Modeling and Analysis of Information Systems / Моделирование и анализ информационных систем (МАИС)
Not a member yet
782 research outputs found
Sort by
Обобщение правил вывода для зависимостей соединения в базах данных
Get PDFIn this paper a generalisation of the inference rules of the join dependencies that are used in the design of database schemas that meets the requirements of the fifth normal form is considered. In the previous works devoted to this problem, attempts to construct systems of the axioms of such dependencies based on inference rules are made. However, while the justification for the consistency (soundness) of the obtained axioms does not cause difficulties, the proof of completeness in general has not been satisfactorily resolved. First of all, this is due to the limitations of the inference rules themselves. This work focuses on two original axiom systems presented in the works of Sciore and Malvestuto. For the inclusion dependencies a system of rules that generalises existing systems and has fewer restrictions has been obtained. The paper presents a proof of the derivability of known systems of axioms from the presented inference rules. In addition, evidence of the consistency (soundness) of these rules is provided. The question of the completeness of the formal system based on the presented rules did not find a positive solution. In conclusion, the theoretical and practical significance of the inference rules for the join dependencies is noted.В работе рассматривается обобщение правил вывода зависимостей соединения, которые используются при проектировании схемы базы данных, удовлетворяющей требованиям пятой нормальной формы. В предшествующих работах, посвященных данной проблематике, делаются попытки построить системы аксиом таких зависимостей, основанных на правилах вывода. Однако, если обоснование непротиворечивости (надежности) полученных аксиом не вызывает затруднений, то доказательство полноты в общем случае не получило удовлетворительного решения. Прежде всего, это связано с ограниченностью самих правил вывода. В данной работе акцентировано внимание на двух оригинальных системах аксиом, представленных в работах Sciore и Malvestuto. Для зависимостей включения получена система правил, которая обобщает существующие системы и при этом имеет меньше ограничений. В работе представлено доказательство выводимости известных систем аксиом из представленных правил вывода. Кроме того, приводится доказательство непротиворечивости (надежности) этих правил. Вопрос о полноте формальной системы, основанной на представленных правилах, не нашел положительного решения. В заключение отмечена теоретическая и практическая значимость правил вывода для зависимостей соединения
“VTMine for Visio”: инструмент графического моделирования в области Process Mining
Get PDFProcess-Aware Information Systems (PAIS) is a special class of the IS intended for the support the tasks of initialization, end-to-end management and completion of business processes. During the operation such systems accumulate a large number of data that are recorded in the form of the event logs. Event logs are a valuable source of knowledge about the actual behavior of a system. For example, there can be found information about the discrepancy between the real and the prescribed behavior of the system; to identify bottlenecks and performance issues; to detect anti-patterns of building a business system. These problems are studied by the discipline called “Process Mining”.The practical application of the process mining methods and practices is carried out using the specialized software for data analysts. The subject area of the process analysis involves the work of an analyst with a large number of graphical models. Such work will be more efficient with a convenient graphical modeling tool. The paper discusses the principles of building a graphical tool “VTMine for Visio” for the process modeling, based on the widespread application for business intelligence Microsoft Visio. There are presented features of the architecture design of the software extension for application in the process mining domain and integration with the existing libraries and tools for working with data. The application of the developed tool for solving various types of tasks for modeling and analysis of processes is demonstrated on a set of experimental schemes.Процессно-ориентированные информационные системы (ПОИС) – специальный класс ИС для поддержки задач по инициализации, сквозному управлению и завершению бизнес-процессов. В процессе функционирования такие системы накапливают большое число данных, которые записываются в виде журналов событий. Журналы событий являются ценным источником знаний о реальном поведении системы. Например, в них можно обнаружить информацию о несоответствии реального и желаемого поведения системы; определить узкие места и проблемы с производительностью; детектировать анти-паттерны построения бизнес-системы. Изучением этих задач занимается дисциплина «Извлечение и анализ моделей процессов» (Process Mining).Практическое применение методов и практик Process Mining осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения (ПО) для аналитиков данных. Предметная область анализа процессов подразумевает работу аналитика с большим числом графических моделей. Такая работа будет более эффективной при наличии удобного инструмента графического моделирования. В настоящей работе рассматриваются принципы построения графического инструмента «VTMine for Visio» моделирования процессов на базе распространенного приложения для бизнес-аналитики Microsoft Visio. Приводятся особенности проектирования архитектуры программного расширения для применения в области Process Mining и интеграции с существующими библиотеками и инструментами для работы с данными. Применение разработанного приложения для решения различного вида задач по моделированию и анализу процессов демонстрируется на наборе схем экспериментов
