Radio Electronics, Computer Science, Control
Not a member yet
1174 research outputs found
Sort by
ПАРАМЕТРИЧНО-КЕРОВАНА ГЕНЕРАЦІЯ ПРОГРАМИ ОЦІНКИ ДЛЯ АЛГОРИТМУ НЕЙРОЕВОЛЮЦІЇ НА ПРИКЛАДІ ДВІЙКОВОГО МУЛЬТИПЛЕКСОРА
No full textContext. The problem of automated development of evaluation programs for the neuroevolution of augmenting topologies. Neuroevolution algorithms apply mechanisms of mutation, recombination, and selection to find neural networks with behavior that satisfies the conditions of a certain formally defined problem. An example of such a problem is finding a neural network that implements a certain digital logic.
Objective. The goal of the work is the automated design and generation of an evaluation program for a sample neuroevolution problem (binary multiplexer).
Method. The methods and tools of Glushkov’s algebra of algorithms and hyperscheme algebra are applied for the parameterdriven generation of a neuroevolution evaluation program for a binary multiplexer. Glushkov’s algebra is the basis of the algorithmic language intended for multilevel structural design and documentation of sequential and parallel algorithms and programs in a form close to a natural language. Hyperschemes are high-level parameterized specifications intended for solving a certain class of problems. Setting parameter values and subsequent interpretation of hyperschemes allows obtaining algorithms adapted to specific conditions of their use.
Results. The facilities of hyperschemes were implemented in the developed integrated toolkit for the automated design and synthesis of programs. Based on algorithm schemes, the system generates programs in a target programming language. The advantage of the system is the possibility of describing algorithm schemes in a natural-linguistic form. An experiment was conducted consisting in the execution of the generated program for the problem of evaluating a binary multiplexer on a distributed cloud platform. The multiplexer example is included in SharpNEAT, an open-source framework that implements the genetic neuroevolution algorithm NEAT for the .NET platform. The parallel distributed implementation of the SharpNEAT was proposed in the previous work of the authors.
Conclusions. The conducted experiments demonstrated the possibility of the developed distributed system to perform evaluations on 64 cloud clients-executors and obtain an increase in 60–100% of the maximum capabilities of a single-processor local implementation.Актуальність. Розглянуто задачу автоматизованої розробки програм оцінки для алгоритмів нейроеволюції наростаючої топології. Еволюційні алгоритми застосовують механізми мутації, рекомбінації та селекції для пошуку нейронних мереж з поведінкою, яка задовольняє умовам певної формально визначеної задачі. Прикладом такої задачі є знаходження нейронної мережі, що реалізує певну цифрову логіку.
Мета роботи – автоматизоване проектування та генерація програми оцінки для задачі нейроеволюції на прикладі двійкового мультиплексора.
Метод. Методи та інструментальні засоби алгебри алгоритмів Глушкова та алгебри гіперсхем застосовано для параметрично-керованої генерації програми оцінки алгроритму нейроеволюції для бінарного мультиплексора. Алгебра Глушкова покладена в основу алгоритмічної мови, призначеної для багаторівневого структурного проектування та документування послідовних і паралельних алгоритмів та програм у формі, наближеній до природної мови. Гіперсхеми є параметризованими високорівневими специфікаціями, призначеними для вирішення певного класу задач. Задавання значень параметрів і подальша інтерпретація гіперсхем дозволяє отримати алгоритми, адаптовані до конкретних умов їх використання.
Результати. Засоби гіперсхем реалізовано в розробленому інтегрованому інструментарії автоматизованого проектування та синтезу програм. На основі схем алгоритмів система генерує програми цільовою мовою програмування. Перевагою інструментарію є можливість опису схем алгоритмів у природно-лінгвістичній формі. Проведено експеримент з виконання згенерованої програми для задачі оцінки двійкового мультиплексора на розподіленій хмарній платформі. Згадана програма входить до складу SharpNEAT – системи з відкритим кодом, що реалізує алгоритм генетичної нейроеволюції NEAT для платформи .NET. Паралельна розподілена реалізація SharpNEAT була запропонована в попередній роботі авторів.
