EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
User evaluation-driven ranking concept
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Zosimov, V. V.; Bulgakova, O. S.; Perederyi, V. I.; Зосімов, В. В.; Булгакова, О. С.; Передерій, В. І.
EN: Context. The problem of personalizing search engine results, empowering users with search result management tools and developing new ranking models based on user’s subjective information needs. The object of the study was to modeling information search results in the Internet based on user ratings.
Objective. The goal of the work is to form unique expert groups for each user, based on calculating the measure of agreement between the current user’s opinions and potential experts.
Method. Introducing a novel method for ranking search results based on user ratings, which takes a subjective approach to the ranking process. This approach involves the formation of distinct expert groups tailored to individual users. Experts are selected based on the level of agreement between their opinions and the current user, determined by shared ratings on a specific set of web resources. User selection for the expert group is based on their weight relative to the current user, serving as a measure of agreement.
The proposed methodology offers a fresh approach to forming unique expert groups for each user, utilizing three different strategies depending on the presence of shared ratings on a particular set of web resources between the user and potential experts.
The developed ranking method ensures that each user receives a personalized list of web resources with a distinct order. This is accomplished by incorporating unique ratings from the expert group members associated with each user. Furthermore, each rating contributes to the ranking model of web resources with an individual weight, calculated based on an analysis of their past system activity.
Results. The developed methods have been implemented in software and investigated for complex web data operation in real time.
Conclusions. The conducted experiments have confirmed the effectiveness of the proposed software and recommend its practical use for solving complex web data operation in real time. Prospects for further research may include optimizing software implementations and conducting experimental investigations of the proposed methods on more complex practical tasks of various nature and dimensions
UK: Актуальність. Розглянуто проблема персоналізації результатів роботи пошукових систем шляхом надання користувачу інструментів управління пошуковою видачею, а також розробки нових моделей ранжування, заснованих на суб’єктивних інформаційних потребах користувача. Об’єктом дослідження є моделювання результатів пошуку інформації в мережі Інтернет на основі користувацьких оцінок.
Мета роботи – формування унікальних для кожного користувача експертних груп, заснованого на розрахунку міри узгодженості думок поточного користувача з потенційними експертами.
Метод. Запропонований новий підхід до ранжування результатів пошуку на основі оцінок користувачів. Основною відмінністю даного методу є суб’єктивний підхід до процесу ранжування. Такий ефект досягається за рахунок попереднього формування експертних груп, унікальних для кожного користувача. Експерти відбираються за мірою узгодженості думок з поточним користувачем, що розраховується на основі спільних оцінок для деякої множини веб-ресурсів. Відбір користувачів до експертної групи відбувається на основі його ваги відносно поточного користувача, що є мірою узгодженості їх думок.
Запропонована нова методика формування унікальних для кожного користувача експертних груп, що передбачає три підходи в залежності від наявності спільних оцінок для деякої множини веб-ресурсів між поточним користувачем та потенційними експертами.
Розроблений метод ранжування результатів пошуку видає для кожного користувача список веб-ресурсів, що має свій унікальний порядок елементів. Такий ефект досягається за рахунок використання оцінок членів експертної групи, що є унікальною для кожного користувача, а також за рахунок того, що кожна оцінка входить до моделі розрахунку кінцевих рангів веб-ресурсів зі своєю унікальною вагою, розрахованою на основі аналізу їх попередньої діяльності в системі.
Результати. Розроблені методи реалізовано в програмному забезпеченні та досліджено для вирішення задач оперування даними в мережі Інтернет.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого програмного забезпечення та дозволяють рекомендувати його для використання на практиці для вирішення задач оперування даними в мережі Інтернет. Перспективи подальших досліджень можуть включати оптимізацію програмних реалізацій, а також експериментальне дослідження запропонованих методів на більш складних практичних задачах різної природи та розмірності.
Modified genetic algorithm approach for solving the two-stage location problem
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Serhieiev, O. S.; Us, S. A.; Сергєєв, О. С.; Ус, С. A.
