining based on real data and simulator training data can be the direction for future research. This will allow to determine the mathematical expectation of navigator’s behavior in emergency situations, as well as when performing operations with a low coefficient of experience. UK: Актуальність. Існує проблема ідентифікації суб’єктивної ентропії судноводія як показника негативного людського фактора на морському транспорті. Метою дослідження є побудова інформаційної системи ідентифікації негативних проявів людського фактора для забезпечення безпеки на морському транспорті. Завдання. Метою роботи є проектування інформаційної системи що складається з двох рівнів, виявлення первинних факторів і виявлення вторинних факторів підвищення суб’єктивної ентропії судноводія. Метод. В рамках дослідження визначено фази діяльності судноводія, в яких виникають негативні прояви людського фактора, а саме під час позаштатних ситуацій. Визначено, що втрата концентрації уваги призводить до неадекватних ситуації дій з боку судноводія. Крім того, другою причиною можуть служити стресові ситуації, що впливають на рівень самоконтролю. Визначено простір факторів, що впливають на підвищення суб’єктивної ентропії судноводія у вигляді вектора що проявляються на першому рівні формальної системи. Проведена компоновка множин факторів, в результаті чого отримано формальний опис першого рівня системи. Завдання зводиться до багатокритеріальної оптимізації з метою знаходження множин оптимальних рішень. Важливим етапом в ході моделювання є оцінка похибки при знаходженні вектора і визначення нижньої грані можливості системи. Виконано формальний опис дій другого рівня системи і визначення векторів. Визначено Отримано максимально достовірне визначення векторів впливу на підвищення суб’єктивної ентропії судноводія на етапі другого рівня з урахуванням тимчасових витрат спрацьовування системи, що дозволяє визначити три режими роботи. Позначено вхідні дані для визначення режимів роботи системи у вигляді матриць поведінки судноводія під час позаштатних ситуацій. Результати. Формальні підходи були підтверджені імітаційний моделюванням із застосуванням навігаційного тренажера NTPRO 5000 і стали основою для побудови алгоритму формування u1084 моделі поведінки судноводія в різних ситуаціях. Висновки. Запропоновані формальні підходи, моделі та алгоритми дозволять створити підставу для аналізу поведінки судноводіїв під час позаштатних ситуацій. Перспективами подальших досліджень може бути знаходження найбільш оптимальних методів інтелектуального аналізу людського фактора на основі реальних даних і даних тренажерної підготовки. Це дозволить визначати математичне очікування поведінки судноводіїв в нестандартних ситуаціях, а також при виконанні операцій з невисоким коефіцієнтом досвіду.
Analysis of ways for exchanging data in networks with package commutation
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Minukhin, S. V.; Losev, M. U.; Sitnikov, D. E.; Мінухін, С. В.; Лосєв, М. Ю.; Сітніков, Д. Е.
EN: The important problem of increasing the effectiveness of functioning telecommunication networks with package commutation is considered. Some ways are suggested for improving algorithmic tools for information exchange based on using methods and means of diagnosing errors in packages with data transferred. The object of this investigation is the process of data transfer and determining spoilt packages in messages. Objective. The objective of this paper is to decrease the average relative time of package delivery and also to increase the probability of faultless information transfer to user on the basis of modelling various data exchange protocols. Method. A method is suggested for the synthesis of universal, fast-acting multi-channel devices designated for controlling and diagnosing messages in data exchange networks with package commutation. Determining faulty packages is carried out based on using cyclic codes and the signature analysis method, which allows creating simple and sufficiently effective devices for data control. A comparative analysis of data exchange protocols is carried out based on using the method of probability-time graphs. Results. There have been obtained recommendations as to effective using protocols for information exchange with respect to usage conditions and characteristics of networks with package commutation. Conclusions. In this research the formalization of information processing based on the signature analysis has been accomplished and the method for the synthesis of multi-channel control devices with localizing errors in message packages has been improved. At that, the approach to data exchange in networks with package commutation has been improved. A comparative analysis of the three main scientific approaches that use cyclic error detecting codes has been carried out with the help of probability-time graphs. UK: Актуальність. Розглядається актуальна проблема підвищення ефективності функціонування телекомунікаційних мереж з комутацією пакетів. Пропонуються шляхи вдосконалення алгоритмічного забезпечення процесу інформаційного обміну на основі використання можливостей методів і засобів діагностування помилок в пакетах даних, що передаються. Об’єктом дослідження є процес передачі даних і визначення зіпсованих пакетів в повідомленнях. Мета. Мета роботи зниження середнього відносного часу доставки пакетів, а також підвищення ймовірності безпомилкової передачі інформації абоненту на основі моделювання різних протоколів обміну даними. Метод. Пропонується методика синтезу універсальних, швидкодіючих багатоканальних пристроїв, призначених для контролю і діагностування повідомлень в мережах обміну даними з комутацією пакетів. Визначення помилкових пакетів здійснюється на основі використання циклічних кодів і методу сигнатурного аналізу, які дозволяють створювати прості і досить ефективні пристрої контролю даних. На основі використання методу імовірнісно-часових графів виконано порівняльний аналіз протоколів обміну даними. Результати. Отримано рекомендації щодо ефективного використання протоколів інформаційного обміну в залежності від умов застосування і характеристик мереж з комутацією пакетів. Висновки. У проведеному дослідженні u1074 виконана формалізація процесу обробки інформації на основі сигнатурного аналізу та удосконалено методику синтезу багатоканальних пристроїв контролю з локалізацією помилок в пакетах повідомлень. При цьому вдосконалений спосіб обміну даними в мережах з комутацією пакетів. З використанням ймовірнісно-часових графів проведено порівняльний аналіз для трьох основних напрямків, які застосовують циклічні коди, що виявляють помилки.
Адаптивные матричные модели в задаче контроля потоков видео
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Машталир, С. В.; Столбовой, М. И.; Машталір, С. В.; Столбовий, М. І.; Mashtalir, S. V.; Stolbovyi, M. I.
RU: Актуальность. В настоящее время анализ многомерных данных является одним из приоритетных направлений научных исследований. Это связано с практически не контролируемым ростом объемов информации и возникновением необходимости получения/поиска различного рода полезных данных из нее. При этом анализ видеоданных является одним из наиболее сложных с вычислительной точки зрения не только из-за больших объемов обрабатываемых данных, но и, учитывая слабую структурированность видео, а также тот факт, что в целом ряде задач обработки видео существуют ограничения на время обработки. Одним из направлений решения этих проблем анализа видео является предварительная обработка видеоданных с целью получения их разбиения на однородные сегменты (сцены), что значительно сокращает временные и вычислительные затраты при дальнейшем контекстном анализе больших объемов видео информации. И, несмотря, на имеющиеся результаты в этом направлении, задача кластеризации/сегментации видеопоследовательностей остается чрезвычайно актуальной. Цель. В работе рассмотрена проблема кластеризации многомерных потоковых данных на примере временной сегментации видеопоследовательностей. Метод. Предложен метод контроля изменений в потоковых данных, что позволяет отслеживать моменты, существенного изменения характеристик входных многомерных данных, на основе адаптивных матричных моделей с введением специализированного алгоритма настройки прогнозирующей модели. Результаты. Проведенный эксперимент на видеопоследовательностях произвольной природы продемонстрировал возможность обнаружения границ сегментов в видео. При этом следует отметить, что предложенный подход существенно зависит от результатов пространственной сегментации исходных данных, которая необходима для получения множества характеристик, описывающих каждый видеокадр последовательности. Выводы. Предложенный в работе метод позволяет проводить кластеризацию-сегментацию многомерных входных данных при помощи адаптивных матричных моделей. В качестве исходных данных в экспериментальной части использовались видеопоследовательности. UK: Актуальність. В даний час аналіз багатовимірних даних є одним з пріоритетних напрямків наукових досліджень. Це пов’язано з практично не контрольованим зростанням обсягів інформації і виникненням необхідності отримання/пошуку різного роду корисних даних з неї. При цьому аналіз відеоданих є одним з найбільш складних з обчислювальної точки зору не тільки через великі обсяги оброблюваних даних, а й з огляду на слабку структурованість відео, а також той факт, що в цілому ряді задач обробки відео існують обмеження на час обробки. Одним з напрямків вирішення цих проблем аналізу відео є попередня обробка відеоданих з метою отримання їх розбиття на однорідні сегменти (сцени), що значно скорочує часові і обчислювальні витрати при подальшому контекстному аналізі великих обсягів відеоінформації. І, не дивлячись, на наявні результати в цьому напрямку, задача кластеризації/сегментації відеопослідовностей залишається надзвичайно актуальною. Мета. У роботі розглянута проблема кластеризації багатовимірних потокових даних на прикладі часової сегментації відеопослідовностей. Метод. Запропоновано метод контролю змін потокових даних, що дозволяє відстежувати моменти, істотної зміни характеристик вхідних багатовимірних даних, на основі адаптивних матричних моделей з введенням спеціалізованого алгоритму налаштування прогнозуючої моделі. Результати. Проведений експеримент на відеопослідовність довільної природи продемонстрував можливість виявлення границь сегментів в відео. При цьому слід зазначити, що запропонований підхід суттєво залежить від результатів просторової сегментації вихідних даних, яка необхідна для отримання множини характеристик, що описують кожен видеокадр послідовності. Висновки: Запропонований в роботі метод дозволяє проводити кластеризацію-сегментацію багатовимірних вхідних даних за допомогою адаптивних матричних моделей. В якості вихідних даних в експериментальній частині використовувалися відеопослідовності. EN: Context. At present, the multidimensional data analysis is one of the priority scientific research areas. This is due to the almost uncontrollable growth in the information size and the need to obtain/search for various kinds of useful data from it. At the same time, video data analysis is one of the most difficult from a computational point of view, not only because of BigData being processed, but also due to the video unstructuredness, and also the fact that in a bunch of video processing applications exist limitations on the processing time. One of the ways to solve these video analysis problems is to pre-process the initial data in order to get them split into homogeneous segments (shots), which significantly reduces the time and computational costs for further content-based video analysis in video database. And, despite the existing results in this direction, the video sequences clustering/segmentation problem remains extremely relevant. Objective. The paper considers the problem of clustering multidimensional streaming data as example of temporal video segmentation. Method. A method for controlling changes in streaming data is proposed, which allows you to detect the moments of a significant change in the input multidimensional data characteristics, based on adaptive matrix models with the specialized tuning algorithm for the predictive model introduction. Results. The conducted experiment on an arbitrary video sequences demonstrated the video shot detection possibility. It should be noted that the proposed approach essentially depends on the input data spatial segmentation results, which is necessary to obtain a characteristics set describing each frame of the video sequence. Conclusions. The proposed method allows multidimensional input data clustering/segmentation by adaptive matrix models. As initial data in the experimental part, video sequences were used.