Висновки. Результати проведених експериментів продемонстрували можливість розробленої розподіленої системи виконувати оцінювання на 64 хмарних клієнтах-виконувачах та отримувати приріст у 60–100 % від максимальних можливостей однопроцесорної локальної реалізації.Актуальність. Розглянуто задачу автоматизованої розробки програм оцінки для алгоритмів нейроеволюції наростаючої топології. Еволюційні алгоритми застосовують механізми мутації, рекомбінації та селекції для пошуку нейронних мереж з поведінкою, яка задовольняє умовам певної формально визначеної задачі. Прикладом такої задачі є знаходження нейронної мережі, що реалізує певну цифрову логіку.
Мета роботи – автоматизоване проектування та генерація програми оцінки для задачі нейроеволюції на прикладі двійкового мультиплексора.
Метод. Методи та інструментальні засоби алгебри алгоритмів Глушкова та алгебри гіперсхем застосовано для параметрично-керованої генерації програми оцінки алгроритму нейроеволюції для бінарного мультиплексора. Алгебра Глушкова покладена в основу алгоритмічної мови, призначеної для багаторівневого структурного проектування та документування послідовних і паралельних алгоритмів та програм у формі, наближеній до природної мови. Гіперсхеми є параметризованими високорівневими специфікаціями, призначеними для вирішення певного класу задач. Задавання значень параметрів і подальша інтерпретація гіперсхем дозволяє отримати алгоритми, адаптовані до конкретних умов їх використання.
Результати. Засоби гіперсхем реалізовано в розробленому інтегрованому інструментарії автоматизованого проектування та синтезу програм. На основі схем алгоритмів система генерує програми цільовою мовою програмування. Перевагою інструментарію є можливість опису схем алгоритмів у природно-лінгвістичній формі. Проведено експеримент з виконання згенерованої програми для задачі оцінки двійкового мультиплексора на розподіленій хмарній платформі. Згадана програма входить до складу SharpNEAT – системи з відкритим кодом, що реалізує алгоритм генетичної нейроеволюції NEAT для платформи .NET. Паралельна розподілена реалізація SharpNEAT була запропонована в попередній роботі авторів.
Висновки. Результати проведених експериментів продемонстрували можливість розробленої розподіленої системи виконувати оцінювання на 64 хмарних клієнтах-виконувачах та отримувати приріст у 60–100 % від максимальних можливостей однопроцесорної локальної реалізації
ТЕХНОЛОГІЯ ВИПРАВЛЕННЯ ГРАМАТИЧНИХ ПОМИЛОК В УКРАЇНОМОВНОМУ ТЕКСТОВОМУ КОНТЕНТІ НА ОСНОВІ МЕТОДІВ МАШИННОГО НАВЧАННЯ
Get PDFContext. Most research in grammatical and stylistic error correction focuses on error correction in English-language textual content. Thanks to the availability of large data sets, a significant increase in the accuracy of English grammar correction has been achieved. Unfortunately, there are few studies on other languages. Systems for the English language are constantly developing and currently actively use machine learning methods: classification (sequence tagging) and machine translation. A large amount of parallel or manually labelled data is required to build a high-quality machine learning model for correcting grammatical/stylistic errors in the texts of those morphologically complex languages. Manual data annotation requires a lot of effort by professional linguists, which makes the creation of text corpora, especially in morphologically rich languages, mainly Ukrainian, a time- and resource-consuming process.
Objective of the study is to develop a technology for correcting errors in Ukrainian-language texts based on machine learning methods using a small set of annotated parallel data.
Method. For this study, machine learning algorithms were selected when developing a system for correcting errors in Ukrainianlanguage texts using an optimal pipeline, including pre-processing and selecting text content and generating features in small annotated data corpora. The neural network’s use with a new architecture, a review of state-of-the-art methods, and a comparison of different pipeline stages will make it possible to determine such a combination of them, allowing a high-quality error correction model in Ukrainian-language texts.