Об одном механизме образования пространственно-неоднородных структур световых волн в оптических системах передачи информации
Get PDFSpatially inhomogeneous structures of light waves are used as a mechanism of compacting information in optical and fiber-optic communication systems. In this paper, we consider a mathematical model of an optical radiation generator with a nonlinear delayed feedback loop and a stretching (compression) operator of the spatial coordinates of the light wave in a plane orthogonal to the radiation direction. It is shown that the presence of a delay in the feedback loop can lead to the generation of stable periodic spatially inhomogeneous oscillations. In the space of the main parameters of the generator, the spaces of generation of stable spatially non-uniform oscillations are constructed, the mechanism of their occurrence is studied, and approximate asymptotic formulas are constructed.Пространственно-неоднородные структуры световых волн используются как механизм уплотнения информации в системах оптической и волоконно-оптической связи. В работе рассматривается математическая модель генератора оптического излучения с контуром нелинейной запаздывающей обратной связи и оператором растяжения (сжатия) пространственных координат световой волны в плоскости, ортогональной направлению излучения. Показано, что наличие запаздывания в контуре обратной связи может привести к генерации устойчивых периодических пространственно-неоднородных колебаний. В пространстве основных параметров генератора построены области генерации устойчивых пространственно-неоднородных колебаний, изучен механизм их возникновения, построены приближенные асимптотические формулы
Иерархическая кластеризация как метод снижения размерности в задаче оптимизации инвестиционного портфеля Марковица
Get PDFOptimal portfolio selection is a common and important application of an optimization problem. Practical applications of an existing optimal portfolio selection methods is often difficult due to high data dimensionality (as a consequence of the large number of securities available for investment). In this paper, a method of dimension reduction based on hierarchical clustering is proposed. Clustering is widely used in computer science, a lot of algorithms and computational methods have been developed for it. As a measure of securities proximity for hierarchical clustering Pearson pair correlation coefficient is used. Further, the proposed method’s influence on the quality of the optimal solution is investigated on several examples of optimal portfolio selection according to the Markowitz Model. The influence of hierarchical clustering parameters (intercluster distance metrics and clustering threshold) on the quality of the obtained optimal solution is also investigated. The dependence between the target return of the portfolio and the possibility of reducing the dimension using the proposed method is investigated too. For each considered example in the paper graphs and tables with the main results of the proposed method - application which are the decrease of the dimension and the drop of the yield (the decrease of the quality of the optimal solution) - for a portfolio constructed using the proposed method compared to a portfolio constructed without the proposed method are given. For the experiments the Python programming language and its libraries: scipy for clustering and cvxpy for solving the optimization problem (building an optimal portfolio) are used.Составление оптимального портфеля ценных бумаг является важным и частым случаем решения задачи оптимизации. Практическое применение существующих методов составления оптимального портфеля часто затруднено из-за большого числа доступных для инвестирования ценных бумаг (и, как следствие, большой размерности исходных данных). В данной работе предлагается метод снижения размерности исходных данных, основанный на иерархической кластеризации доступных для инвестирования ценных бумаг. Для кластеризации, широко используемой в компьютерных науках, уже разработано множество алгоритмов и методов. В качестве меры близости ценных бумаг для иерархической кластеризации используется коэффициент парной корреляции Пирсона. Далее исследуется влияние предложенного метода на качество получаемого оптимального решения на нескольких примерах составления оптимального портфеля ценных бумаг по модели Марковица. Также исследуется влияние параметров иерархической кластеризации (метрики межкластерного расстояния и порогового значения кластеризации) на изменение качества получаемого оптимального решения. Исследуется зависимость между целевой доходностью портфеля и возможностью снижения размерности с помощью предложенного метода. Для каждого рассмотренного примера приводятся графики и таблицы с основными полученными результатами применения метода — понижением размерности и падением доходности (снижением качества оптимального решения) у портфеля, построенного с применением предложенного метода по сравнению с портфелем, построенным без применения предложенного метода. Для проведения экспериментов используется язык программирования Python и его библиотеки: scipy для проведения кластеризации и cvxpy для решения задачи оптимизации (построения оптимального портфеля)