Сравнительный анализ методов оптимизации при исследовании весоизмерительной системы и терморегулятора
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Кошевой, Н. Д.; Костенко, Е. М.; Беляева, А. А.; Кошовий, М. Д.; Костенко, Е. М.; Беляєва, А. А.; Koshevoy, N. D.; Kostenko, E. M.; Beliaieva, A. A.
RU: Актуальность. Впервые предложено применение методов табу-поиска, случайного поиска, роя частиц для построения оптимальных по стоимости планов эксперимента при исследовании весоизмерительной системы и терморегулятора. Цель работы – провести сравнительный анализ разработанных методов оптимизации, таких как табу-поиск, случайный поиск, рой частиц при поиске оптимальных планов проведения эксперимента во время исследования весоизмерительной системы и терморегулятора. Метод. Предложены методы построения оптимальной по стоимости реализации матрицы планирования эксперимента с использованием алгоритмов роя частиц, табу-поиска и случайного поиска. В начале вводится количество факторов и стоимости переходов для каждого уровня факторов. Затем с учетом введенных данных формируется исходная матрица планирования эксперимента. При использовании алгоритма табу-поиска на каждом шаге итерации в качестве нового текущего решения выбирается лучшее решение в окрестности текущего и осуществляется проверка не находится ли оно в списке табу. Таким образом происходят вычисления, пока алгоритм не достигнет заданного числа итераций. Список табу формируется из решений, имеющих минимальную стоимость. Метод случайного поиска основан на перестановке столбцов матрицы планирования. Количество итераций алгоритма задается пользователем. Метод роя частиц основан на моделировании поведения популяции частиц. В каждой точке, где побывала частица, рассчитывается значение стоимости проведения эксперимента. При этом каждая частица запоминает, какое (и где) лучшее значение стоимости эксперимента она лично нашла и где расположена точка, являющаяся лучшей среди всех точек, которые разведали частицы. На каждой итерации частицы корректируют свою скорость (модуль и направление). Через некоторое количество итераций частицы собираются вблизи наиболее хорошей точки. Затем среди всех новых точек осуществляется проверка, не нашли u1083 ли мы новую глобально лучшую точку, и, если нашли, запоминаем ее координаты и значение стоимости проведения эксперимента в ней. Затем рассчитывается выигрыш по сравнению с исходной стоимостью проведения эксперимента. Результаты. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенные методы, которое использовано для проведения вычислительных экспериментов по исследованию свойств этих методов при исследовании весоизмерительной системы и терморегулятора. Синтезированы оптимальные по стоимости реализации планы экспериментов, а также приведены выигрыши в результатах оптимизации по сравнению с исходной и максимальной стоимостями проведения эксперимента. Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенных методов и реализующего их программного обеспечения, а также позволяют рекомендовать их для применения на практике при построении оптимальных матриц планирования экспериментов. UK: Актуальність. Вперше запропоновано використання методів табу-пошуку, випадкового пошуку, рою часток для побудови оптимальних за вартістю планів експерименту при дослідженні ваговимірювальної системи і терморегулятора. Мета роботи провести порівняльний аналіз розроблених методів оптимізації, таких як табу-пошук, випадковий пошук, рою часток, при пошуку оптимальних планів проведення експерименту під час дослідження ваговимірювальної системи і терморегулятора. Метод. Запропоновано методи побудови оптимальної за вартістю реалізації матриці планування експерименту з використанням алгоритмів рою частинок, табу-пошуку і випадкового пошуку. На початку вводиться кількість чинників і вартості переходів для кожного рівня факторів. Потім з урахуванням введених даних формується вихідна матриця планування експерименту. При використанні алгоритму табу-пошуку на кожному кроці ітерації в якості нового поточного рішення вибирається краще рішення в околиці поточного і здійснюється перевірка чи не перебуває воно в списку табу. Таким чином відбуваються обчислення, поки алгоритм не досягне заданого числа ітерацій. Список табу формується з рішень, що мають мінімальну вартість. Метод випадкового пошуку заснований на перестановці стовпців матриці планування. Кількість ітерацій алгоритму задається користувачем. Метод рою часток заснований на моделюванні поведінки популяції частинок. У кожній точці, де побувала частинка, розраховується значення вартості проведення експерименту. При цьому кожна частка запам’ятовує, яке (і де) краще значення вартості експерименту вона особисто знайшла і де розташована точка, яка є кращою серед усіх точок, які розвідали частки. На кожній ітерації частки коректують свою швидкість (модуль і напрямок). Через деяку кількість ітерацій частки збираються поблизу найбільш хорошої точки. Потім серед усіх нових точок здійснюється перевірка, чи не знайшли ми нову глобально кращу точку, і, якщо знайшли, запам’ятовуємо її координати і значення вартості проведення експерименту в ній. Потім розраховується виграш в порівнянні з вихідною вартістю проведення експерименту. Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропоновані методи, яке використано для проведення обчислювальних експериментів з дослідження властивостей цих методів при дослідженні ваговимірювальної системи і терморегулятора. Синтезовані оптимальні за вартістю реалізації плани експериментів, а також наведені виграші в результатах оптимізації в порівнянні з вихідною і максимальною вартостями проведення експерименту. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованих методів і програмного забезпечення, що їх реалізує, а також дозволяють рекомендувати їх для застосування на практиці при побудові оптимальних матриць планування експериментів. EN: Context. For the first time, the use of taboo-search methods, random search, a swarm of particles for the construction of costeffective experiment plans for the study of a weighing system and a temperature regulator was proposed. Objective to carry out a comparative analysis of the developed optimization methods, such as taboo search, random search, particle swarm when searching for the optimal plans for the experiment during the study of the weighing system and thermostat. Method. Methods for constructing the experimentally optimal implementation matrix for the experiment using algorithms of a swarm of particles, taboo search and random search are proposed. In the beginning, the number of factors and cost of transitions for each level of factors is introduced. Then, taking into account the input data, the initial experimental design matrix is formed. When using the taboo search algorithm at each iteration step, the best solution in the neighborhood of the current solution is chosen as the new current solution and the check is made whether it is in the taboo list. Thus, calculations occur until the algorithm reaches the specified number of iterations. The list of taboos is formed from decisions that have a minimum cost. The random search method is based on permuting the columns of the planning matrix. The number of iterations of the algorithm is specified by the user. The method of the particle swarm is based on modeling the behavior of the particle population. At each point where the particle visited, the value of the experiment is calculated. In this case, each particle remembers which (and where) the best value of the cost of the experiment, she personally found and where the point is located, which is the best among all the points that explored the particles. At each iteration, the particles correct their velocity (modulus and direction). After a certain number of iterations, the particles are collected near the best point. Then, among all the new points, we check whether we have found a new globally better point, and if found, remember its coordinates and the value of the cost of conducting the experiment in it. Then the gain is calculated in comparison with the initial cost of the experiment. Results. The software that implements the proposed methods was developed, which was used to conduct computational experiments to study the properties of these methods in the study of a weighing system and a temperature regulator. Optimized for the cost of implementation of the experiment plans were synthesized, as well as the gains in optimization results as compared to the initial and maximum costs of the experiment. Conclusions. The conducted experiments confirmed the efficiency of the proposed methods and the software that implements them, and also allow them to be recommended for application in practice when constructing optimal experimental design matrices.
Practical considerations of greedy compressed sampling methods application for OFDM channel estimation
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Kotlyarov, V. V.; Shpylka, A. A.; Котляров, В. В.; Шпилька, О. О.
EN: Context: traditionally a large number of pilot carriers are utilized to acquire channel state information in OFDM based systems. A larger number of pilot carriers gives better channel state estimation but leads to lower spectrum efficiency of the system. Objective: primary objective of this paper is to look at the practical aspects of the application of novel CS-based channel estimation technique, that can achieve estimation quality on reduced training data, in context of real pilot aided OFDM systems. Method: a novel technique CS enables representation of sparse signals using fewer samples as compared to its original size. Exploiting the sparse nature of channel impulse response of multipath channels, we apply the CS technique for channel estimation in pilot aided OFDM system based on ISDB-T standard. Results: in this paper, we consider two the most popular CS-based recovery algorithms – OMP and CoSaMP. The MSE performance metrics are given for both CS-based channel estimation algorithms. Simulations results demonstrate that CoSaMP provides more stable results while requires more pilot carriers than OMP to achieve good estimation quality. Both algorithms require a priori knowledge of channel sparsity level but CoSaMP is much more sensitive to a correctness of this information. Conclusions: the compressed sampling approach shows the impressive capability of channel impulse response recovery from a significantly smaller amount of pilot carriers than traditional linear methods require. However, the need of sparsity knowledge by the most popular CS recovery methods seriously limits the applicability of these algorithms in real OFDM receivers. Nevertheless, CSbased channel estimation is a promising technique which worth further investigation to overcome this limitation. UK: Актуальність: для отримання інформації про стан каналу в системах на основі ортогонального частотного поділу (OFDM) традиційно використовується велика кількість пілотних несучих. Збільшення кількості пілотних несучих покращує оцінку стану каналу, але призводить до зниження спектральної ефективності системи. Мета: основна мета даної роботи дослідити практичні аспекти застосування техніки розрідженій дискретизації, яка дозволяє оцінювати канальну характеристику по невеликій кількості пілотних несучих, в контексті реальних OFDM систем. Метод: сучасна технологія розрідженій дискретизації (CS) пропонує відновлювати сигнали, які мають розріджене подання у деякому базисі, шляхом мінімізації L норми, що дозволяє використовувати меншу кількість вибірок ніж вимагають класичні методи. Використовуючи розріджену природу імпульсної характеристики багатопроменевих каналів, ми застосували техніку розрідженій дискретизації для оцінки каналу в системах OFDM з пілотними несучими на прикладі стандарту ISDB-T. Результати: в даній роботі порівнюються результати оцінки каналу для двох найпопулярніших алгоритмів відновлення на основі CS-Orthogonal Matching Pursuit (OMP) і Compressive Sampling Matching Pursuit (CoSaMP). Наведено показники середньоквадратичної помилки (MSE) для алгоритмів оцінки каналу на основі CS. Результати моделювання показують, що CoSaMP забезпечує більш стабільні результати, але для отримання хорошої якості оцінки вимагає більше пілотних несучих, ніж OMP. Обидва алгоритми вимагають апріорного знання рівня розрідженості канальної характеристики, але CoSaMP набагато більш чутливий до правильності цієї інформації. Висновки: метод розрідженої дискретизації показує вражаючу здатність відновлення імпульсної характеристики каналу по значно меншій кількості пілотних несучих, ніж вимагають традиційні лінійні методи. Однак потреба популярних CS методів відновлення в апріорно знанні рівня розрідженості характеристики суттэво обмежує можливість застосування цих алгоритмів в реальних приймачах OFDM. Проте, оцінка каналу на основі CS є багатообіцяючим методом, який заслуговує подальшого вивчення з метою усунення даного обмеження.