Results. A machine learning model for error correction in Ukrainian-language texts has been developed. A universal scheme for creating an error correction system for different languages is proposed. According to the results, the neural network can correct simple sentences written in Ukrainian. However, creating a full-fledged system will require spell-checking using dictionaries and checking rules, both simple and based on the result of parsing dependencies or other features. The pre-trained neural translation model mT5 has the best performance among the three models. To save computing resources, it is also possible to use a pre-trained BERT-type neural network as an encoder and a decoder. Such a neural network has half the number of parameters as other pretrained machine translation models and shows satisfactory results in correcting grammatical and stylistic errors.
Conclusions. The created model shows excellent classification results on test data. The calculated machine translation quality metrics allow only a partial comparison of the models since most of the words and phrases in the original and corrected sentences are the same. The best value for both BLEU (0.908) and METEOR (0.956) is obtained for mT5, which is consistent with the case study in which the most accurate error corrections without changing the initial value of the sentence are obtained for such a neural network. The M2M100 has a higher BLEU score (0.847) than the “Ukrainian Roberta” Encoder-Decoder (0.697). However, subjectively evaluating the results of the correction of examples, the M2M100 does a much worse job than the other two models. For METEOR, M2M100 (0.925) also has a higher score than the “Ukrainian Roberta” Encoder-Decoder (0.876). Актуальність. Більшість досліджень у напрямі виправлення граматичних та стилістичних помилок зосереджені на корекції помилок в англомовному текстовому контенті. Завдяки наявності великих наборів даних досягнуто суттєвого підвищення точності корекції граматики англійської мови. На жаль, досліджень інших мов мало. Системи в для англійської мови постійно розвиваються і наразі активно використовують методи машинного навчання: класифікацію (sequence tagging) та машинний переклад. Для створення якісної моделі машинного навчання для корекції граматичних/стилістичних помилок у текстах тих мов, які є складними морфологічно, необхідна велика кількість паралельних або вручну розмічених даних. Ручна анотація даних вимагає багато зусиль професійних лінгвістів, що робить створення корпусів текстів, особливо морфологічно багатих мов, зокрема, української, часо- та ресурсозатратним процесом.
Мета – є розроблення технології виправлення помилок в українськомовних текстах на основі методів машинного навчання з використанням невеликого набору анотованих паралельних даних.
Метод. Для даного дослідження при розробці системи корекції помилок в україномовних текстах із застосуванням оптимального конвеєру (pipeline), що включає в себе попереднє опрацювання текстового контенту, вибір та генерування ознак, обрані алгоритми машинного навчання, в умовах наявності невеликих за обсягом корпусів анотованих даних. Застосування нейронних мереж з новою архітектурою, огляд state-of-the-art методів та порівняння різних етапів конвеєру дасть змогу визначити таку їх комбінацію, яка дозволить отримати якісну модель корекції помилок в україномовних текстах.
Результати. Розроблено модель машинного навчання для корекції помилок в україномовних текстах. Запропоновано універсальну схему розробки системи корекції помилок для різних мов. Відповідно до отриманих результатів, нейронна мережа має здатність виправляти прості речення, написані українською, однак розроблення повноцінної системи вимагатиме застосування перевірки орфографії за допомогою словників і перевірки правил, як простих, так і заснованих на результаті парсингу залежностей або інших ознак. З-поміж трьох моделей, найкращі показники має попередньо навчена модель нейронного перекладу mT5. З метою економії обчислювальних ресурсів можливим також є застосування попередньо навченої нейронної мережі типу BERT, використовуючи її як у якості енкодера, так і декодера. Така нейронна мережа має вдвічі менше параметрів, ніж інші попередньо навчені моделі машинного перекладу, і показує задовільні результати при виправленні граматичних та стилістичних помилок.
