Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences (Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University) / Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки
Not a member yet
507 research outputs found
Sort by
Ансамблевий метод уточнення параметрів моделі регресії: прямий підхід
No full textIntelligence analysis of tabular datasets in the field of biomedical engineering is a complex task. This is explained both by the multidimensional datasets and the complex relationships between the components of the set, and by the high price of the error in the prediction. The task becomes more difficult in the case of limited data for training, which often occurs in this field. This is due to the enormous time, material, or human resources required to collect enough data to implement training procedures with classical machine learning tools. This paper presents a new approach to solving this task. The author has developed a new ensemble method for the regression model parameters adjustments (direct approach) with the possibility of cyclically increasing the accuracy of intellectual analysis of short datasets. The basis of the method is the use of the rational fraction and two machine learning algorithms for its parametric identification. Modeling of the method's efficiency on a real-world short set of data from the field of biomedical engineering demonstrated the high accuracy of the developed method's operation. In particular, the prediction accuracy of the General Regression Neural Network was increased by more than 14% (based on the coefficient of determination. That is why the developed method can be used to solve various applied biomedical engineering tasks in the case of the need to analyze small amounts of dataІнтелектуальний аналіз табличних наборів даних у галузі біомедичної інженерії являється складним завданням. Це пояснюється як багатовимірними наборами даних і складними взаємозв’язками між компонентами набору так і висока ціна помилки у прогнозуванні. Задача стає складнішою у випадку обмеженості даних для навчання, що часто виникає у цій галузі. Це пов’язано з величезними часовими, матеріальними чи людськими ресурсами, необхідними для збору достатньої кількості даних для реалізації процедур навчання класичним інструментарієм машинного навчання. У цій статті представлено новий підхід до розв’язання цієї задачі. Автором розроблено новий ансамблевий метод уточнення параметрів моделі регресії (прямий підхід) із можливістю циклічного підвищення точності інтелектуального аналізу коротких наборів даних. В основі методу покладено використання формули раціонального дробу та двох алгоритмів машинного навчання для її параметричної ідентифікації. Моделювання роботи методу на реальному короткому наборі даних з галузі біомедичної інженерії продемонстрував високу точність роботи розробленого методу. Зокрема, автору вдалося підвищити точність прогнозу нейронної мережі узагальненої регресії на більші ніж 14% (на основі коефіцієнту детермінації. Саме тому, розроблений метод можна використовувати для розв’язання різноманітних прикладних задач біомедичної інженерії у випадку необхідності аналізу даних малих обсягі
Дослідження показників точності моделей нелінійних динамічних систем
Get PDFThe development and improvement of methods for calculation and control of functioning processes and operating modes of technical systems, including electronic control and modeling tools, is a serious scientific problem that has actual applied significance. Carrying out calculations to ensure the qualitative optimization of the parameters of technical means in various categories, the organization of effective production and operational control is possible only on the basis of the creation of effective methods and algorithms for the analysis of functioning processes and the accuracy of complex structures and schematic diagrams of systems and devices that are designed and developed. When developing these methods and algorithms, a set of complex scientific problems arises, the solution of which requires a number of scientific studies.
The task of assessing the impact of deviations of the parameters of nonlinear dynamic systems on their movement and quality indicators is considered.
Both when analyzing the accuracy of dynamic systems and when solving synthesis problems with accuracy conditions, the ability to analytically express the additional motion of dynamic systems is of great importance. The corresponding formulas for the deviations of the trajectories of the dynamic system relative to the reference trajectory and relative to the excited motion were obtained and analyzed.
A method of rational determination of interpolation nodes when calculating functionals from the initial coordinates of the dynamic system is proposed. The technique refers to the selection of Gaussian quadrature nodes when calculating the quality indicators of dynamic systems with the smallest calculation error.Розробка та удосконалення методів розрахунку та контролю процесів функціонування та експлуатаційних режимів технічних систем, в тому числі електронних управляючих та моделюючих засобів, являє собою серйозну наукову проблему, що має актуальне прикладне значення. Проведення розрахунків з метою забезпечення якісної оптимізації параметрів технічних засобів за різними категоріями, організації ефективного виробничого та експлуатаційного контролю можливо лише на основі створення дієвих методів та алгоритмів аналізу процесів функціонування та точності складних структур та принципових схем систем та пристроїв, які проектуються і розробляються. При розробці зазначених методів та алгоритмів виникає комплекс складних наукових задач, розв’язок яких потребує проведення низки наукових досліджень.