Comparison of block expectation time for various consensus algorithms
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Kaidalov, D. S.; Kovalchuk, L. V.; Nastenko, A. O.; Rodinko, M. Yu.; Shevtsov, O. V.; Кайдалов, Д. С.; Ковальчук, Л. В.; Настенко, А. О.; Родінко, М. Ю.; Шевцов, О. В.; Олійников, Р. В.
EN: Context. We consider security properties of decentralized blockchain-based consensus protocols. The object of research is block confirmation time for users to get assurance that their transaction will not be reverted. Objective. The goal of the paper is to analyze double-spend attacks on the different blockchain-based systems and compare resulting probabilities of attacker’s success. Method. We presented two models for two types of attacks on the Ouroboros protocol (for the general and covert adversaries). The models allow calculating the exact number of slots needed to achieve the required level of security. It was shown that the Ouroboros protocol allows achieving the required security level with significantly shorter confirmation period in comparison with Bitcoin. We estimated minimal number of confirmation blocks and compare estimation time for Bitcoin, GHOST and Ouroboros protocols. As a measure of comparison, we considered transaction confirmation time for which the probability of a double-spend attack is less than 0.1%. We use different standard probability distribution and different properties of Markov chains and Random Walks to get comparison of estimated security properties of Bitcoin blockchain against three different models of Bitcoin double spend attack. The splitting attack based on the model where resources of honest participants are divided to compete different chains is applied to Bitcoin and GHOST consensus protocols. Properties of Markov chains and Random Walks are also applied to obtain security estimations for the Ouroboros protocol. Results. We developed methods to get specific numbers for average block confirmation time for Ouroboros protocol. We compared minimal number of confirmation blocks needed to ensure a high security for considered protocols: Bitcoin, GHOST and Ouroboros. Conclusions. The obtained results allow determination of security bounds for the Bitcoin, GHOST and Ouroboros consensus protocols. Users of the practically deployed blockchain systems may get specific parameters for a given assurance level. UK: Актуальність. Проведений аналіз децентрализованих протоколів консенсусу, які базуються на блокчейні, з точки зору властивостей безпеки системи. Об’єктом досліждення є час підтвердження блоку із відповідним рівнем гарантій відсутності відміни транзакції для користувачів. Метою роботи є порівняння кінцевих ймовірностей успіху атаки подвійної витрати для різних систем на базі блокчейну. Метод. Представлено дві моделі для двох атак на протокол Уроборос (для загального та прихованого зловмисників). Представлені моделі дозволяють обчислити точне значення числа слотів, необхідних для досягнення необхідного рівня безпеки. Показано, що протокол Уроборос дозволяє досягнути необхідного рівня безпеки за значно коротший період підтвердження у порівнянні з протоколом Біткоін. Зроблена оцінка та порівняння мінімального числа блоків підтвердження для протоколів Біткоін, GHOST та Уроборос. В якості міри порівняння було прийнято час підтвердження транзакції для якого ймовірність атаки подвійної трати менше, ніж 0,1%. Різні типи стандартних імовірнісних розподілів, а також властивості ланцюгів Маркова та випадкових блукань застосовується для отримання порівняння і оцінок властивостей безпеки блокчейна Біткоіна до трьох різних моделей атаки подвійної трати. Атака розгалуження, що заснована на моделі, де ресурси чесних учасників поділені для конкурування різних ланцюгів, застосована до протоколів консенсусу Біткоін і GHOST. Для оцінок безпеки протоколу Уроборос також використовуються властивості ланцюгів Маркова та випадкових блукань. Результати. Розроблено методи для отримання точних значень середнього часу підтвердження блока для протоколу Уроборос. Зроблено порівняння мінімального числа блоків підтвердження для забезпечення високого рівня безпеки для протоколів Біткоін, GHOST та Уроборос. Висновки. Отримані результати дозволяють визначити безпечні межі застосування протоколів консенсусу Біткоін, GHOST і Уроборос. Користувачі можуть отримати конкретні параметри для заданого рівня гарантій безпеки.
Planning the activities of intellectual agents in the electronic commerce systems
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Berko, A.; Vysotska, V.; Lytvyn, V.; Naum, O.; Берко, А. Ю; Висоцька, В. А.; Литвин, В. В.; Наум, О. М.
EN: Context. Today, e-commerce is one of the most active and promising segments of the global economy, characterized by steady growth of volumes and active improvement of tools and technologies. Intellectualization of e-commerce systems today is one of the main trends in their development and effective functioning in a competitive environment. One of the most promising means of solving this task category is the use of intellectual agents (IAs). The modern approach to modeling the decision support process, in particular, in e-commerce, uses the Boyd’s loop principle, which involves repeated cycle repetition of four successive interrelated processes (stages): observation – orientation – decision-making – action. According to Boyd’s hypothesis, the higher speed of the cycle and the accuracy of the evaluation of the stages of the cycle provide an advantage over the competitor. Objective of the research is to develop tools for effective planning of actions of intellectual agents of e-commerce systems in a competitive environment based on ontologies, and to set the task of planning the actions of intellectual agents to the problem of dynamic programming. Method. The mathematical support and method of action planning of IA based on adaptive ontologies are developed. This method can be used to effectively operate IA in a competitive environment of the SEC, which is modeled by Boyd’s loop. Adaptive ontology is used to plan IA actions. To this end, we have added two scalar quantities (the importance of concepts and relationships) that are used to find an effective way to implement the IA plan in a generally accepted three-element tuple that defines ontology (a set of concepts, relationships, and their interpretation). Such an assessment of the ontology elements allows reducing the task of planning IA actions in a competitive environment to the task of dynamic programming. Results. In the article the model of planning of actions of intellectual agents of electronic commerce systems using an ontological approach is constructed. The method of evaluation of actions of intellectual agents on the basis of adaptive ontologies is developed. Such an assessment makes it possible to reduce the task of scheduling actions to the task of dynamic programming. Conclusions. Analysis of the results of IA actions can determine the causes of the formation of the target audience by a set of characteristics of the functioning of the SEC. By regulating the content, its uniqueness, the efficiency of its formation and its adequate management according to the individual needs of a regular user, one can model the boundaries of the target social audience and the number of unique visitors from search engines. In fig. 5-6 the results of the work of the developed systems in the form of charts are presented, from which it follows that in the presence of all types of IA significantly increases the volume of visits and unique users. UK: Актуальність. Сьогодні електронна комерція є одним з найактивніших та найбільш перспективних сегментів глобальної економіки, для якого характерним є стале зростання обсягів та активне вдосконалення засобів і технологій. Інтелектуалізація систем електронної комерції сьогодні є одним з основних трендів їх розвитку та ефективного функціонування в конкурентному середовищі. Одним з найперспективніших засобів вирішення цієї категорії задач є використання інтелектуальних агентів (ІА). Сучасний підхід до моделювання процесу підтримки прийняття рішень, зокрема, в електронній комерції використовує принцип петлі Бойда, який передбачає багаторазове повторення циклу з чотирьох послідовних взаємопов’язаних процесів (етапів): спостереження – орієнтація – прийняття рішення – дія. Згідно із гіпотезою Бойда – вища швидкість виконання циклу і точність оцінок етапів циклу забезпечує перевагу над конкурентом. Метою дослідження є розроблення засобів ефективного планування дій інтелектуальних агентів систем електронної комерції в конкурентному середовищі на основі онтологій, та зведення задачі планування дій інтелектуальних агентів до задачі динамічного програмування. Метод. Розроблено математичне забезпечення та метод планування дій ІА на основі адаптивних онтологій. Цей метод можна використати для ефективного функціонування ІА у конкурентному середовищі СЕК, яке моделюється петлею Бойда. Для планування дій ІА використано адаптивну онтологію. З цією метою у загальноприйнятий трьохелементний кортеж, який задає онтологію (множина понять, відношень та їх інтерпретація), нами додано дві скалярні величини (важливість понять та відношень), які використовуються для пошуку ефективного шляху реалізації плану ІА. Така оцінка елементів онтології дає змогу звести задачу планування дій ІА в конкурентному середовищі до задачі динамічного програмування. Результати. У статті побудовано модель планування дій інтелектуальних агентів систем u1077 електронної комерції з використанням онтологічного підходу. Розроблено метод оцінки дій інтелектуальних агентів на основі адаптивних онтологій. Така оцінка дає змогу звести задачу планування дій до задачі динамічного програмування. Висновки. Аналіз результатів дій ІА дозволяє визначити причин формування цільової аудиторії за набором характеристик функціонування СЕК. Регулюючи тематичний набір контенту, його унікальність, оперативність його формування та адекватне управління ним згідно індивідуальних потреб постійного користувача, можна моделювати межі цільової соціальної аудиторії та кількість унікальних відвідувачів з пошукових систем. На рис. 5-6 подані результати роботи розроблених систем у вигляді графіків, з яких випливає, що при наявності всіх типів ІА суттєво збільшується обсяг відвідувань та унікальних користувачів.