Висновки. Створена модель показує відмінні результати класифікації на тестових даних. Розраховані метрики якості машинного перекладу дають змогу лише частково порівняти моделі, оскільки більшість слів і словосполучень у початковому та виправленому реченні співпадають. Найкраще значення як BLEU (0.908) , так і METEOR (0.956) отримано для mT5, що співпадає із аналізом прикладів, у якому найбільш точні виправлення помилок без зміни початкового значення речення отримані для такої нейронної мережі. M2M100 має більшу оцінку BLEU (0.847), ніж “Ukrainian Roberta” EncoderDecoder (0.697), однак, суб’єктивно оцінюючи результати виправлення прикладів, M2M100 значно гірше справляється із подібним завданням, ніж дві інші моделі. Для METEOR також M2M100 (0.925) має більшу оцінку, ніж “Ukrainian Roberta” Encoder-Decoder (0.876).Актуальність. Більшість досліджень у напрямі виправлення граматичних та стилістичних помилок зосереджені на корекції помилок в англомовному текстовому контенті. Завдяки наявності великих наборів даних досягнуто суттєвого підвищення точності корекції граматики англійської мови. На жаль, досліджень інших мов мало. Системи в для англійської мови постійно розвиваються і наразі активно використовують методи машинного навчання: класифікацію (sequence tagging) та машинний переклад. Для створення якісної моделі машинного навчання для корекції граматичних/стилістичних помилок у текстах тих мов, які є складними морфологічно, необхідна велика кількість паралельних або вручну розмічених даних. Ручна анотація даних вимагає багато зусиль професійних лінгвістів, що робить створення корпусів текстів, особливо морфологічно багатих мов, зокрема, української, часо- та ресурсозатратним процесом.
Мета – є розроблення технології виправлення помилок в українськомовних текстах на основі методів машинного навчання з використанням невеликого набору анотованих паралельних даних.
Метод. Для даного дослідження при розробці системи корекції помилок в україномовних текстах із застосуванням оптимального конвеєру (pipeline), що включає в себе попереднє опрацювання текстового контенту, вибір та генерування ознак, обрані алгоритми машинного навчання, в умовах наявності невеликих за обсягом корпусів анотованих даних. Застосування нейронних мереж з новою архітектурою, огляд state-of-the-art методів та порівняння різних етапів конвеєру дасть змогу визначити таку їх комбінацію, яка дозволить отримати якісну модель корекції помилок в україномовних текстах.
Результати. Розроблено модель машинного навчання для корекції помилок в україномовних текстах. Запропоновано універсальну схему розробки системи корекції помилок для різних мов. Відповідно до отриманих результатів, нейронна мережа має здатність виправляти прості речення, написані українською, однак розроблення повноцінної системи вимагатиме застосування перевірки орфографії за допомогою словників і перевірки правил, як простих, так і заснованих на результаті парсингу залежностей або інших ознак. З-поміж трьох моделей, найкращі показники має попередньо навчена модель нейронного перекладу mT5. З метою економії обчислювальних ресурсів можливим також є застосування попередньо навченої нейронної мережі типу BERT, використовуючи її як у якості енкодера, так і декодера. Така нейронна мережа має вдвічі менше параметрів, ніж інші попередньо навчені моделі машинного перекладу, і показує задовільні результати при виправленні граматичних та стилістичних помилок.
Висновки. Створена модель показує відмінні результати класифікації на тестових даних. Розраховані метрики якості машинного перекладу дають змогу лише частково порівняти моделі, оскільки більшість слів і словосполучень у початковому та виправленому реченні співпадають. Найкраще значення як BLEU (0.908) , так і METEOR (0.956) отримано для mT5, що співпадає із аналізом прикладів, у якому найбільш точні виправлення помилок без зміни початкового значення речення отримані для такої нейронної мережі. M2M100 має більшу оцінку BLEU (0.847), ніж “Ukrainian Roberta” EncoderDecoder (0.697), однак, суб’єктивно оцінюючи результати виправлення прикладів, M2M100 значно гірше справляється із подібним завданням, ніж дві інші моделі. Для METEOR також M2M100 (0.925) має більшу оцінку, ніж “Ukrainian Roberta” Encoder-Decoder (0.876)
ПОКАЗНИК ЕФЕКТИВНОСТІ ВИЯВЛЕННЯ ОБ’ЄКТІВ У СИСТЕМАХ ВІДЕОСПОСТЕРЕЖЕННЯ
No full textContext. The probability of detecting the object by the operator of the video surveillance system depends on a number of parameters (geometric dimensions of the object of observation, distance to the object of observation, parameters of the video surveillance camera, monitor parameters, etc.).