Розглядається задача оцінки вплив впливу відхилень параметрів нелінійних динамічних систем на їх рух та показники якості.
Як при аналізі точності динамічних систем, так і при розв’язуванні задач синтезу з умов точності, важливе значення має можливість аналітичного вираження додаткового руху динамічних систем. Отримано та проаналізовано відповідні формули щодо відхилень траєкторій динамічної системи відносно опорної траєкторії та відносно збудженого руху.
Запропоновано методику раціонального визначення вузлів інтерполяції при обчисленні функціоналів від вихідних координат динамічної системи. Методика відноситься до вибору вузлів гаусовських квадратур при обчисленні показників якості динамічних систем з найменшою похибкою обчислень
Евристичні моделі вимірювальних процедур в задачах аналітичного дослідження тензометричних систем
Get PDFThe trend of increasing the complexity and hardware of measurement systems (MSS) remains constant in connection with the massive use of computer technology in measurement processes. The excessive complexity of the newly created AZSV, the high cost of components and software, and the sufficiently low level of production quality do not allow us to rule out the possibility of errors, which cause a violation of the AZSV's performance as a whole, as well as a decrease in their productivity.
The term «reliability of the AZSV», similar to the term «reliability of the equipment» in the tasks of diagnostics of strain gauge equipment, means that «failures», in this case (it means the presence in the composition of the SV, in addition to purely hardware, as well as software), as a result of the appearance of errors, has a qualitatively different physical nature than purely AZ failures. This indicates the possibility of using certain terms and indicators of the reliability of technical means in the study of the quality of AZSV. In particular, this is justified by the need to solve the problem of resource (or cost) distribution between the AZ and the software (software) while ensuring the given reliability indicator of the JI.
Checking the correct functioning of AZ and software, which are part of the JI, is carried out at the stage of configuration and testing. As a rule, the main factor in the adjustment is the time spent on it. Therefore, in a number of models for assessing the reliability of JI, along with the necessary time of their operation in regular modes (the actual implementation of the measurement process), it is necessary to consider another time factor – the time of setting up AZ and PZ in relation to the use of these means as intended.
An effective way to determine the reliability of strain gauge systems, and especially at the design stage, is the use of mathematical modeling, the results of which are determined by the correctness of the models of measurement procedures based on itТенденція зростання складності та апаратних засобів систем вимірювання (АЗСВ) залишається сталою у зв’язку з масовим застосуванням засобів обчислювальної техніки в процесах вимірювання. Надлишкова складність створюваних нових АЗСВ, висока вартість комплектуючих та програмних засобів і достатньо низький рівень якості виробництва не дозволяють виключити можливість виникнення похибок, які спричиняють порушення працездатності АЗСВ в цілому, а також зниження їх продуктивності.
Термін «надійність АЗСВ», аналогічно терміну «надійність апаратури» в задачах діагностики тензометричної апаратури, означає, що «відмови», в даному випадку, як результат появи похибок, має якісно відмінну фізичну природу, ніж відмови суто АЗ. Це свідчить про можливість використання певних термінів та показників надійності технічних засобів при дослідженні якості АЗСВ. Зокрема, це виправдовується і необхідністю розв’язування задачі розподілу ресурсів власно між АЗ та програмними засобами (ПЗ) при забезпеченні заданого показника надійності СВ.
Перевірка правильності функціонування АЗ та ПЗ, що входять до складу СВ, здійснюється на етапі налаштування та тестування. Як правило, основним фактором налаштування є витрачений на нього час. Тому в низці моделей оцінювання надійності СВ, поряд з необхідним часом їх функціонування в штатних режимах при реалізації процесу вимірювання, необхідно розглядати ще і інший часовий фактор – час налаштування АЗ і ПЗ щодо використання цих засобів за призначенням.