Метод розрахунку показників оцінки проекту при виконанні реінжинірингу програмних систем
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Великодний, С. С.; Тимофєєва, О. С.; Зайцева-Великодна, С. С.; Velykodniy, Stanislav; Tymofieieva, Olena; Zaitseva-Velykodna, Svitlana
UK: Актуальність. Програмні системи настільки щільно увійшли до нашого життя, що неможливо уявити собі існування та розвиток людства без них. Але під впливом чинників технічної еволюції відбувається старіння програмних систем із погіршенням їх характеристик. Тут у пригоді стає докорінна переробка із наслідуванням позитивних якостей програмної системи та відділенням негативних, тобто реінжиніринг. Подібні процеси, що починаються з перепроектування, вимагають обов’язкової аналітичної оцінки показників проекту, адже існують випадки, коли реінжиніринг нерентабельний стосовно конкретної програмної системи. У статті розглянуто комплексний інструмент оцінки програмного проекту, що прогнозує працемісткість перепрограмування об’єктів, у сполученні із іншими показниками проектів, які визначають складність реінжинірингу програмних систем. Мета. Сформувати метод, за яким можна оцінити показники реінжинірингу програмних систем за допомогою комплексного інструментарію оцінки програмного проекту. Метод. Описана у статті технологія заснована на використанні методу точок Карнера із внесенням суттєвих доповнень та розширень. Встановлення коефіцієнтів та обрання значення констант засновані на методі Якобсона та перевірені на багаточисельній статистиці найбільш схожих проектів. Результати. Після аналізу завершеного проекту і вивчення звіту про показники, доступні чинники можуть бути точно відкориговані, щоб дати оцінку фактичним годинам реінжинірингу. Згодом, можна використовувати ці дані у якості базової траєкторії життєвого циклу проекту. На підставі розрахованих показників оцінювання формується звіт, що містить аналіз оцінки програмного проекту, для включення у вихідну проектну документацію, яка є частиною організаційного забезпечення систем автоматизованого проектування програмних систем. Висновки. Отримав подальший розвиток метод розрахунку проектних точок Карнера із внесенням суттєвих доповнень та розширень щодо процесів реінжинірингу програмних систем. Кожна змінна визначається та обчислюється окремо із використанням вимірювань, вагових коефіцієнтів та обмежуючих констант. Вимірювання виконуються командою досвідчених системних аналітиків, що спираються на власні уявлення про технічну складність проекту та можливості команди програмістів. Коефіцієнти та константи приймаються, виходячи із статистичних даних 3 – 5 вже оцінених аналітиками виконаних проектів із близьким ступенем схожості. EN: Essentials. Today’s software systems have become so tightly integrated into our lives that it is virtually impossible to imagine the existence and development of mankind without them. But this progress also means that software systems currently in use have quickly become outdated and obsolete due to the pace technical evolution. It is here that end to end process review comes down with the inheritance of the positive qualities of the software system and the phasing out of the negative one, that is, re-engineering. All similar processes that begin with re-design, require a mandatory analytical assessment of the project’s key indicators since there are cases where re-engineering might be unprofitable for a particular software system. In the article below, the author takes a look at the complex tool of evaluating the software project redesign, which could predict labor costs for reprogramming of the objects in conjunction with other indicators of the projects that determines the complexity of software system under review. Objective. The object of this paper is to outline the method by which one can estimate and evaluate key aspects for software system reengineering with the help of complex tools for appraisal of the project under review. Method. The technology described in the article is based on use of the Karner’s Point method with the introduction of significant additions and extensions. The establishment of coefficients and the selection of the constants are based on the Jacobson’s method and tested on numerous statistics of the most similar projects. Outcome. After analyzing the completed project and examining the report of crucial factors, it’s possible to provide quite accurate estimation for the actual man-hours of re-engineering for the particular project, given its key factors can be accurately adjusted. Subsequently, you can use this data as the base line for the project life cycle. Evaluation factors used for project cost calculation will be combined in a report that will be included in the source design documentation, which is part of the organizational support of the systems for the automation design of software systems. Conclusions. The method of calculating Karner’s project points with the introduction of significant extensions to the process of software system re-engineering has been further developed. Each variable is determined and calculated separately, using measurements, weighting factors and constrains. Measurements are performed by a team of experienced QA-analysts based on their ideas about the technical complexity of the project and the capabilities of the software developers. The coefficients and constants are based on data collected from 3–5 projects already completed by analysts with a big degree of similarity.
Исследование методов интеллектуального анализа библиографических описаний и разработка программной системы для анализа списка литературы
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Мельников, А. Ю.; Комиссаров, К. М.; Мельников, О. Ю.; Комісаров, К. М.; Melnykov, O. Y.; Komissarov, K. M.
RU: Актуальность. Рассмотрена задача анализа библиографического списка с целью автоматизации проверки правильности его составления. Объектом исследования являлся процесс формирования библиографических описаний на основе действующих стандартов. Предмет исследования – модели и методы интеллектуального анализа для проверки и исправлений библиографического описания. Цель работы – повышение эффективности научно-педагогической деятельности за счет применения интеллектуальной системы для проверки списка литературных источников в курсовых и дипломных работах студентов. Метод. Проанализирован стандарт и перечислены элементы, составляющие библиографическое описание. Рассмотрены существующие инструменты для формирования и проверки списка литературных источников, выявлены их недостатки, обоснована необходимость создания программного средства для проверки библиографических описаний. Приведено исследование методов интеллектуального анализа: рассмотрены методы регулярных выражений, нечеткого поиска с применением нечетких регулярных выражений, конечного автомата и нейронной сети Хемминга. Создана ранее не существующая модель проверки библиографического описания на соответствие действующим стандартам, основанная на методах регулярных выражений, нечеткого поиска, конечного автомата и нейронной сети Хемминга. Представлена объектноориентированная модель проектируемой компьютерной системы на языке визуального моделирования UML. Описана работа компьютерной реализации программной системы, осуществленной в среде визуального программирования C#. Результаты. Разработана программная система – интеллектуальная система принятия решений – для проверки библиографического описания и частично автоматизированного исправления с пользовательскими указаниями, сформированными на основе базы знаний. Выводы. Разработанная интеллектуальная система позволяет выявить и исправить ошибки оформления библиографического описания. Основой программы является база знаний, которую можно дополнить при наличии каких-либо непредусмотренных ситуаций. Кроме этого, данная система дает возможность накапливать базу данных уже проверенными списками литературы. Разработанную систему можно улучшать без вмешательства в исходный код программы. При этом уровень ее возможностей и правильности исправлений, выдачи замечаний напрямую зависит от полноты и правильности составленной базы знаний. К перспективам дальнейших исследований можно отнести использование других стилей оформления списка литературы, отличных от ДСТУ 7.1:2006, таких, как IEEE. UK: Актуальність. Розглянуто завдання аналізу бібліографічного списку з метою автоматизації перевірки правильності його складання. Об’єктом дослідження був процес формування бібліографічних описів на основі діючих стандартів. Предмет дослідження – моделі й методи інтелектуального аналізу для перевірки й виправлень бібліографічного опису. Ціль роботи – підвищення ефективності науково-педагогічної діяльності за рахунок застосування інтелектуальної системи для перевірки списку літературних джерел у курсових і дипломних роботах студентів. Метод. Проаналізовано стандарт і наведено елементи, що становлять бібліографічний опис. Розглянуто існуючі інструменти для формування й перевірки списку літературних джерел, виявлені їхні недоліки, обґрунтована необхідність створення програмного засобу для перевірки бібліографічних описів. Наведено дослідження методів інтелектуального аналізу: розглянуті методи регулярних виражень, нечіткого пошуку із застосуванням нечітких регулярних виражень, кінцевого автомата й нейронної мережі Хемінга. Створено раніше не існуюча модель перевірки бібліографічного опису на відповідність діючим стандартам, заснована на методах регулярних виражень, нечіткого пошуку, кінцевого автомата й нейронної мережі Хемінга. Представлено об’єктно-орієнтовану модель проектованої комп’ютерної системи мовою візуального моделювання UML. Описано роботу комп’ютерної реалізації програмної системи, здійсненої в середовищі візуального програмування C#. Результати. Розроблено програмну систему – інтелектуальну систему прийняття рішень – для перевірки бібліографічного опису й частково автоматизованого виправлення з користувальницькими вказівками, сформованими на основі бази знань. Висновки. Розроблена інтелектуальна система дозволяє виявити й виправити помилки оформлення бібліографічного опису. Основою програми є база знань, яку можна доповнити при наявності яких-небудь непередбачуваних ситуацій. Крім цього, дана система дає можливість накопичувати базу даних вже перевіреними списками літератури. Розроблену систему можна поліпшувати без втручання у код програми. При цьому рівень її можливостей і правильності виправлень, видачі зауважень прямо залежить від повноти й правильності складеної бази знань. До перспектив подальших досліджень можна віднести використання інших стилів оформлення списку літератури, відмінних від ДСТУ 7.1:2006, таких, як IEEE. EN: Context. The problem of analyzing a bibliographic list is examined with the purpose of automating the verification of the correctness of its compilation. The object of the study was the process of creating bibliographic descriptions based on existing standards. The subject of the study is models and methods of intellectual analysis for checking and correcting bibliographic descriptions. Objective. The goal of the work is to increase the effectiveness of scientific and pedagogical activity through the use of an intellectual system to check the list of literary sources in the students’ course and diploma papers. Method. The standard is analyzed and the elements composing the bibliographic description are listed. Existing tools for forming and checking the list of literature sources are considered, their shortcomings are revealed, the necessity of creating a software tool for checking bibliographic descriptions is grounded. The research of methods of intellectual analysis is given: methods of regular expressions, fuzzy search with application of fuzzy regular expressions, finite automaton and neural network of Hamming are considered. A previously existing model for checking the bibliographic description for compliance with existing standards was created, based on the methods of regular expressions, fuzzy search, the finite automaton and the neural network of Hamming. An object-oriented model of the projected computer system in the language of visual modeling of UML is presented. The work of computer implementation of the software system implemented in the C # visual programming environment is described. Results. A software system was developed – an intelligent decision-making system – to check the bibliographic description and partially automated correction with user instructions generated based on the knowledge base. Conclusions. The developed intellectual system allows to reveal and correct mistakes of registration of the bibliographic description. The basis of the program is the knowledge base, which can be supplemented if there are any unforeseen situations. In addition, this system makes it possible to accumulate a database of already verified lists of literature. The developed system can be improved without interfering with the source code of the program. At the same time, the level of its capabilities and correctness of corrections, the issuance of comments directly depends on the completeness and correctness of the compiled knowledge base. The prospects for further research include the use of other styles for the design of a list of literature other than DSTU 7.1: 2006, such as the IEEE.