Objective. The purpose of the article is to develop an indicator of the effectiveness of detecting dynamic objects when evaluating the functioning of video surveillance systems.
Method. An indicator of the effectiveness of object detection when evaluating the functioning of video surveillance systems is proposed. The proposed indicator is expressed in the probability of detection of the object of interest by the i-th operator thanks to the person’s own visual apparatus or with the help of a software algorithm. This indicator differs from the existing ones by taking into account the parameters of the optical system, the parameters of the information display device (monitor), the number of video surveillance cameras, etc. The developed indicator makes it possible to estimate the probability of detection of an object by a video surveillance system operator thanks to a person's own visual apparatus or with the help of a software algorithm, depending on the distance to such an object.
Results. According to the results of experimental calculations, it has been proven that the effectiveness of the use of video surveillance systems with the use of video analytics functions (using the example of the dynamic object detection algorithm).
Conclusions. The conducted experimental calculations confirmed the efficiency of the proposed mathematical apparatus and allow us to recommend it for use in practice when solving problems of evaluating the effectiveness of the functioning of video surveillance systems.Актуальність. Ймовірність виявлення об’єкта оператором системи відеоспостереження залежить від ряду параметрів (геометричних розмірів об’єкта спостереження, дальності до об’єкта спостереження, параметрів камери відеоспостереження, параметрів монітору тощо.
Метод. Запропоновано показник ефективності виявлення об’єктів при оцінці функціонування систем відеоспостереження. Запропонований показник виражається у ймовірності виявлення об’єкту інтересу оператором завдяки власному зоровому апарату людини чи за допомогою програмного алгоритму. Вказаний показник відрізняється від існуючих врахуванням параметрів оптичної системи, параметрів пристрою відображення інформації (монітору), кількості камер відеоспостереження тощо. Розроблений показник дає можливість оцінити ймовірність виявлення об’єкта оператором системи відеоспостереження завдяки власному зоровому апарату людини чи за допомогою програмного алгоритму, в залежності від відстані до такого об’єкта.
Результати. За результатами експериментальних розрахунків доведено підвищення ефективності застосування систем відеоспостереження із застосуванням функцій відеоаналітики (на прикладі алгоритму виявлення динамічних об’єктів).
Висновки. Проведені експериментальні розрахунки підтвердили працездатність запропонованого математичного апарату і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач з оцінки ефективності функціонування систем відеоспостереження.Актуальність. Ймовірність виявлення об’єкта оператором системи відеоспостереження залежить від ряду параметрів (геометричних розмірів об’єкта спостереження, дальності до об’єкта спостереження, параметрів камери відеоспостереження, параметрів монітору тощо.
Метод. Запропоновано показник ефективності виявлення об’єктів при оцінці функціонування систем відеоспостереження. Запропонований показник виражається у ймовірності виявлення об’єкту інтересу оператором завдяки власному зоровому апарату людини чи за допомогою програмного алгоритму. Вказаний показник відрізняється від існуючих врахуванням параметрів оптичної системи, параметрів пристрою відображення інформації (монітору), кількості камер відеоспостереження тощо. Розроблений показник дає можливість оцінити ймовірність виявлення об’єкта оператором системи відеоспостереження завдяки власному зоровому апарату людини чи за допомогою програмного алгоритму, в залежності від відстані до такого об’єкта.
Результати. За результатами експериментальних розрахунків доведено підвищення ефективності застосування систем відеоспостереження із застосуванням функцій відеоаналітики (на прикладі алгоритму виявлення динамічних об’єктів).
Висновки. Проведені експериментальні розрахунки підтвердили працездатність запропонованого математичного апарату і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач з оцінки ефективності функціонування систем відеоспостереження
НЕЗАЛЕЖНИЙ ВІД МОДЕЛІ АЛГОРИТМ МЕТА-НАВЧАННЯ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ РЕЗІЛЬЄНТНОСТІ СИСТЕМИ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ
No full textContext. The problem of optimizing the resilience of artificial intelligence systems to destructive disturbances has not yet been fully solved and is quite relevant for safety-critical applications. The task of optimizing the resilience of an artificial intelligence system to disturbing influences is a high-level task in relation to efficiency optimization, which determines the prospects of using the ideas and methods of meta-learning to solve it. The object of current research is the process of meta-learning aimed at optimizing the resilience of an artificial intelligence system to destructive disturbances. The subjects of the study are architectural add-ons and the meta-learning method which optimize resilience to adversarial attacks, fault injection, and task changes.