EN: Context. Optimization of logistics processes is one of the important tasks of supply chain management in various fields, including medicine. Effective coordination in medical logistics is essential to ensure public health and prosperity. This is especially essential during global emergencies when the rapid and efficient distribution of medicines is critical. In addition, professional logistics management is critical to delivering humanitarian aid, where the timely transportation of medical supplies and resources can be life-saving. The most advanced technologies and algorithms are being used to improve medical logistics processes. This paper considers modifying the genetic algorithm for solving the two-stage location problem in supply chain management in the distribution of medicines and medical equipment.
Objective. The work aims to build a model and develop an algorithm for solving a two-stage location problem in the context of the medical logistics problem with further analysis of their applications and performance.
Method. We propose to use a genetic algorithm to solve a two-stage logistics problem. The peculiarities of this algorithm are the modification of evaluation procedures and the use of mixed mutation, which allows for solving the problem effectively, considering irregularities in the statement regarding the subject – the limits on the centers’ location at several stages of the logistic process.
Results. The paper deals with a two-stage location problem with constraints on the maximum number of centers. Considering the specific requirements of medical logistics in the transportation context of medicines and medical equipment, a mathematical model and modification of the genetic algorithm are proposed. The developed algorithm is tested on model tasks and can produce effective solutions for problems ranging in size from 25 to 1000. The solution process takes longer for larger problems with dimensions from 1001 to 2035. Additionally, the influence of increasing the maximum generations number on the time of execution is investigated. When the maximum generation value increases from 50 to 100 and from 100 to 150 generations, the algorithm’s execution time increases by 45.69% and 51.68%, respectively. 73% of the total execution time is dedicated to the evaluation procedure. The algorithm is applied to the medical logistics problem in the Dnipropetrovsk region (Ukraine). An efficient solution is obtained within an acceptable execution time.
Conclusions. A mathematical model for a two-stage location problem in the context of medical logistics is introduced. It considers the peculiarities of the medical field. A solution algorithm based on a genetic approach is developed and applied to the medical logistics problem. The algorithm has been tested on model tasks of varying sizes, with a comprehensive analysis conducted on the correlation between the problem size and the algorithm’s running time. In addition, it is investigated how the maximum number of generations affects the algorithm’s execution time. The role of each stage in the genetic algorithm research towards the overall effectiveness of the algorithm is researched. The obtained results indicate high efficiency and wide application possibilities of the proposed mathematical model and algorithm. The developed method demonstrates high performance and reliability.
UK: Актуальність. Оптимізація логістичних процесів є одним із важливих завдань управління ланцюгами поставок у різних сферах діяльності, включаючи медицину. Ефективна координація у сфері медичної логістики має важливе значення для забезпечення громадського здоров’я та процвітання. Це стає особливо актуальним в умовах глобальних надзвичайних ситуацій, коли швидке та ефективне розповсюдження медикаментів має вирішальне значення. Крім того, вміле управління логістикою має першорядне значення для доставки гуманітарної допомоги, у випадку, коли своєчасне транспортування медичних препаратів і ресурсів може стати рятівним для життя. Задля вдосконалення процедур у медичній логістиці використовуються найсучасніші технології та алгоритми. У роботі розглянута модифікація генетичного алгоритму для розв’язання двоетапних задач розміщення у контексті управління ланцюгами поставок при дистрибуції ліків та виробів медичного призначення.
Мета. Метою роботи є побудова моделі та розробка алгоритму для розв’язання двоетапної задачі розміщення у контексті проблеми медичної логістики з подальшим аналізом їх застосування на модельних та прикладних задачах.
Метод. Запропоновано використання генетичного алгоритму для розв’язання двоетапної задачі логістики. Особливостями цього алгоритму є модифікація процедур оцінювання та використання змішаної мутації, що дозволяють ефективно розв’язувати проблему, враховуючи особливості предметної постановки – розміщення центрів на декількох етапах логістичного процесу.