Дієвим шляхом визначення надійності тензометричних систем, а – особливо на етапі проектування – є застосування аналітичних методів, зокрема методів математичного моделювання, результати якого визначаються коректністю покладених в його основу моделей вимірювальних процедур
Моделювання коливальних процесів віброударних систем
Get PDFIn order to improve the efficiency of methods and means of mathematical modeling of vibro-impact systems, a generalized function of the periodic mode of movement of the executive body has been developed. It is presented in the form of the dependence of the shock impulse on the ratio of the angular velocities of the linear conservative system and its own. When obtaining this function, the Heaviside integral jump function and the periodic Green's function were used. The function of the dependence of the oscillation frequency on the impact impulse is determined from the impact conditions for the function of the system's response to a periodic sequence of impulses. The design model of a vibroimpact system is considered, both with one impact element and a motion limiter, and with a double-sided impact pair with alternate impact interactions with the limiters. In the intervals between impacts, there is a linear force interaction. When developing the mathematical model, a stereomechanical impact model was used, which is characterized by the velocity recovery coefficient after the impact. The analysis of the dependence function of the oscillation frequency on the shock impulse made it possible to obtain skeletal diagrams of resonant and quasi-resonant oscillations of vibro-impact systems with one and many degrees of freedom. Based on the obtained phase diagrams of the state of vibro-impact systems, it was determined: in a system with a gap, an increase in the impact speed increases the oscillation frequency, and the vibro-impact nonlinearity is «hard»; in a system with tension, with an increase in the value of the shock impulse, the oscillation frequency decreases (nonlinearity is «soft»). In the absence of a gap, the system is isochronous. Depending on the initial energy reserve and the location of the limiters in an asymmetric oscillatory system, with one degree of freedom, there can be vibro-impact modes with both one (closer located) and both limiters. In a linear conservative system with several degrees of freedom, a single-impact T-periodic regime is realized. If the dissipation during motion and impact is very small, then a regime close to resonant can exist in the system. In this case, periodic oscillations are supported by a weak external periodic force. The developed mathematical model makes it possible to fully describe the process of changing the relative coordinate of the movement of the working body, both in transient and in the established modes of movement of the system.З метою підвищення ефективності методів і засобів математичного моделювання віброударних систем розроблено узагальнену функцію періодичного режиму руху виконавчого органу у формі залежності ударного імпульсу від співвідношення кутових швидкостей лінійної консервативної системи та власної. При отриманні даної функції було використано інтегральну функцію одиничного стрибка Хевісайда та періодичну функцію Гріна. Функція залежності частоти коливань від ударного імпульсу визначена із умов співударяння для функції реакції системи на періодичну послідовність імпульсів. Розглянута розрахункова модель віброударної системи, як з одним ударним елементом та обмежувачем руху, так із двосторонньою ударною парою при почергових ударних взаємодіях з обмежувачами із лінійною силовою взаємодією в проміжках між ударами. При розробці математичної моделі було використано стереомеханічну модель удару, яка характеризується коефіцієнтом відновлення швидкості після удару. Аналіз функції залежності частоти коливань від ударного імпульсу дозволив отримати скелетні діаграми резонансних та квазірезонансних коливань віброударних систем з однією і багатьма степенями вільності. На основі отриманих фазових діаграм стану віброударних систем визначено, що у системі із зазором збільшення швидкості удару збільшує частоту коливань і віброударна нелінійність є «жорсткою», а в системі із натягом, при збільшенні значення ударного імпульсу, частота коливань зменшується тобто нелінійність є «м’якою». При відсутності зазору система є ізохронною. У залежності від початкового запасу енергії і розміщення обмежувачів в несиметричній коливальній системі, з однією степеню вільності, можуть існувати віброударні режими як з одним (ближче розміщений), так і з обома обмежувачами. У лінійній консервативній системі із декількома степенями вільності реалізується одноударний Т-періодичний режим. Якщо дисипація при русі і при ударі дуже мала, тоді в системі може існувати режим, який близький до резонансного. При цьому періодичні коливання підтримуються слабкою зовнішньою періодичною силою. Розроблена математична модель також дозволяє повністю описати процес зміни відносної координати переміщення робочого органу, як в перехідних, так і у встановлених режимах руху системи
Підхід до комп’ютерного моделювання періодичних режимів енергетичних пристроїв