Objective. Stated research goal is to develop an effective meta-learning method for optimizing the resilience of an artificial intelligence system to destructive disturbances.
Method. The resilience optimization is implemented by combining the ideas and methods of adversarial learning, fault-tolerant learning, model-agnostic meta-learning, few-shot learning, gradient optimization methods, and probabilistic gradient approximation strategies. The choice of architectural add-ons is based on parameter-efficient knowledge transfer designed to save resources and avoid the problem of catastrophic forgetting.
Results. A model-agnostic meta-learning method for optimizing the resilience of artificial intelligence systems based on gradient meta-updates or meta-updates using an evolutionary strategy has been developed. This method involves the use of tuner and metatuner blocks that perform parallel correction of the building blocks of a original deep neural network. The ability of the proposed approach to increase the efficiency of perturbation absorption and increase the integral resilience indicator of the artificial intelligence system is experimentally tested on the example of the image classification task. The experiments were conducted on a model with the ResNet-18 architecture, with an add-on in the form of tuners and meta-tuners with the Conv-Adapter architecture. In this case, CIFAR-10 is used as a base set on which the model was trained, and CIFAR-100 is used as a set for generating samples on which adaptation is performed using a few-shot learning scenarios. We compare the resilience of the artificial intelligence system after pre-training tuners and meta-tuners using the adversarial learning algorithm, the fault-tolerant learning algorithm, the conventional model-agnostic meta-learning algorithm, and the proposed meta-learning method for optimizing resilience. Also, the meta-learning algorithms with meta-gradient updating and meta-updating based on the evolutionary strategy are compared on the basis of the integral resilience indicator.
Conclusions. It has been experimentally confirmed that the proposed method provides a better resilience to random bit-flip injection compared to fault injection training by an average of 5%. Also, the proposed method provides a better resilience to Ladversarial evasion attacks compared to adversarial training by an average of 4.8%. In addition, an average 4.8% increase in the resilience to task changes is demonstrated compared to conventional fine-tuning of tuners. Moreover, meta-learning with an evolutionary strategy provides, on average, higher values of the resilience indicator. On the downside, this meta-learning method requires more iterations.Актуальність. Задача оптимізації резільєнтності систем штучного інтелекту до деструктивних збурень досі не була повністю вирішена і є досить актуальною для критичних до безпеки застосувань. Задача оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до збурюючих впливів є високорівневою по відношенню до оптимізації ефективності, що обумовлює перспективність використання ідей і методів мета-навчання для її вирішення. Тому об’єктом дослідження є процес метанавчання для оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до деструктивних збурень. Предметом дослідження є архітектурні надстройки та метод мета-навчання, що забезпечують оптимізацію резільєнтності до протиборчих атак, інжекції несправностей і зміни задач.
Мета дослідження – розроблення ефективного методу мета-навчання для оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до деструктивних збурень.
Методи дослідження. Оптимізація резільєнтності реалізується шляхом поєднання ідей і методів протиборчого навчання, навчання з ін’єкцією несправностей, незалежного від моделі мета-навчання, навчання за обмеженою кількістю зразків, методів градієнтної оптимізації та ймовірнісних стратегій апроксимації градієнту. При цьому вибір архітектурних надстройок базується на ефективному щодо параметрів трансфері знань для для економії ресурсів та уникнення проблеми катастрофічного забування.