Результати. Авторами запропоновано математичну модель і алгоритм, що враховують необхідність розміщення центрів на різних етапах з використанням модифікованих процедур мутації та оцінювання. Алгоритм протестовано на модельних задачах, досліджено вплив розмірності задачі на час його виконання. Розглянуто модельні задачі із розмірністю від 25 до 2035. Для задач розміром від 1001 до 2035 процес розв’язання займає значно більший час порівняно із задачами менших розмірностей. При збільшенні можливого обсягу популяції від 50 до 100 та від 100 до 150 поколінь, час виконання алгоритму збільшується на 45,69% та 51,68% відповідно. Найбільший час витрачається на процедуру оцінювання і становить 73% часу від загального часу розв’язання
Висновки. Введено математичну модель для двоетапної задачі розміщення у контексті медичної логістики з врахуванням особливостей галузі. Розроблено алгоритм розв’язання, що базується на генетичному підході та застосований для вирішення проблеми медичної логістики. Алгоритм досліджено на модельних задачах різних розмірів та проаналізовано залежність часу роботи алгоритму від розміру задачі. Додатково розглянуто залежності часу роботи алгоритму від значення обсягу популяцій. Наведено аналіз частки участі кожного з етапів генетичного алгоритму у загальній роботі алгоритму. Отримані результати свідчать про високу ефективність та широкі можливості застосування запропонованої математичної моделі та алгоритму. Розроблений метод демонструє високу продуктивність та надійність, особливо для задач середньої та великої розмірності, підтверджуючи свою перспективність та універсальність.
Performance analysis of wireless computer networks in conditions of high interference intensity
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Khandetskyi, V. S.; Gerasimov, V. V.; Karpenko, N. V.; Хандецький, В. С.; Герасимов, В. В.; Карпенко, Н. В.
EN: Context. The decrease in the probability of successful frame transmission in the infrastructure domain of IEEE 802.11 DCF wireless network is caused both by the influence of the collision intensity and by the impact of external interference in the radio path. Using the Markov chain approach as a baseline, we explicitly expressed the dependence of the network throughput on the number of operating stations, bit error rate (BER), and the frame fragmentation factor.
Objective. The purpose of this article is to study the influence of interference intensity on the throughput of a wireless network domain in a wide range of the number of operating stations when transmitting frames of various lengths in the absence and with the use of the fragmentation mechanism.
Method. The performed mathematical modelling showed, that in the range of increased and high noise intensity (BER = 10–5 – 10–4), a decrease in the length of the frame data field from the standard length of 12000 bits to 3000 bits is accompanied by a decrease in the throughput for all values of the number of competing stations. At the same time, it must be noted that as the amount of the frame data decreases, the throughput becomes less susceptible to an increase in the noise intensity. Qualitatively different results are obtained in the region of very high interference intensity (BER = 2·10–4). A significant increase in the probability of frame transmission in this region observed with a decrease in the standard length of the frame data field by 2–3 times, made it possible to increase the throughput compared to the original one. This effect is especially pronounced when the length is halved.
Results. The study of the standard frame transmitting process, but with a fragmented data field, showed that if for BER = 5·10–5 and less with an increase in fragmentation factor, the throughput values decrease, in the entire range of the number of stations due to the predominant increase in overhead costs, then in the region of high (BER = 10–4) and very high noise intensity (BER = 2·10–4) we have the opposite effect. To the greatest extent, the throughput increases when the frame data is transmitted in two equal fragments. We have made a comparison of the network throughput determined by simply reducing the length of the frame data field and using fragmentation of a standard frame. The comparison showed that the use of the fragmentation mechanism is more beneficial both when throughput is stabilized under conditions of increased noise intensity and when the throughput is increased under conditions of high and very high noise intensity.
Conclusions. In this article, a mathematical model has been modified for direct calculation of the wireless network throughput. Using this model, we studied the changes in throughput over a wide range of BER and a number of operation stations for various values of the transmitted frame fragmentation factor. The conditions for increasing the throughput are determined.