No full textThe increasing complexity of power energy devices poses new challenges for designers, and the solutions depend on the efficiency and adequacy of computer modeling of electromagnetic processes in real circuits of power energy devices with the required accuracy. Using known methods for constructing equivalent circuits, it is possible to obtain equivalent circuits of power energy devices. However, a high number of nodes of equivalent circuits (hence, a high order of systems of differential equations) often does not provide solving the analysis problems with the required accuracy and with time constraints which requires new, more effective approaches for modeling periodic modes of power energy devices’ circuits.Зростаюча складність силових енергетичних установок ставить перед конструкторами нові завдання, вирішення яких залежить від ефективності та адекватності комп’ютерного моделювання електромагнітних процесів у реальних схемах енергетичних пристроїв з необхідною точністю. Використовуючи відомі методи побудови схем заміщення, можна отримати схеми заміщення силових енергетичних установок. Однак велика кількість вузлів еквівалентних схем (отже, високий порядок систем диференціальних рівнянь) часто не забезпечує вирішення задач аналізу з необхідною точністю та часовими обмеженнями, що вимагає нових, більш ефективних підходів до моделювання періодичних режимів силових енергетичних установо
Підвищення точності інтерпретації нейромережевих моделей нелінійних динамічних об'єктів
No full textThe paper is devoted to the problem of neural network interpretation in the tasks of modeling nonlinear dynamic objects. The purpose of the work is to improve the accuracy of the neural network models interpretation of nonlinear dynamic objects and to determine the scope of their effective application. This goal is achieved by applying analytical models in the form of integral-power series based on multidimensional weight functions. The scientific novelty of the work lies in the use of nonlinear dynamic models in the form of integral-power series based on multidimensional weight functions instead of linear surrogate models. It allows to improve modeling accuracy. The practical usefulness of the work is determination of the effective application area of analytical interpretive models. The practical significance of the obtained results lies in the application of the proposed models for the interpretation of neural network models of nonlinear dynamic objects, which allows to increase the accuracy of interpretation models compared to linear surrogate models.Робота присвячена проблемі інтерпретації нейронних мереж в задачах моделювання нелінійних динамічних об'єктів. Метою роботи є підвищення точності інтерпретації нейромережевих моделей нелінійних динамічних об’єктів та визначення сфери їх ефективного застосування.
В результаті аналітичного огляду підходів до інтерпретації нейронних мереж: візуалізація, числові оцінки ознак та аналітичні вирази, – визначено сфери ефективного застосування аналітичних інтерпретаційних моделей. Так, підходи до інтерпретації моделей машинно-го навчання на основі візуалізації та числові оцінки ознак не дозволяють збудувати аналітичного виразу залежності «вхід/вихід» об'єкту контролю. Тому, при моделюванні складних об'єктів типу «чорна скриня» з нелінійними і динамічними властивостями для забезпечення підвищених вимог до безпеки результатів моделювання (для переконаності у відсутності прихованої поведінки чи логіки, які впливають на поведінку моделі) доцільно використовувати інтерпретаційні аналітичні моделі у вигляді інтегро-ступеневих рядів на основі багатовимірних вагових функцій.
На прикладі тестового нелінійного динамічного об'єкту збудовано модель у вигляді нейронної мережі з часовими затримками. Для отриманої нейромережевої моделі збудовано інтерпретаційну модель у вигляді інтегро-ступеневих рядів на основі багатовимірних вагових функцій, яка дозволяє забезпечити одночасно підвищення точності моделювання на 10-12% у порівнянні з лінійними інтерпретаційними моделями та зменшення обчислювального навантаження інтерпретації складних об'єктів дослідження у порівнянні з нейронними мережа-ми з часовими затримками
Моделювання тестових сценаріїв для дослідження відмінностей між браузерами Chrome та Headless Chrome
Get PDFThe introduction of test automation has numerous advantages in today's world of information technology. These include reducing testing time, simplifying the reporting process, and continuously improving efficiency.
The use of test automation opened up the opportunity to thoroughly analyze the differences in the operation of Chrome and Headless Chrome browser interfaces. It was found that the performance of the Headless browser exceeds the performance of its counterpart with a graphical interface by 10.3%. It is important to note that although Headless Chrome is quite effective, it is not always universal for different types of tests.
As part of the study, it is justified that the use of Selenium WebDriver for automated testing provides powerful opportunities for performing both routine and complex test tasks that are difficult to perform manually. The choice of this toolkit is due to its multifunctionality, high practicality and compatibility with various programming languages.
A detailed analysis of the characteristics and attributes of the test web application was carried out, according to which the software for automating test scenarios was developed for the "trello.com" project, covering web applications that are subject to testing through the user interface. The obtained results made it possible to investigate the speed of Google Chrome and Headless Chrome and establish their advantages and disadvantages. In particular, the disadvantages of the Headless browser are the lack of the ability to use certain functions that are implemented in browsers with a graphical interface, for example, drop-down menus, which can lead to failures in tests. Disadvantages of Real Browser include high resource consumption, environment dependency, instability and complexity of settings.
Therefore, the choice of a specific testing technique should depend on the specific requirements of the project, and a combination of Headless and Real Browser testing may be used to obtain optimal results.Введення автоматизації тестування має численні переваги в сучасному світі інформаційних технологій. До яких можна віднести скорочення часу тестування, спрощення процесу формування звітності та постійне покращення ефективності.