Результати. Розроблено незалежний від моделі метод мета-навчання для оптимізації резільєнтності систем штучного інтелекту на основі градієнтних мета-оновлень, або мета-оновлень за еволюційною стратегією. При цьому метод передбачає використання тюнерів і мета-тюнерів, що здійснюють паралельну корекцію будівельних модулів (блоків) глибокої нейромережі. На прикладі задачі класифікації зображень експериментально протестовано здатність запропонованого підходу підвищувати ефективність поглинання збурень та підвищувати інтегральний показник резільєнтності системи штучного інтелекту. Експерименти проводились на моделі з архітектурою ResNet-18, з надстройкою у вигляді тюнерів і мета-тюнерів з архітектурою Conv-Adapter. При цьому CІFAR-10 використовується як базовий набір, на якому була навчена модель, а CІFAR-100 використовується як набір для формування вибірок, на яких здійснюють адаптацію за обмеженою кількістю зразків. Порівнюється показники резільєнтності системи штучного інтелекту після попереднього навчання тюнерів і мета-тюнерів за алгоритмом протиборчого навчання, алгоритмом навчання з ін’єкцією несправностей, традиційним алгоритмом незалежного від моделі мета-навчання та за запропонованим метод мета-навчання для оптимізації резільєнтності. Також порівнюються за інтегральним показником резільєнтності алгоритм мета-навчання з метаградієнтним оновленням та мета-оновленням на основі еволюційної стратегії.
Висновки. Еспериментально підтверджено, що запропонований метод забезпечує кращий показник резільєнтності до ін’єкції випадкових інверсій біт порівняно з навчанням з ін’єкцією несправностей в середньому на 5%. Також запропонований метод забезпечує кращий показник резільєнтності до L протиборчих атак ухилення порівняно з протиборчим навчання всередньому на 4.8%. Так само продемонстровано підвищення всередньому на 4.8% резільєнтності до зміни задач порівняно зі звичайною точною настройкою тюнерів. При цьому мета-навчання з еволюційною стратегією забезпечує всередньому більші значення показника резільєнтності, однак попереднє мета-навчання потребує більше ітерацій.Актуальність. Задача оптимізації резільєнтності систем штучного інтелекту до деструктивних збурень досі не була повністю вирішена і є досить актуальною для критичних до безпеки застосувань. Задача оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до збурюючих впливів є високорівневою по відношенню до оптимізації ефективності, що обумовлює перспективність використання ідей і методів мета-навчання для її вирішення. Тому об’єктом дослідження є процес метанавчання для оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до деструктивних збурень. Предметом дослідження є архітектурні надстройки та метод мета-навчання, що забезпечують оптимізацію резільєнтності до протиборчих атак, інжекції несправностей і зміни задач.
Мета дослідження – розроблення ефективного методу мета-навчання для оптимізації резільєнтності системи штучного інтелекту до деструктивних збурень.
Методи дослідження. Оптимізація резільєнтності реалізується шляхом поєднання ідей і методів протиборчого навчання, навчання з ін’єкцією несправностей, незалежного від моделі мета-навчання, навчання за обмеженою кількістю зразків, методів градієнтної оптимізації та ймовірнісних стратегій апроксимації градієнту. При цьому вибір архітектурних надстройок базується на ефективному щодо параметрів трансфері знань для для економії ресурсів та уникнення проблеми катастрофічного забування.
Результати. Розроблено незалежний від моделі метод мета-навчання для оптимізації резільєнтності систем штучного інтелекту на основі градієнтних мета-оновлень, або мета-оновлень за еволюційною стратегією. При цьому метод передбачає використання тюнерів і мета-тюнерів, що здійснюють паралельну корекцію будівельних модулів (блоків) глибокої нейромережі. На прикладі задачі класифікації зображень експериментально протестовано здатність запропонованого підходу підвищувати ефективність поглинання збурень та підвищувати інтегральний показник резільєнтності системи штучного інтелекту. Експерименти проводились на моделі з архітектурою ResNet-18, з надстройкою у вигляді тюнерів і мета-тюнерів з архітектурою Conv-Adapter. При цьому CІFAR-10 використовується як базовий набір, на якому була навчена модель, а CІFAR-100 використовується як набір для формування вибірок, на яких здійснюють адаптацію за обмеженою кількістю зразків. Порівнюється показники резільєнтності системи штучного інтелекту після попереднього навчання тюнерів і мета-тюнерів за алгоритмом протиборчого навчання, алгоритмом навчання з ін’єкцією несправностей, традиційним алгоритмом незалежного від моделі мета-навчання та за запропонованим метод мета-навчання для оптимізації резільєнтності. Також порівнюються за інтегральним показником резільєнтності алгоритм мета-навчання з метаградієнтним оновленням та мета-оновленням на основі еволюційної стратегії.