UK: Актуальність. Зниження імовірності успішної передачі фрейму в інфраструктурному домені бездротової мережі стандарту IEEE 802.11 DCF обумовлено як впливом інтенсивності колізій так і дією зовнішніх завад у радіоканалі. Використовуючи в якості базового підходу той, що, заснований на використанні Марківських ланцюгів, ми в явній аналітичній формі виразили залежність пропускної здатності мережі від кількості працюючих станцій, швидкості бітових помилок (BER) і коефіцієнта фрагментації фрейму.
Мета роботи. Метою даної статті є дослідження впливу інтенсивності шуму на величину пропускної здатності домену бездротової мережі в широкому діапазоні кількості працюючих станцій, під час передачі фреймів різної довжини за відсутності та із застосуванням механізму фрагментації.
Метод. Математичне моделювання показало, що в діапазоні підвищеної та високої інтенсивності шуму
(BER = 10–5 – 10–4), зменшення довжини поля даних фрейму, що передається, від стандартних 12000 біт до 3000 біт супроводжується зниженням пропускної здатності для будь-якої кількості конкуруючих станцій. Одночасно з цим слід відмітити, що пропускна здатність стає менш сприятливою до збільшення інтенсивності шуму. В області дуже високої інтенсивності завад (BER = 2·10–4) одержані результати, які якісно відрізняються. Значне збільшення імовірності передачі фрейму в цій області, яке спостерігається зі зменшенням стандартної довжини поля даних в 2–3 рази, дозволило підвищити пропускну здатність порівняно з початковою. Цей ефект є особливо вираженим у випадку, коли довжина зменшується вдвічі.
Результати. Дослідження процесу передачі фрейму стандартного розміру але з фрагментованим полем даних показало, що для BER ≤ 5·10–5 зі збільшенням коефіцієнту фрагментації значення пропускної здатності знижуються на всьому діапазоні кількості працюючих станцій переважно за рахунок впливу зростання накладних втрат. Однак в області високої (BER = 10–4) і надвисокої (BER = 2·10–4) інтенсивності шуму ми маємо зворотний ефект. Найбільше зростання пропускної здатності спостерігається, коли дані фрейму передаються двома рівними фрагментами. Ми провели порівняння пропускної здатності мережі, визначеної при простому зменшенні довжини поля даних фрейму і для передачі фрейму з даними стандартної довжини, розділеними на декілька фрагментів. Порівняння показало, що використання механізму фрагментації є більш вигідним як при стабілізації пропускної здатності в умовах підвищеної інтенсивності шуму, так і при збільшенні пропускної здатності в умовах високої і надвисокої інтенсивності шуму.
Висновки. У даній статті була модифікована математична модель, що дозволяє безпосередньо обчислювати пропускну здатність бездротової мережі. Використовуючи цю модель, ми дослідили зміну пропускної здатності в широкому діапазоні BER і кількості працюючих станцій, для різних значень коефіцієнта фрагментації фрейму, що передається. Визначено умови підвищення пропускної здатності.
On the recursive algorithm for solving the traveling salesman problem on the basis of the data flow optimization method
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Ivohin, E. V.; Gavrylenko, V. V.; Ivohina, K. E.; Івохін, Є. В.; Гавриленко, В. В.; Івохіна, К.Є.
EN: Context. The article considers a technique for the sequential application of flow schemes for distributing a homogeneous re-source for solving the traveling salesman problem, which is formulated as the problem of finding a route to visit a given number of cities without repetitions with a minimum duration of movement. The task of formalizing the algorithm for solving the traveling salesman problem by the method of streaming resource distribution using the backtracking scheme is posed. The use of Orlin’s method to optimize the flow distribution on the graph is proposed.
Objective. The goal of the work is to develop an algorithm for solving the traveling salesman problem based on the implementation of the method of streaming resource distribution and the backtracking scheme with the minimum duration of movement along the route.