Methods of large-scale signals transformation for diagnosis in neural network models
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Lymariev, I. O.; Subbotin, S. A.; Oliinyk, A. A.; Drokin, I. V.; Лимарєв, І. О.; Субботін, Сергій Олександрович; Олійник, Андрій Олександрович; Дрокін, І. В.
EN: Context. The problem of dimensionality reduction of diagnosis signals for their use in neural network models is considered. The object of the study was the process of transformation of diagnosis input signals for their subsequent use in the synthesis of predictive models. Objective. The goal of the work is the creation of the methods for the conversion of diagnosis signals as a result of the application of which new signals will be obtained, which in turn will be used in the construction of neural network predictive models and will significantly reduce the synthesis time of the model by reducing their dimension and the allocation of the necessary components that characterize the state of the individual elements of the object of diagnosis. Method. The methods of reducing the dimension of the input signals of diagnosis and isolation of their components, which characterize the state of the individual elements of the object of diagnosis on the basis of expert knowledge about the process of diagnosis are proposed. The developed methods are based on the methods of digital signal processing. Based on the expert knowledge of the object and the process of diagnosis, the necessary signal conversion procedures and their parameters are selected. In accordance with the requirements for the desired accuracy and detail of the forecast, the optimal degree of averaging of the signal is selected, which directly affects the speed of constructing the predictive model. The proposed methods can be used in the transformation of diagnosis signals of various diagnostic processes where there is a need to build neural network predictive models based on high-dimensional signals. The developed methods were investigated for the conversion of diagnostic signals obtained on a complex object of technical diagnostics, namely, on the transmission of the helicopter. On the basis of the received signals, a neural network model was synthesized, the training of which requires much less computational resources, while the prediction accuracy remains optimal. Results. The developed methods are implemented programmatically and investigated in solving the problem of predicting the future state of the helicopter transmission during the diagnosis process. Conclusions. The experiments have confirmed the effectiveness of the developed methods and allow us to recommend them for use in practice in solving diagnostic problems. The conducted experiments have confirmed the proposed software operability and allow recommending it for use in practice for solving the problems of diagnosis and automatic classification on the features. The prospects for further research may include the search for the best parameters of the developed methods, optimization of their software implementations, as well as experimental study of the proposed methods on a large set of practical problems of diagnosing complex objects of different nature by their diagnostic signals. UK: Актуальність. Розглянуто задачу зменшення розмірності сигналів діагностування для їх використання у нейромережевих моделях. Об’єктом дослідження є процес перетворення вхідних сигналів діагностування для їх подальшого використання при побудови прогнозуючих моделей. Мета роботи – створення методів для перетворення сигналів діагностування у результаті використання яких будуть отримані нові сигнали, які у свою чергу будуть використані при побудові нейромережевих прогнозуючих моделей та дозволять значно скоротити час синтезу моделі за рахунок скорочення їх розмірності та виділення необхідних компонент, що характеризують стан окремих елементів об’єкту діагностування. Метод. Запропоновано методи, що дозволяють одночасно скоротити розмірність вхідних сигналів діагностування та виділи з них компоненти, що характеризують стан окремих елементів об’єкту діагностування на основі експертних знань про процес діагностування. Розроблені методи базуються на основі методів цифрової обробки сигналів. Відповідно до експертних знань про об’єкт та процес діагностування обираються необхідні процедури перетворення сигналів та їх параметри. Відповідно вимогам до бажаної точності та детальності отримуваного прогнозу обирається оптимальний ступень усереднення сигналу, який напряму впливає на швидкість побудови прогнозуючої моделі. Запропоновані методи можуть бути використані для перетворення сигналів діагностування різноманітних діагностичних процесів де є потреба у побудові нейромережевих прогнозуючих моделей на основі сигналів великої розмірності. Були проведені дослідження розроблених методів для перетворення сигналів діагностування отриманих на складному об’єкті технічної діагностики, а саме на трансмісії гелікоптера. На основі отриманих сигналів було синтезовано нейромережеву модель, навчання якої потребує набагато менших обчислювальних ресурсів, при цьому точність прогнозування залишається оптимальною. Результати. Розроблені методи реалізовані програмно і досліджені при вирішенні задачі прогнозування майбутнього стану трансмісії гелікоптера під час процесу діагностування. Висновки. Проведені експерименти підтвердили ефективність розроблених методів і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач діагностування. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в пошуку кращих параметрів розроблених методів, оптимізації їх програмних реалізацій, а також експериментальному дослідженні запропонованих методів на більшому комплексі практичних задач діагностування складних об’єктів різної природи за їх діагностичними сигналами.
A modified Case-Based Reasoning method based on the rough set theory
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Kovalenko, I. I.; Shved, A. V.; Koval, N. V.; Коваленко, І. І.; Швед, А. В.; Коваль, Н. В.
EN: Context. Knowledge bases are the main element of artificial intelligence systems. They are formed on the basis of two generally accepted approaches: the object-oriented approach and object-structural approach. Knowledge structuring through its ordering, classification and typing of selected classes is the main operation that is implemented in both approaches. Quite often there are situations when data or knowledge is not exact and it is impossible to perform their exact classification. These features necessitate the development of new approaches aimed at solving problems of extracting knowledge from large arrays of unordered data, structuring, presenting and analytical processing of inexact knowledge in automated construction of knowledge bases. Objective. The objective of this paper is a research of new approaches for solving problems of representation of knowledge about cases in intellectual decision support systems. Method. An approach aimed at modifying Case-Based Reasoning method on the basis of Rough Set Approach has been proposed in this paper. The proposed method forms a partition of cases to determine the degree of their belonging to the goal classes using upper and lower approximations of goal classes, considering the relative importance of classification attributes and formed equivalence classes. Results. The proposed modification of Case-Based Reasoning method allows extracting knowledge about cases from arrays of unordered data with the purpose of the case base construction, and handling the inconsistent (in cases where for the same values of attributes cases belong to different classes), and incomplete (in cases where the values of some attributes or information of the case belonging to the given class is missing or unreliable) information about cases. Conclusions. The proposed method of representation knowledge about cases, their adaptation and subsequent search in the case base formed under uncertainty and existence of inexact, rough, inconsistent UK: Актуальність. Основним елементом систем штучного інтелекту є бази знань, які формуються на основі двох загальноприйнятих підходів: об’єктно-орієнтованого та об’єктно-структурного підходів. При цьому основною операцією, яка реалізується в обох підходах, є структуризація знань за допомогою їх упорядкування та класифікації, типізації виділених класів. Досить часто виникають ситуації, коли дані або знання не є точними і неможливо виконати точну класифікацію. Зазначені особливості обумовлюють необхідність розробки нових підходів спрямованих на вирішення завдань вилучення знань з великих масивів невпорядкованих (необроблених, грубих) даних, структурування, подання та аналітичної обробки неточних знань при автоматизованій побудові бази знань. Метод. В роботі запропоновано підхід, спрямований на модифікацію методу міркувань за прецедентами на основі математичного апарату теорії грубих множин. Запропонований підхід дозволяє виконувати розбиття множини прецедентів для встановлення ступеня їх приналежності до заданих цільових класів на основі операції верхньої та нижньої апроксимацій цільових класів, враховуючи відносну важливість класифікаційних атрибутів та виділені класи еквівалентності, з метою їх подальшої адаптації та пошуку в базі прецедентів. Результати. Запропонована модифікація методу міркувань за прецедентами дозволяє добувати знання про прецеденти з масивів невпорядкованих даних, з метою формування бази прецедентів, та обробляти суперечливу інформацію про прецеденти, у випадку коли при однакових значеннях атрибутів, прецеденти відносяться до різних класів, та неповну інформацію про прецеденти, якщо значення деяких атрибутів або інформація про приналежність прецедентів до заданого класу відсутня або недостовірна. Висновки. Запропонований підхід представлення знань про прецеденти, їх адаптацію та подальший пошук в базі прецедентів, сформованих в умовах невизначеності та наявності неточних, необроблених, суперечливих вихідних даних складає теоретичну підставу для побудови інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень.
The criterion for feature informativeness estimation in multi robot teams control
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Humeniuk, M. O.; Sashchuk, I. M.; Zhuravsky, Yu. V.; Гуменюк, М. О.; Сащук, І. М.; Журавський, Ю. В.
EN: Context. The task of automation of feature set informativeness estimation process in multi robot teams control is solved. The object of the research is the process of multi robot teams control. The subject of the research is the criterion of feature set informativeness estimation. Objective. The research objective is to develop the criterion for feature set informativeness estimation in multi robot teams control. Method. The criterion for feature set informativeness estimation is proposed. The developed criterion is based on the idea that feature set informativeness is computed according to values of the prior probabilitіes of finding features in the descriptions of the environment states. The use of the proposed criterion allows to efficiently solve the problem of feature set informativeness estimation, leading to effective solution of the multi robots control task. The developed criterion is based on the maximizing mutual information criterion and can be applicable when measurements are interdepended and environment has a variable number of states. The criterion doesn’t require to construct models based on the estimated feature combinations, in such a way considerably reducing time and computing costs for multi robot teams control. Application of the proposed criterion for feature set informativeness estimation allows to make a decision how much a new observation will increase the certainty of the robots’ beliefs about the environment state which is observed. Results. The software which implements the proposed criterion for feature set informativeness estimation and allows to manage multi robot teams has been developed. Conclusions. The conducted experiments have confirmed operability of the proposed criterion for feature set informativeness estimation and allow to recommend it for multi robot teams control in practice. The prospects for further researches may include the modification of the known multi robot teams control methods and the development of new ones based on the proposed criterion for feature set informativeness estimation. UK: Актуальність. Вирішено задачу автоматизації процесу оцінювання інформативності ознак при управлінні групою роботів. Об’єкт дослідження – управління групою роботів. Предмет дослідження – критерій оцінювання інформативності ознак. Мета роботи полягає в розробці критерію оцінювання інформативності ознак при управлінні групою роботів. Метод. Запропоновано критерій оцінювання інформативності ознак. Розроблений критерій передбачає визначення інформативності набору ознак на основі значень апріорних ймовірностей знаходження ознак в описах станів навколишнього середовища. Використання запропонованого критерію дозволяє ефективно вирішувати завдання щодо оцінювання інформативності ознак. Це надає змогу приймати ефективні рішення при управлінні групою роботів. Розроблений критерій базується на критерії максимальної кількості інформації та може бути застосований в ситуаціях, коли отриманні вимірювання не є незалежними, а навколишнє середовище має змінну кількість станів. Запропонований критерій не вимагає побудови моделей на основі оцінюваних комбінацій ознак, що істотно знижує часові та обчислювальні витрати при управлінні групою роботів. Використання запропонованого критерію для оцінювання інформативності набору ознак дозволяє приймати рішення наскільки нове спостереження збільшить обізнаність роботів щодо стану досліджуваного навколишнього середовища. Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропонований критерій оцінювання інформативності ознак та дозволяє управляти групою роботів. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого критерію оцінювання інформативності ознак і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при управління групою роботів. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в модифікації існуючих і розробці нових методів управління групою роботів на основі запропонованого критерію оцінювання інформативності ознак.