Об обнаружении эксплуатации уязвимостей, приводящей к запуску вредоносного кода
Get PDFSoftware protection from exploitation of possible unknown vulnerabilities can be performed both by searching (for example, using symbolic execution) and subsequent elimination of the vulnerabilities and by using detection and / or intrusion prevention systems. In the latter case, this problem is usually solved by forming a profile of a normal behavior and deviation from normal behavior over a predetermined threshold is regarded as an anomaly or an attack. In this paper, the task is to protect a given software P from exploiting unknown vulnerabilities. For this aim a method is proposed for constructing a profile of the normal execution of the program P, in which, in addition to a set of legal chains of system and library functions, it is proposed to take into account the distances between adjacent function calls. At the same time, a profile is formed for each program. It is assumed that taking into account the distances between function calls will reveal shell code execution using system and / or library function calls. An algorithm and a system for detecting abnormal code execution are proposed. The work carried out experiments in the case when P is the FireFox browser. During the experiments the possibility of applying the developed algorithm to identify abnormal behavior when launching publicly available exploits was investigated.Задача защиты программного обеспечения от эксплуатации возможных неизвестных уязвимостей может решаться как путем поиска (например, с помощью символьного исполнения) и последующего устранения уязвимостей, так и путем использования систем обнаружения и/или предотвращения вторжений. В последнем случае эта задача решается обычно путем формирования профиля нормального выполнения программ, а недопустимое отклонение от нормального состояния расценивается как аномалия или атака. В настоящей работе рассматривается задача защиты заданного исполнимого файла (программы) P от эксплуатации неизвестных уязвимостей в нем. Для этого предлагается способ построения профиля нормального выполнения программы P, в котором кроме набора легальных цепочек системных и библиотечных функций длины l учитывается расстояние между соседними вызовами функций, вычисляемое как разность адресов вызова соответствующих функций. Учет расстояний между вызовами функций позволяет выявлять исполнение вредоносного шеллкода, использующего вызовы системных и/или библиотечных функций, если хотя бы один из используемых в шеллкоде вызовов находится на нетипичном для программы P расстоянии от предыдущего вызова. В работе строится алгоритм и система обнаружения аномального выполнения кода и проводятся эксперименты в случае, когда P — браузер FireFox для операционной системы Windows
Вычисление производных в пространствах Lp, 1 ≤ p ≤ ∞
Get PDFIt is well known in functional analysis that construction of -order derivative in Sobolev space can be performed by spreading the -multiple differentiation operator from the space At the same time there is a definition of -differentiability of a function at an individual point based on the corresponding order of infinitesimal difference between the function and the approximating algebraic polynomial -th degree in the neighborhood of this point on the norm of the space . The purpose of this article is to study the consistency of the operator and local derivative constructions and their direct calculation. The function f\in L_p[I], \;p>0, (for , we consider measurable functions bounded on the segment ) is called -differentiable at a point if there exists an algebraic polynomial of of degree no more than for which holds where At an internal point for and this is equivalent to the usual definition of the function differentiability. The discussed concept was investigated and applied in the works of S. N. Bernshtein [1], A. P. Calderon and A. Sigmund [2]. The author's article [3] shows that uniform -differentiability of a function on the segment for some is equivalent to belonging the function to the space (existence of an equivalent function in ). In present article, integral-difference expressions are constructed for calculating generalized local derivatives of natural order in the space (hence, in the spaces ), and on their basis - sequences of piecewise constant functions subordinate to uniform partitions of the segment . It is shown that for the function from the space the sequence piecewise constant functions defined by integral-difference -th order expressions converges to on the norm of the space The constructions are algorithmic in nature and can be applied in numerical computer research of various differential models.