Method. This paper proposes a method for solving the traveling salesman problem by the method of streaming resource distribution with the backtracking scheme. A scheme for formalizing the procedure for solving the traveling salesman problem with the minimum duration of movement along the route is described. A variant of accelerating the speed of the developed algorithm is proposed, which consists in using a greedy technique in the procedure for selecting route sections: planning each subsequent stage of movement is determined based on the choice of the fastest direction of movement. The results of the proposed algorithm for calculating solutions to the traveling salesman problem with minimization of the duration of movement are presented, the obtained solutions are compared with the solutions found by other exact and heuristic methods.
Results. The method for solving the traveling salesman problem using the method of streaming resource allocation and using the backtracking scheme is developed. A variant of accelerating the speed of the developed algorithm is proposed, which consists in using a greedy technique in the procedure for selecting route sections: planning each subsequent stage of movement is determined based on the choice of the fastest direction of movement. The application of the greedy approach makes it possible to obtain a constructive scheme for solving the traveling salesman problem. The results of the proposed algorithm for calculating solutions to the traveling salesman problem with minimization of the duration of movement are presented, the obtained solutions are compared with the solutions found by other exact and heuristic methods.
Conclusions. The paper considers a method for formalizing the algorithm for solving the traveling salesman problem using the method of streaming resource allocation and the backtracking scheme. The use of Orlin’s method to optimize the flow distribution on the graph is proposed. The scheme of formalization of the procedure for using the method with the implementation of the backtracking scheme for solving the traveling salesman problem with the minimum duration of movement along the route is briefly described. A variant of accelerating the speed of the developed algorithm is proposed.
UK: Актуальність. Важливою сучасною проблемою є швидке відновлення та оптимізація управління логістикою. В залежності від поставленої задачі існує багато різних математичних методів та підходів до вирішення різних логістичних задач, розв’язування яких набуває широкого практичного впровадження. Його конкретний зміст залежить від характеру проблеми та повноти наявних даних. Іноді для розв’язання відомих задач, однією з яких є задача комівояжера, вдається знайти нетипові методики на основі поєднання декількох обчислювальних схем та методів.
Ціль. Мета роботи – розробити алгоритм розв’язання задачі комівояжера на основі реалізації методу потокового розподілу ресурсів і схеми backtracking з мінімальною тривалістю руху за маршрутом.
Метод. У статті розглядається методика послідовного застосування потокових схем розподілу однорідного ресурсу для розв’язання задачі комівояжера, що формулюється як задача знаходження маршруту відвідування заданої кількості міст без повторень з мінімальною тривалістю руху. Поставлено та вирішено задачу формалізації алгоритму розв’язання проблеми комівояжера на основі методу розподілу ресурсів з використанням схеми backtracking. Запропоновано використання методу Орліна для оптимізації розподілу потоку на графі. Розроблено конструктивний алгоритм розв’язання задачі. Проведено обчислювальні експерименти.
Результати. Розроблено метод розв’язання задачі комівояжера з використанням методу потокового розподілу ресурсів і схеми пошуку з поверненням. Запропоновано варіант прискорення швидкості розробленого алгоритму, яке полягає в залученні жадібного способу в процедурі вибору ділянок маршруту: планування кожного наступного етапу переміщення визначається виходячи з відбору найбільш швидкого напряму руху. Застосування жадібного підходу дозволило отримати конструктивну схему розв’язання задачі комівояжера. Представлено результати розрахунків за допомогою запропонованого алгоритму в задачах комівояжера з мінімізацією тривалості руху, проведено порівняння отриманих розв’язків з розв’язками, знайденими іншими точними та евристичними методами.
Висновки. У статті розглянуто метод формалізації алгоритму розв’язання задачі комівояжера з використанням алгоритму потокового розподілу однорідного ресурсу та схеми backtracking. Запропоновано використання методу Орліна для оптимізації розподілу потоку на графі. Описано схему формалізації процедури використання методу з реалізацією схеми з поверненням для розв’язання задачі комівояжера з мінімізацією тривалості руху за маршрутом. Запропонований варіант прискорення роботи розробленого алгоритму.