Інформаційне моделювання нечітких знань
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Волошин, О. Ф.; Маляр, М. М; Поліщук, В. В.; Шаркаді, М. М.; Voloshyn, O. F.; Malyar, N. N.; Polishchuk, V. V.; Sharkadi, M. N.
UK: Актуальність. Проведено дослідження актуальної задачі розроблення інформаційних моделей представлення нечітких знань для інформаційних технологій на прикладі різних прикладних задачах, які зустрічаються при функціонуванні соціоекономічних систем із застосування апарату нечітких множин, нечіткої логіки і системного підходу. Метою даної роботи є розроблення інформаційних моделей представлення нечітких знань для прийняття управлінських рішень при функціонуванні соціо-економічних систем в умовах невизначеності за вхідними експертними оцінками. Об’єктом дослідження є процес моделювання нечітких знань на основі функцій належності для вхідних експертних оцінок за критеріями. Предметом дослідження є методи і моделі представлення нечітких знань для прийняття рішень в умовах невизначеностей. Метод. Вперше запропоновано інформаційне моделювання нечітких знань на основі функцій належності оцінок за критеріями і їх можливістю застосування для різних прикладних задач. Удосконалено модель представлення нечітких знань для оцінювання платоспроможності підприємств та інвестиційних проектів, сформувавши множину критеріїв для оцінювання та наведено приклади побудов функцій належності для порівнювання вхідних даних. Вперше запропоновано інформаційну модель представлення нечітких знань у вхідних u1077 експертних оцінках, на прикладі оцінювання стартап проектів, що дозволить отримати лінгвістичне значення та оцінку достовірності альтернативних варіантів. Результати. Отриманим результатом дослідження є інформаційне моделювання представлення нечітких знань на прикладах побудови моделей оцінювання платоспроможності підприємств, інвестиційних та стартап проектів за вхідними експертними оцінками. Розроблена модель дає можливість для набраних експертних балів слабо структурованої або неструктурованої задачі отримувати тлумачення, розкриваючи суб’єктивізм експертів та мати кількісну оцінку у неформалізованих задачах. Раціональність оцінки доводить переваги розроблених моделей. Висновки. У роботі розв’язано науково-прикладне завдання розроблення інформаційних моделей представлення нечітких знань для інформаційної технології на прикладах побудови моделей оцінювання платоспроможності підприємств, інвестиційних проектів та стартап проектів за вхідними експертними оцінками. Розроблення моделей нечітких знань дасть можливість адекватно підійти до оцінювання альтернативних рішень підвищуючи при цьому ступінь обґрунтованості прийняття рішень. Запропоновані інформаційні моделі нечітких знань оцінювання платоспроможності підприємств, інвестиційних та стартап проектів можуть бути втілені у роботу інвестиційних установ. EN: Context. The research of the actual problem of the development of information models for the presentation of fuzzy knowledge for information technologies has been carried out on the example of various applied problems that occur during the functioning of socioeconomic systems with the use of fuzzy sets, fuzzy logic and system approach. The purpose of this work is the development of information models for the presentation of fuzzy knowledge for the adoption of managerial decisions in the functioning of socio-economic systems in the conditions of uncertainty for incoming expert assessments. Objective. The object of the research is the process of modeling fuzzy knowledge based on membership functions for incoming expert evaluations according to the criteria. The subject of the research is the methods and models of presentation of fuzzy knowledge for making decisions in conditions of uncertainty. Method. For the first time a representation information modeling fuzzy knowledge based functions of assessments on the criteria and their possible use for different applications. The model representation of fuzzy knowledge for evaluating the solvency of enterprises and investment projects, forming a set of evaluation criteria and examples of constructions membership functions for comparing input. For the first time a representation of the information model of fuzzy knowledge input to expert estimates, the example of a startup evaluation of projects that will provide linguistic value and reliability assessment of alternatives. Results. The result of the study is the information modeling of the presentation of fuzzy knowledge on examples of construction of models for assessing the solvency of enterprises, investment and startup projects on incoming expert assessments. The developed model gives an opportunity for the recruited expert points of a weakly structured or unstructured task to receive interpretations, revealing the subjectivity of experts and having a quantitative assessment in non-formalized problems. The rationality of the assessment proves the advantages of the developed models. Conclusions. The scientific and applied task of developing informational models of presentation of fuzzy knowledge for information technology is solved in the work on examples of construction of models of solvency assessment of enterprises, investment projects and startup of projects according to incoming expert assessments. The development of models of fuzzy knowledge will provide an opportunity to adequately approach the evaluation of alternative solutions, while increasing the degree of validity of decision-making. The proposed information models of fuzzy knowledge of the assessment of enterprises’ solvency, investment and startup projects can be implemented into the work of investment institutions.
Analysis of the automated speaker recognition system of critical use operation results
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Bisikalo, O. V.; Kovtun, V. V.; Yukhimchuk, M. S.; Voytyuk, I. F.; Бісікало, О. В.; Ковтун, В. В.; Юхимчук, М. С.; Войтюк, І. Ф.
EN: The article summarizes the statistical learning theory to evaluate the long-term operation results of the automated speaker recognition system of critical use (ASRSCU) taking into account the features of the system’s operation object and the structural specificity of such a class of recognition systems. Objective. The goal of the represented work is the development of a complex set of methods for the ASRSCU’s quality parameters stabilization during its long-term operation. Method. The article formulated set of methods for the ASRSCU’s operational risks estimation of its long-term operation. In particular, the dependence of the risk of an incorrect speaker recognition on the features space dimension is described. Based on the formulated measure of informativity, obtained a set of methods to analyze the training sample to identify examples that lead to increased risk. The influence of the phenomenon of the drift of the speech signal parameters on the quality indicators of the ASRSCU is described analytically. An estimation of the operation duration of the ASRSCU, during which it is impractical to re-train its the classifier, is carried out. Recommendations for choosing an optimal ASRSCU’s classifier are formulated from the position of its complexity minimization, taking into account the risks of the ASRSCU’s long-term operation and the possibility of re-training. Results. Represented in the article theoretical results are verified by the DET-curves experiments data, which summarize the information from long-term experiments with the ASRSCU, in which, during the features space configuration were taken into account the features based on the power normalized cepstral coefficients based and the features based on the spectral-temporal receptive fields theory. Within the framework of the created theoretical concept, an estimation of the influence of the features space configuration and the type and complexity of the classifier on the stability of the ASRSCU’s quality parameters during its long-term operation has been carried out. Conclusions. For the first time the theoretically analyzed the problem of average risk minimization by empirical operation results of a ASRSCU, where, unlike existing approaches, non-stationary input data with the drift of individual speech signals features and the characteristic parameters of the recognition system classifier were taken into account, which allowed to estimate the risk’s confidence interval for conditions for re-training sessions. UK: Актуальність. У статті узагальнюється теорія статистичного навчання для оцінювання результатів довготривалої експлуатації автоматизованої системи розпізнавання мовця критичного застосування (АСРМКЗ) із урахуванням особливостей об’єкту, із яким працює система, та структурної специфіки такого класу систем розпізнавання. Мета роботи. Розроблення цілісного комплексу заходів для стабілізації якісних параметрів АСРМКЗ при її довготривалій експлуатації. Метод. У роботі сформульовано комплекс заходів для оцінювання експлуатаційних ризиків тривалого використання АСРМКЗ. Зокрема, описано залежність ризику неправильної класифікації від розмірності факторного простору. Базуючись на сформульованій мірі інформативності, проаналізовано заходи щодо аналізу навчальної вибірки для виявлення прикладів, які призводять до зростання ризику. Аналітично описано вплив явища дрейфу параметрів мовних сигналів на якісні показники ефективності АСРМКЗ. Здійснено оцінювання тривалості експлуатації АСРМКЗ, на протязі якої здійснювати повторне навчання класифікатора недоцільно. Сформульовано рекомендації щодо вибору оптимального класифікатора АСРМКЗ з позиції мінімізації його складності u1110 із урахуванням ризиків тривалої експлуатації АСРМКЗ та можливістю процедури повторного навчання. Результати. Підтверджено адекватність отриманих у роботі теоретичних результатів представленими у вигляді DET-кривих даними, які узагальнюють інформацію від довготривалих експериментів із АСРМКЗ, у якій при формуванні конфігурації простору ознак враховувалися нормовані за потужністю кепстральні коефіцієнти та похідні від них характеристики і ознаки, отримані на основі теорії спектрально-темпоральних рецептивних полів. В рамках створеної теоретичної концепції проведено оцінювання впливу конфігурації простору ознак та виду і складності класифікатора на стабільність якісних параметрів АСРМКЗ при її довготривалій експлуатації. Висновки. Вперше теоретично проаналізовано проблему мінімізації середнього ризику по емпіричним результатам експлуатації системи розпізнавання мовця критичного застосування, де, на відміну від існуючих підходів, враховано нестаціонарність вхідних даних із дрейфом індивідуальних параметрів мовних сигналів та характеристичні параметри класифікатора системи розпізнавання, що дозволило оцінити межі довірчих інтервалів ризику за умови здійснення сеансів повторного навчання.
Анализ и сравнение двух систем массового обслуживания с гиперэрланговскими входными распределениями
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Тарасов, В. Н.; Тарасов, В. Н.; Tarasov, V. N.