В функциональном анализе хорошо известно рассуждение о построении производных -го порядка в пространствах Соболева при помощи распространения оператора -кратного дифференцирования с пространства В то же время имеется определение -дифференцируемости функции в индивидуальной точке, основанное на соответствующего порядка бесконечно малом отличии функции от приближающего её алгебраического многочлена -ой степени в окрестности этой точки по норме пространства Целью данной статьи является исследование согласованности операторного и локального построений производной и непосредственное их вычисление. Функция f\in L_p[I], \;p>0, (при рассматриваются измеримые ограниченные на отрезке функции) называется -дифференцируемой в точке если существует алгебраический многочлен степени не больше для которого выполняется где Во внутренней точке при и это равносильно определению обычной дифференцируемости функции. Обсуждаемое понятие исследовалось и применялось в работах С. Н. Бернштейна [1], А. П. Кальдерона и А. Зигмунда [2]. В статье автора [3] показано, что равномерная -дифференцируемость функции на отрезке при некотором равносильна принадлежности этой функции пространству (существованию эквивалентной функции в ). В настоящей статье построены интегрально-разностные выражения для вычисления обобщённых локальных производных натурального порядка в пространстве (следовательно, в пространствах ), а на их основе -- последовательности кусочно-постоянных функций, подчинённых равномерным разбиениям отрезка. Показано, что для функции из пространства последовательность кусочно-постоянных функций, определённых посредством интегрально-разностных выражений -го порядка, сходится к по норме пространства Построения имеют алгоритмический характер, и могут быть применены в численном исследовании на ЭВМ различных дифференциальных моделей
Особенности алгоритмической реализации разностных аналогов логистического уравнения с запаздыванием
Get PDFThe logistic equation with delay or Hutchinson’s equation is one of the fundamental equations of population dynamics and is widely used in problems of mathematical ecology. We consider a family of mappings built for this equation based on central separated differences. Such difference schemes are usually used in the numerical simulation of this problem. The presented mappings themselves can serve as models of population dynamics; therefore, their study is of considerable interest. We compare the properties of the trajectories of these mappings and the original equation with delay. It is shown that the behavior of the solutions of the mappings constructed on the basis of the central separated differences does not preserve, even with a sufficiently small value of the time step, the basic dynamic properties of the logistic equation with delay. In particular, this map does not have a stable invariant curve bifurcating under the oscillatory loss of stability of a nonzero equilibrium state. This curve corresponds in such mappings to the stable limit cycle of the original continuous equation. Thus, it is shown that such a difference scheme cannot be used for numerical modeling of the logistic equation with delay.Логистическое уравнение с запаздыванием или уравнение Хатчинсона представляет собой одно из фундаментальных уравнений популяционной динамики и находит широкое применение в задачах математической экологии. В работе рассматривается семейство отображений, построеннное для этого уравнения на основе центральных разделенных разностей. Такие разностные схемы обычно используются при численном моделировании данной задачи. Представленные отображения сами по себе могут служить моделями динамики популяций, поэтому их изучение представляет значительный интерес. В работе сопоставляются свойства траекторий данных отображений и исходного уравнения с запаздыванием. Показано, что поведение решений отображений, построенных на основе центральных разделенных разностей, не сохраняет, даже при достаточно малой величине шага по времени, основных динамических свойств логистического уравнения с запаздыванием. В частности, у этого отображения при колебательной потере устойчивости ненулевого состояния равновесия не бифурцирует устойчивая инвариантная кривая. Эта кривая соответствует в таких отображениях устойчивому предельному циклу исходного непрерывного уравнения. Тем самым показано, что такая разностная схема не может быть использована для численного моделирования логистического уравнения с запаздыванием
О проблеме существования конечных базисов тождеств в алгебрах рекурсивных функций
Get PDFRaphael Robinson showed that all primitive recursive functions depending on one argument, and only they could be obtained from two functions s(x) = x +1 and q(x) = x - [√x]² by using operations of addition +, superposition ∗ and iteration i. Julia Robinson proved that from the same two functions, using the addition +, superposition ∗ and operation ¯¹ of function inversion, one could obtain all general recursive functions (under a certain condition on the inversion operation) and all partially recursive functions. On the basis of these results, A. I. Maltsev brought into consideration the Raphael Robinson algebra of all unary primitive recursive functions and two Julia Robinson algebras: the partial algebra of all unary general recursive functions and the algebra of all unary partially recursive functions and proposed to study the properties of these algebras, including the question of the existence of finite bases of identities in these algebras. In this article we show that there is no finite basis of identities in any of the indicated algebras.Рафаэль Робинсон показал, что все примитивно рекурсивные функции, зависящие от одного аргумента, и только они могут быть получены из двух функций s(x) = х +1 и q(x) = x - [√x]²с помощью операций сложения +, суперпозиции ∗ и итерации i. Джулия Робинсон доказала, что из этих же двух функций с помощью операций сложения +, суперпозиции ∗ и операции ¯¹ обращения функций можно получить все общерекурсивные (при определённом условии на операцию обращения) и все частично рекурсивные функции. На основании этих результатов А. И. Мальцев ввёл в рассмотрение алгебру Рафаэля Робинсона всех одноместных примитивно рекурсивных функций и две алгебры Джулии Робинсон: частичную алгебру всех одноместных общерекурсивных функций и алгебру всех одноместных частично рекурсивных функций, и предложил исследовать свойства этих алгебр, в том числе, выяснить, существуют ли в этих алгебрах конечные базисы тождеств. В этой статье мы показываем, что конечного базиса тождеств ни в одной из указанных алгебр не существует