Information technology of forming the educational network of the territorial community
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Danshyna, S. Yu.; Nechausov, A. S.; Даншина, С. Ю.; Нечаусов, А. С.
EN: Context. Local government organizations have significant decision-making power in the field of education. This requires the development of understandable tools that help form a network of educational institutions that provide high-quality educational services. The object of the study was the process of forming an educational network (ENW) of the community in the implementation of territorial development projects as part of the reform of local self-government.
Objective. The goal of the work is to increase objectivity of decisions made in the formation of the ENW territorial community, summarizing demographic, infrastructural, personnel, economic factors when choosing the location of ENW facilities.
Method. The study of the classical placement problem and its further adaptation to real problems arising from the implementation of the education reform made it possible to represent ENW territorial communities as a set of independent complete bipartite graphs. In this case, to solve the problem of choosing the location of an educational institution on the network, an information technology (IT) was developed to form an ENW territorial community. Based on the adapted p-median model and methods of geospatial analysis, generalizing the requirements of the current legislation, a set of input and output parameters of IT and a set of its operations are formed. The representation of the IT structure in the form of an IDEF0-model clearly explains how a combination of various factors is processed and generalized when making decisions while creating ENW and looking for ways to improve it.
Results. The developed IT was investigated in solving the problem of forming a network of lyceums in the Kharkiv region using geospatial information, open statistical data and data on lyceums. The proposed accommodation options make it possible to achieve a general level of accessibility of specialized secondary education of almost 94%. IT has additional tools for solving the problems of transporting students to the place of study and home.
Conclusions. The experiments carried out confirmed the operability of the proposed IT. The generalization of the results obtained makes it possible to recommend it for practical use in solving the problems of analyzing the current state of ENW, finding ways to improve it and possible directions for development, as well as evaluating solutions related to the spatial planning of ENW.
UK: Актуальність. Органам місцевого самоврядування надано значні повноваження щодо прийняття рішень у сфері освіти. Це потребує розроблення чітких і зрозумілих інструментів, які допоможуть сформувати мережу освітніх закладів для забезпечення якісного надання освітніх послуг. Об’єктом дослідження є процес формування освітньої мережі громади при реалізації проєктів розвитку під час здійснення реформи місцевого самоврядування. Метою роботи є підвищення об’єктивності рішень, що приймаються при формуванні освітньої мережі територіальної громади, узагальнюючи демографічні, кадрові, інфраструктурні, економічні чинники при виборі місця розміщення її об’єктів.
Метод. Дослідження класичної задачі про розміщення та її подальша адаптація до реальних завдань, що виникають при реалізації освітньої реформи, дозволили подати освітню мережу територіальної громади як сукупність незалежних повних дводольних графів. У цьому випадку для вирішення завдання вибору місця розміщення учбового закладу на мережі розроблено інформаційну технологію формування освітньої мережі громади. Ґрунтуючись на адаптованій p-медіанній моделі та методах геопросторового аналізу, узагальнюючи вимоги чинного законодавства, сформовано множину вхідних і вихідних параметрів інформаційної технології та множину її операцій. Подання структури IT у вигляді IDEF0-моделі наочно пояснює, як обробляють та узагальнюють сукупність різних факторів під час формування рішень при створенні освітньої мережі та пошуку шляхів її вдосконалення.
Результати. Розроблену інформаційну технологію досліджено під час вирішення завдання формування мережі ліцеїв у Харківській області з використанням геопросторової інформації, відкритих статистичних даних і даних про ліцеї. Запропоновані варіанти розміщення ліцеїв дають змогу досягти загального рівня доступності профільної середньої освіти майже 94%. У запропонованій IT є додаткові інструменти вирішення завдання підвезення учнів до місця навчання та додому.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованої ІТ. Узагальнення отриманих результатів дає змогу рекомендувати її до використання на практиці при вирішенні завдань аналізу поточного стану освітньої мережі, пошуку шляхів її вдосконалення та можливих напрямів розвитку, а також оцінювання рішень, пов’язаних із просторовим плануванням мережі.