RU: . Рассмотрена задача вывода решения для среднего времени ожидания в очереди в замкнутой форме для обычной системы с гиперэрланговскими входными распределениями второго порядка и системы со сдвинутыми гиперэрланговскими входными распределениями. Цель работы. Получение решения для основной характеристики системы – среднего времени ожидания требований в очереди для системы массового обслуживания типа G/G/1 с обычными и со сдвинутыми с гиперэрланговскими входными распределениями второго порядка. Метод. Для решения поставленной задачи использован классический метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли, который позволяет получить решение для среднего времени ожидания для рассматриваемых систем в замкнутой форме. Метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли занимает важную часть теории систем G/G/1. Для практического применения полученных результатов использован известный метод моментов теории вероятностей. Результаты. Впервые получены спектральные разложения решения интегрального уравнения Линдли для обеих систем, с помощью которых выведены расчетные выражения для среднего времени ожидания в очереди для вышеуказанных систем в замкнутой форме. Такой подход позволяет рассчитать среднее время ожидания для указанных систем в математических пакетах для широкого диапазона изменения параметров трафика. Все остальные характеристики систем являются производными от среднего времени ожидания. Выводы. Показано, что гиперэрланговский закон распределения второго порядка, как и гиперэкспоненциальный, являющийся трехпараметрическим, может определяться как двумя первыми моментами, так и тремя первыми моментами. Выбор такого закона распределения вероятностей обусловлен тем, что его коэффициент вариации охватывает более широкий диапазон, чем у гиперэкспоненциального распределения. Для сдвинутого гиперэрланговского закона распределения коэффициент вариации охватывает еще более широкий диапазон, чем у обычного. Введение сдвинутых во времени распределений расширяет область применения СМО с учетом известного факта из теории массового обслуживания, что среднее время ожидания связано с коэффициентами вариаций интервалов поступлений и времени обслуживания квадратичной зависимостью. Метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли для системы массового обслуживания с гиперэрланговскими входными распределениями второго порядка позволяет получить решение в замкнутой форме и это решение публикуется впервые Полученное решение дополняет и расширяет известную формулу теории массового обслуживания для среднего времени ожидания требований в очереди для системы массового обслуживания типа G/G/1. UK: Актуальність. Розглянуто задачу виведення рішення для середнього часу очікування в черзі в замкнутій формі для зви-чайної системи з гіперерлангівськими вхідними розподілами другого порядку і системи зі зсунутими гиперерлангівськими вхідними розподілами. Мета роботи – отримання рішення для основної характеристики системи – середнього часу очікування вимог в черзідля системи масового обслуговування типу G/G/1 зі звичайними із зсунутими з гіперерлангівськими вхідними розподілами другого порядку. Метод. Для вирішення поставленого завдання використаний класичний метод спектрального розкладання рішення інтегрального рівняння Ліндлі, який дозволяє отримати рішення для середнього часу очікування для розглянутих систем у замкнутій формі. Метод спектрального розкладання рішення інтегрального рівняння Ліндлі займає важливу частину теорії систем G/G/1. Для практичного застосування отриманих результатів використаний відомий метод моментів теорії ймовірностей. Результати. Вперше отримано спектральні розкладання рішення інтегрального рівняння Ліндлі для обох систем, за допомогою яких виведені розрахункові вирази для середнього часу очікування в черзі для вищевказаних систем в замкнутій формі. Такий підхід дозволяє розрахувати середній час очікування для зазначених систем в математичних пакетах для широкого діапазону зміни параметрів трафіку. Усі інші характеристики систем є похідними від середнього часу очікування. Висновки. Показано, що гіперерлангівський закон розподілу другого порядку, як і гіперекспоненційний є трипараметричним, може визначатися як двома першими моментами, так і трьома першими моментами. Вибір такого закону розподілу ймовірностей обумовлений тим, що його коефіцієнт варіації охоплює більш широкий діапазон, ніж у гиперекспоненційному розподілі. Для зсунотого гіперерлангівського закону розподілу коефіцієнт варіації охоплює ще більш широкий діапазон, ніж у звичайного. Введення зсунутих у часі розподілів розширює сферу застосування СМО з урахуванням відомого факту з теорії масового обслуговування, що середній час очікування пов’язаний з коефіцієнтами варіацій інтервалів надходжень і часу обслуговування квадратичною залежністю. Метод спектрального розкладання рішення інтегрального рівняння Ліндлі для системи масового обслуговування з гіперерлангівськими вхідними розподілами другого порядку дозволяє отримати рішення в замкнутій формі і це рішення публікується вперше Отримане рішення доповнює і розширює відому формулу теорії масового обслуговування для середнього часу очікування вимог в черзі для системи масового обслуговування типу G/G/1. EN: Context. The problem of finding the solution for the mean waiting time in a closed form for a conventional system with hyperarlangian input distributions of second order and for system with shifted hypererlangian input distributions is considered. Objective is obtaining a solution for the main characteristic of the system-the average waiting time for queuing requirements for a queuing system of the type G/G/1 with normal and with shifted hypererlangian input distributions of the second order. Method. To solve this problem, we used the classical method of spectral decomposition of the solution of the Lindley integral equation, which allows one to obtain a solution for the mean waiting time for of the systems under consideration in closed form. The method of spectral decomposition of the solution of the Lindley integral equation occupies an important part of the theory of systems G/G/1. For the practical application of the results obtained, the well-known method of moments of probability theory is used. Results. For the first time, spectral decompositions of the solution of the Lindley integral equation for both systems were obtained, with the help of which the calculated expressions for the average waiting time in the queue for the above-mentioned systems in closed form were derived. This approach allows us to calculate the average latency for these systems in mathematical packages for a wide range of traffic parameters. All other characteristics of the systems are the derived from the average waiting time. Conclusions. It is shown that the hypererlangian distribution law of the second order, like the hyperexponential, which is threeparameter, can be determined by both the first two moments and the first three moments. The choice of such a law of probability distribution is due to the fact that its coefficient of variation covers a wider range than the hyperexponential distribution. For the shifted hypererlangian distribution law, the coefficient of variation covers an even wider range. The introduction of shifted distributions extends the scope of the QS with considering the well-known fact from queuing theory, that the average waiting time is related to the coefficients of variations in the intervals of receipts and the time of service by a quadratic dependence. The method of spectral decomposition of the solution of the Lindley integral equation for a queuing system with hypererlangian input distributions of the second order makes it possible to obtain a solution in closed form and this solution is published for the first time. The solution obtained supplements and extends the well-known queuing theory formula for the average waiting time in the queue for a queuing system of type G/G/1.
Models of training procedures
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Khodakov, V. Ye.; Sokolov, A. Ye.; Veselovskaya, G. V.; Ходаков, В. Є.; Соколов, А. Є.; Веселовська, Г. В.
EN: Context. The problem of justifying methods for constructing models of optimization procedures as dynamic objects, taking into account the features of the training procedures, is considered. The object of the study were models of the dynamics of training procedures. Objective. The goal of the work is to solve the tasks of formalizing the training procedures, developing methods for constructing mathematical models of the learning processes, the processes of searching for the optimum of the learning tasks, and for evaluating dynamic training procedures. Method. The learning process is a totality of sequential and interrelated actions of a teacher and learners, aimed at providing a conscious and durable assimilation of knowledge, abilities, and skills. As a result of systematic analysis, main, basic patterns of training procedures are defined. The notion of “information flow” is justified as the sequence of messages carrying information for building models of interactions in information systems. The important property of the information flow is determined – the direction from the source to the receiver. Two possible variants of information interaction of objects are singled out – information transfer and information compensation. The use of optimality principle for information processes of learning is offered. It is shown that the dynamics of learning processes is determined by the characteristics of the used optimization procedure. The gradient procedure for finding the extremum of the goal function is described by the autonomous motion of the dynamic system. For a strictly convex goal function, according to sufficient optimality conditions, the optimization procedure is described by the dynamics of the autonomous motion of a stationary linear unbound dynamic object. The choice of the multiplier for the gradient significantly affects the dynamics of the process, and for a strictly convex goal function the multiplier is equal to the increment vector. The use of a dynamic model determines the number of steps required to achieve the given accuracy. Results. The created models received software implementation and were investigated in practice when solving the tasks of modeling the dynamics of training procedures in the teaching process of the Information Technologies Department of Kherson National Technical University. Conclusions. The carried out experimental researches have allowed to confirm practically operability of the created mathematical apparatus and to consider it expedient for application with the purpose of increase of efficiency of modeling and realization of training procedures. Further perspectives of the research are seen in the coverage of more types of dynamic training procedures, optimizing approaches to their software implementations, and increasing the scale of their coverage with confirmatory experiments. UK: Актуальність. Розглянуто задачу обґрунтування методів побудови моделей оптимізаційних процедур, як динамічних об’єктів, із урахуванням особливостей процедур навчання. Об’єктом дослідження є моделі динаміки процедур навчання. Мета роботи – розв’язування задач формалізації процедур навчання, розробки методів побудови математичних моделей процесів навчання, процесів пошуку оптимуму задач навчання, для оцінки динамічних процедур навчання. Метод. Процес навчання – це сукупність послідовних і взаємопов'язаних дій того, хто навчає, та тих, кого навчають, спрямованих на забезпечення свідомого та міцного засвоєння знань, умінь, навичок. У результаті систематичного аналізу, визначені основні, базові закономірності процедур навчання. Обґрунтоване поняття «інформаційний потік», як послідовність повідомлень, що несуть інформацію, для побудови моделей взаємодій в інформаційних системах. Визначено важливу властивість інформаційного потоку – напрямок від джерела до приймача. Виділені два можливих варіанти інформаційної взаємодії об’єктів – передача та компенсація інформації. Запропоноване використання принципу оптимальності для інформаційних процесів навчання. Показано, що динаміка процесів навчання визначається характеристиками використовуваної оптимізаційної процедури. Градієнтна процедура пошуку екстремуму функції мети описується автономним рухом динамічної системи. Для строго опуклої u1092 функції мети, згідно достатніх умов оптимальності, процедура оптимізації описується динамікою автономного руху стаціонарного лінійного незв’язаного динамічного об’єкту. Вибір множника для градієнту істотно впливає на динаміку процесу, та для строго опуклої функції мети множник дорівнює вектору збільшень. Використання динамічної моделі визначає необхідну кількість кроків досягнення заданої точності. Результати. Створені моделі отримали програмну реалізацію та були досліджені на практиці при розв’язуванні задач моделювання динаміки процедур навчання в навчальному процесі кафедри інформаційних технологій Херсонського національного технічного університету. Висновки. Виконані експериментальні дослідження дозволили практично підтвердити працездатність створеного математичного апарату та вважати його доцільним для застосування з метою підвищення ефективності моделювання та реалізації процедур навчання. Подальші перспективи проведених досліджень бачаться в охопленні більшої кількості видів динамічних процедур навчання, оптимізації підходів до їхніх програмних реалізацій, збільшенню масштабності їхнього охоплення підтверджувальними експериментами.