Применение свёрточных нейронных сетей для распознавания длинных конструктивных элементов рельсов на вихретоковых дефектограммах
Get PDFTo ensure traffic safety of railway transport, non-destructive test of rails is regularly carried out by using various approaches and methods, including eddy-current flaw detection methods. An automatic analysis of large data sets (defectograms) that come from the corresponding equipment is an actual problem. The analysis means a process of determining the presence of defective sections along with identifying structural elements of railway tracks in defectograms. This article is devoted to the problem of recognizing images of long structural elements of rails in eddy-current defectograms. Two classes of rail track structural elements are considered: 1) rolling stock axle counters, 2) rail crossings. Long marks that cannot be assigned to these two classes are conditionally considered as defects and are placed in a separate third class. For image recognition of structural elements in defectograms a convolutional neural network is applied. The neural network is implemented by using the open library TensorFlow. To this purpose each selected (picked out) area of a defectogram is converted into a graphic image in a grayscale with size of 30 x 140 points.Для обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте регулярно проводится неразрушающий контроль рельсов с применением различных подходов и методов, включая методы вихретоковой дефектоскопии. Актуальной задачей является автоматический анализ больших массивов данных (дефектограмм), которые поступают от соответствующего оборудования. Под анализом понимается процесс определения по дефектограммам наличия дефектных участков наряду с выявлением конструктивных элементов рельсового пути. Данная статья посвящена задаче распознавания образов длинных конструктивных элементов железнодорожных рельсов по дефектограммам многоканальных вихретоковых дефектоскопов. Рассматриваются два класса конструктивных элементов рельсового пути: 1) счётчики осей подвижного состава, 2) пересечения рельсовых путей. Длинные отметки, которые не могут быть отнесены к этим двум классам, условно считаются дефектами и выносятся в отдельный третий класс. Для распознавания образов конструктивных элементов на дефектограммах применяется свёрточная нейронная сеть, реализованная в рамках открытой библиотеки TensorFlow. С этой целью каждая выделенная для анализа область дефектограммы преобразуется в графический образ в градации серого цвета размером 30 на 140 точек
Определение расстояний между изображениями методом потоков де Рама
Get PDFThe goal of the paper is to develop an algorithm for matching the shapes of images of objects based on the geometric method of de Rham currents and preliminary affine transformation of the source image shape. In the formation of the matching algorithm, the problems of ensuring invariance to geometric image transformations and ensuring the absence of a bijective correspondence requirement between images segments were solved. The algorithm of shapes matching based on the current method is resistant to changes of the topology of object shapes and reparametrization. When analyzing the data structures of an object, not only the geometric form is important, but also the signals associated with this form by functional dependence. To take these signals into account, it is proposed to expand de Rham currents with an additional component corresponding to the signal structure. To improve the accuracy of shapes matching of the source and terminal images we determine the functional on the basis of the formation of a squared distance between the shapes of the source and terminal images modeled by de Rham currents. The original image is subjected to preliminary affine transformation to minimize the squared distance between the deformed and terminal images.Целью работы является разработка алгоритма сравнения форм изображений объектов, основанного на геометрическом методе потоков де Рама и предварительном аффинном преобразовании исходной формы изображения. При формировании алгоритма сравнения решены задачи обеспечения инвариантности к геометрическим преобразованиям изображений и обеспечения отсутствия требования биективного соответствия между сегментами исходного и терминального изображений. Алгоритм сравнения форм, основанный на методе потоков, устойчив к изменению топологии форм объектов и репараметризации. При анализе структур данных объекта имеет значение не только геометрическая форма, но и сигналы, ассоциированные с этой формой функциональной зависимостью. Для учета этих сигналов предлагается расширить потоки де Рама дополнительным компонентом, соответствующим структуре сигнала. Для повышения точности сравнения форм исходного и терминального изображений определяется функционал на основе формирования квадрата расстояния между формами исходного и терминального изображений, моделируемыми потоками де Рама. Исходное изображение подвергается предварительному аффинному преобразованию для минимизации квадрата расстояния между деформированным и терминальным изображениями