Застосування автоматизації тестування відкрило можливість ретельного аналізу відмінностей у роботі інтерфейсів браузерів Chrome та Headless Chrome. Виявлено, що продуктивність Headless браузера перевершує продуктивність його аналога з графічним інтерфейсом на 10,3%. Важливо враховувати, що хоча Headless Chrome є досить ефективним, він не завжди є універсальним для різних видів тестів.
У рамках дослідження обгрунтовано, що використання Selenium WebDriver для автоматизованого тестування надає потужні можливості для виконання як рутинних, так і складних тестових завдань, які важко виконати вручну. Вибір цього інструментарію зумовлений його багатофункціональністю, високою практичністю та сумісністю з різними мовами програмування.
Проведено докладний аналіз характеристик та атрибутів тестового веб-додатка, згідно якого розроблено модель функціонування програмного забезпечення для автоматизації тестових сценаріїв для проекту «trello.com» охоплює веб-додатки, які піддаються тестуванню через інтерфейс користувача. Отримані результати дозволили дослідити швидкість роботи Google Chrome i Headless Chrome та встановити їх переваги та недоліки. Зокрема, недоліки Headless браузера полягають у відсутності можливості використання певних функцій, які реалізовані в браузерах з графічним інтерфейсом, наприклад, випадаючі меню, що може призвести до збоїв у тестах. До недоліків Real Browser можна віднести високе споживання ресурсів, залежність від середовища, нестабільність та складність налаштувань.
Отже, вибір конкретної техніки тестування повинен залежати від конкретних вимог проекту, і для отримання оптимальних результатів може бути використана комбінація тестування Headless та Real Browser
Автоматизовані засоби тестування програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду
Get PDFThe article is part of the methodology of automated testing of software modules for solving Volterra integral levels of the second kind. For the implementation of automated testing, the Matlab software environment was selected, which has a wide range of software testing capabilities, in particular: functions for generating data sets for testing; functions for comparing test results; functions for generating test reports, etc. For the development of automated testing tools, the Unit Testing Framework was selected, which is a component of the MATLAB Test Framework, has many ready-made methods for checking the correctness of values and the formation of statistical errors. A set of test problems has been developed for Volterra integral equations of the second kind, which are divided into different types, including linear Volterra integral equations of the second kind, which consist of a kernel with power, exponential, hyperbolic, logarithmic, trigonometric, inverse trigonometric functions and their combination. Developed testing tools used for automated quality control of software modules built on the basis of left rectangle, right rectangle, trapezoidal, and Simpson methods. The developed set of test tasks covers a wide range of possible operating conditions of software modules. The results of the testing allowed to improve the existing software modules to achieve the set conditions for their operation. The conducted research should contribute to the development of more reliable and efficient software modules for solving Volterra integral levels of the second kind. The obtained results are the basis for further research, which will be used in the following directions: development of testing methods for more complex types of Volterra integral levels of the second kind, including the level with nonlinear and non-stationary kernels.У статті розглянута методологія автоматизованого тестування програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду. Для реалізації автоматизованого тестування вибрано програмне середовище Matlab, яке має широкий спектр можливостей тестування програмного забезпечення, зокрема: функції для генерації наборів даних для тестування; функції для порівняння результатів тестування; функції для формування звітів тестування тощо. У якості бази для розробки автоматизованих засобів тестування вибрано Unit Testing Framework, що є складовою MATLAB Test Framework, має багато готових методів для перевірки коректності значень і формування статистики помилкових випадків. Розроблено набір тестових задач для інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду, який поділяється на різні типи рівнянь, включаючи лінійні інтегральні рівняння Вольтерри другого роду, які містять ядра із степеневими, експоненціальними, гіперболічними, логарифмічними, тригонометричними, оберненими тригонометричними функціями та їх комбінації. Розроблені засоби автоматизованого тестування використано для перевірки якості програмних модулів, побудованих на основі методів лівих прямокутників, правих прямокутників, методу трапецій та методу Сімпсона. Розроблений набір тестових задач дозволяє покривати широкий спектр можливих умов роботи програмних модулів. Результати тестування дозволили виявити шляхи вдосконалення наявних програмних модулів для досягнення виставлених умов їх функціонування. Проведенні дослідження будуть сприяти розробці більш надійних і ефективних програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду. Отримані результати є основою для подальших досліджень, які будуть спрямовані в таких напрямах: розробка методів тестування для більш складних типів інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду, включаючи рівняння з нелінійними та нестаціонарними ядрами