On the analytical solution of a Volterra integral equation for investigation of fractal processes
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Gorev, V. N.; Gusev, A. Yu.; Korniienko, V. I.; Горєв, В. М.; Гусєв, О. Ю.; Корнієнко, В. І.
EN: We consider a Volterra integral equation of the first kind which may be applied to the data filtration and forecast of fractal random processes, for example, in information-telecommunication systems and in control of complex technological processes. Objective. The aim of the work is to obtain an exact analytical solution to a Volterra integral equation of the first kind. The kernel of the corresponding integral equation is the correlation function of a fractal random process with a power-law structure function. Method. The Volterra integral equation of the first kind is solved with the help of the standard Laplace transform method. The inverse Laplace transform leads to the calculation of the line integral of the function of complex variable. This integral is calculated as a sum of a residue part and integrals over the banks of cut. The corresponding integrals are obtained on the basis of the known expansions of special functions. Results. We obtained an exact analytical solution of the Volterra integral equation the kernel of which is the correlation function of a fractal random process. The paper is based on a model where the structure function of the corresponding process is a power-law function. It is shown that the part of the solution that does not contain delta-function is convergent at any point if the Hurst exponent is larger than 0.5, i.e. if the process has fractal properties. It is shown that the obtained solution is a real-valued function. The obtained solution is verified numerically; it is also shown that our solution gives the correct asymptotic behavior. Although the solution contains an exponentially growing function of time, at large times the integral of the obtained solution asymptotically behaves as a power-law function. Conclusions. It is important to stress that we obtained an exact solution of the Volterra integral equation under consideration rather than an approximate one. The obtained solution may be applied to the data filtration and forecast of fractal random processes. As is known, fractal processes take place in a huge variety of different systems, so the results of this paper may have a wide field of application. UK: Актуальність. Розглянуто інтегральне рівняння Вольтери першого роду, яке може бути застосовним до фільтрації та прогнозування випадкових фрактальних процесів, наприклад, у інформаційно-телекомунікаційних мережах та при керуванні складними технологічними процесами. Метою роботи є отримати точний аналітичний розв’язок інтегрального рівняння Вольтери першого роду. Ядром відповідного інтегрального рівняння є кореляційна функція фрактального випадкового процесу, структурна функція якого є степеневою. Метод. Інтегральне рівняння Вольтери першого роду розв’язано за допомогою стандартного методу перетворення Лапласа. Зворотне перетворення Лапласа приводить до контурного інтегралу від функції комплексної змінної. Цей інтеграл обчислено як суму частини, що містить лишок, та інтегралів вздовж берегів розрізу. Відповідні інтеграли пораховано за допомогою відомих розвинень спеціальних функцій. Результати. Нами отримано точний аналітичний розв’язок інтегрального рівняння Вольтери, ядром якого є кореляційна функція фрактального випадкового процесу. Робота базується на моделі, в якій структурна функція відповідного фрактального процесу є степеневою функцією. Показано, що та частина розв’язку, яка не містить дельта-функції, є збіжною в будь-якій точці, якщо показник Херста є більшим за 0,5, тобто якщо процес має фрактальні властивості. Показано, що отриманий розв’язок є дійсною функцією. Отриманий розв’язок перевірено чисельно; також показано, що наш розв’язок дає правильну асимптотичну поведінку. Xоча отриманий розв’язок містить експоненційно зростаючу функцію часу, при великих часах інтеграл від отриманого розв’язку асимптотично веде себе як степенева функція. Висновки. Важливо підкреслити, що нами отримано точний, а не наближений розв’язок інтегрального рівняння Вольтери, яке досліджується. Отриманий розв’язок може бути застосовним до фільтрації та прогнозування даних випадкового фрактального процесу. Як відомо, фрактальні процеси мають місце у величезній кількості різноманітних систем, тому результати цієї статті можуть мати широку область застосувань.
Верификация протоколов треугольных коммуникационных решеток бесконечными сетями Петри
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Шмелева, Т. Р.; Шмельова, Т. Р.; Shmeleva, T. R.
RU: Актуальность. Вычислительные и коммуникационные решетки являются мощным средством повышения производительности и качества обслуживания современных сетей. В двумерных решетках основными формами ячейки являются треугольник, четырехугольник и шестиугольник. Треугольные решетки применяются при решении краевых задач с треугольными конечными элементами в системах радиовещания и телевидения. Наиболее простые и эффективные способы реализации решеток могут обладать скрытыми дефектами и уязвимостями с точки зрения безопасного обмена информации. Таким образом, верификация решеток является актуальной задачей. Цель работы – построение моделей треугольных коммуникационных решеток в форме бесконечных сетей Петри и исследование их свойств для доказательства корректности (верификации) протоколов. Методы исследований базируются на основных положениях теории графов, линейной алгебры, теоретических основах сетей Петри, математического и имитационного моделирования. Результаты. Построено параметрическое описание треугольной коммуникационной решетки на плоскости в прямой и двойственной форме. Узел коммутации реализует полнодуплексный режим работы и буферизацию пакетов с ограниченным размером внутреннего буфера. Получены аналитические выражения для оценки числа компонентов модели. Решение бесконечных системы линейных уравнений в параметрической форме позволило доказать инвариантность модели произвольного размера. Инвариантность является одним из основных свойств модели идеального протокола, определяющих безопасность работы сети. Практическая значимость полученных результатов заключается в построении схем безопасных решеток для дальнейшей программной и аппаратной реализации, что официально подтверждено включением моделей треугольных решеток в архив моделей сетей Петри Лаборатории Информатики университета Париж 6. Выводы. Впервые построена математическая модель треугольных коммуникационных решеток с регулярной структурой произвольного размера в форме бесконечных сетей Петри для верификации протоколов передачи информации в решетках. Применение методики для верификации треугольных коммуникационных структур позволяет выполнить дальнейшее развитие теории бесконечных сетей Петри для построения и исследования моделей произвольных решеток с регулярной структурой. UK: Актуальність. Обчислювальні та комунікаційні ґратки є потужним засобом підвищення продуктивності і якості обслуговування сучасних мереж. У двовимірних ґратках основними формами осередку є трикутник, чотирикутник і шестикутник. Трикутні гратки застосовуються при вирішенні крайових задач з трикутними кінцевими елементами, в системах радіомовлення і телебачення. Найбільш прості та ефективні способи реалізації ґраток можуть володіти схованими дефектами і уразливостями з точки зору безпечного обміну інформацією. Таким чином, верифікація ґраток є актуальним завданням. Мета роботи – побудова моделей трикутних комунікаційних ґраток в формі нескінченних сітей Петрі та дослідження їх властивостей, для доказу коректності (верифікації) протоколів. Метод. Методи досліджень базуються на основних положеннях теорії графів, лінійної алгебри, теоретичних основах сітей Петрі, математичного та імітаційного моделювання. Результати. Побудовано параметричний опис трикутної комунікаційної ґратки на площині в прямій і двоїстої формі. Вузол комутації реалізує повнодуплексний режим роботи та буферизацію пакетів з обмеженим розміром внутрішнього буфера. Отримано аналітичні вирази для оцінки числа компонентів моделі. Рішення нескінченних системи лінійних рівнянь в параметричної формі дозволило довести інваріантність моделі довільного розміру. Інваріантність є одною з основних властивостей моделі ідеального протоколу, що визначає безпеку роботи мережі. Практична значимість отриманих результатів полягає в побудові схем безпечних ґраток для подальшої програмної і апаратної реалізації, що офіційно підтверджено включенням моделей трикутних ґраток в архів моделей сітей Петрі Лабораторії Інформатики університету Париж 6. Висновки. Вперше побудована математична модель трикутних комунікаційних ґраток з регулярною структурою довільного розміру в формі нескінченних сітей Петрі для верифікації протоколів передачі інформації в ґратках. Застосування методики для верифікації трикутних комунікаційних структур дозволяє виконати подальший розвиток теорії нескінченних сітей Петрі для побудови та дослідження моделей довільних ґраток з регулярною структурою. EN: Context. Computing and communication grids are a powerful means of increasing the performance and quality of service of modern networks. In two-dimensional grids the basic cell forms are a triangle, a square, and a hexagon. Triangular grids are used in solving boundary value problems with triangular finite elements, in broadcasting systems and in television. The simplest and most efficient implementations of grids can possess hidden defects and vulnerabilities in terms of secure information exchange. Thus, the verification of grids is an urgent task. Objective. The goal of the paper is to construct the models of triangular communication grids in the form of infinite Petri nets and to investigate their properties for proving the protocols (verification) correctness. Method. Research methods are based on the basics of graph theory, linear algebra, the theoretical foundations of Petri nets, mathematical modeling and simulation. Results. A parametric description of the triangular communication grid on the plane, in a direct and a dual form, is constructed. The switching node implements full-duplex transmission and buffering of packets with a limited capacity of the internal buffer. Analytic expressions are obtained for estimating the number of model components. Solving infinite systems of linear equations in parametric form allowed us to prove the invariance of a model of arbitrary size. Invariance is one of the basic properties of the ideal protocol model which determines the safety of the network. The practical significance of the results obtained lies in the construction of safe grid schemes for further software and hardware implementation, which is officially confirmed by the inclusion of triangular grid models in the archive of Petri net models of the University Paris 6 Informatics Laboratory. Conclusions. For the first time, a mathematical model of triangular communication grids with a regular structure and an arbitrary size in the form of infinite Petri nets was constructed for verification of information transmit protocols in grids. The application of the technique for verification of triangular communication structures allows the further development of the infinite Petri nets theory for constructing and investigating models of arbitrary grids with a regular structure.

Browse

Recent Submissions