Висновки. Еспериментально підтверджено, що запропонований метод забезпечує кращий показник резільєнтності до ін’єкції випадкових інверсій біт порівняно з навчанням з ін’єкцією несправностей в середньому на 5%. Також запропонований метод забезпечує кращий показник резільєнтності до L протиборчих атак ухилення порівняно з протиборчим навчання всередньому на 4.8%. Так само продемонстровано підвищення всередньому на 4.8% резільєнтності до зміни задач порівняно зі звичайною точною настройкою тюнерів. При цьому мета-навчання з еволюційною стратегією забезпечує всередньому більші значення показника резільєнтності, однак попереднє мета-навчання потребує більше ітерацій
ПРОГНОЗУВАННЯ УЗАГАЛЬНЕНОГО ФРАКТАЛЬНОГО ГАУСІВСЬКОГО ШУМУ НА ОСНОВІ ФУНКЦІЙ ВОЛША
No full textContext. Some of the authors’ recent papers were devoted to the Kolmogorov-Wiener filter for telecommunication traffic prediction in some stationary models, such as the fractional Gaussian noise model, the power-law structure function model, and the GFSD (Gaussian fractional sum-difference) model. Recently, the so-called generalized fractional Gaussian noise model was proposed for stationary telecommunication traffic description in some cases. So, in this paper the theoretical fundamentals of the continuous Kolmogorov-Wiener filter used for the prediction of the generalized fractional Gaussian noise are investigated.
Objective. The aim of the work is to obtain the filter weight function as an approximate solution of the corresponding Wiener– Hopf integral equation with the kernel equal to the generalized fractional Gaussian noise correlation function.
Method. A truncated Walsh function expansion is proposed in order to obtain the corresponding solution. This expansion is a special case of the Galerkin method, in the framework of which the unknown function is sought as a truncated series in orthogonal functions. The integral brackets and the results for the mean absolute percentage errors, which are a measure of discrepancy between the left-hand side and the right-hand side of the Wiener-Hopf integral equation, are calculated numerically on the basis of the Wolfram Mathematica package.
Results. The investigation is made for approximations up to sixty four Walsh functions. Different model parameters are investigated. It is shown that for different model parameters the proposed method is convergent and leads to small mean absolute percentage errors for approximations of rather large numbers of Walsh functions.
Conclusions. The paper is devoted to a theoretical construction of the continuous Kolmogorov-Wiener filter weight function for the prediction of a stationary random process described by the generalized fractional Gaussian noise model. As is known, this model may give a good description of some actual telecommunication traffic data in systems with packet data transfer. The corresponding weight function is sought on the basis of the truncated Walsh function expansion method. The corresponding discrepancy errors are small and the method is convergent.Актуальність. Деякі з нещодавніх статей авторів присвячені фільтру Колмогорова-Вінера для прогнозування телекомунікаційного трафіку в деяких стаціонарних моделях, таких як модель фрактального гаусівського шуму, модель степеневої структурної функції та GFSD (Gaussian fractional sum-difference) модель. Нещодавно так звана модель узагальненого фрактального гаусівського шуму була запропонована для опису стаціонарного телекомунікаційного трафіку в деяких випадках. Тож в цій статті досліджено теоретичні основи неперервного фільтра Колмогорова-Вінера, застосовного для прогнозування узагальненого фрактального гаусівського шуму.
Мета роботи. Метою роботи є отримати вагову функцію фільтра як наближений розв’язок відповідного інтегрального рівняння Вінера-Хопфа з ядром, що дорівнює кореляційній функції узагальненого фрактального гаусівського шуму.
Метод. Метод обірваних розвинень за функціями Волша запропоновано для отримання відповідного розв’язку. Таке розвинення є частинним випадком методу Галеркіна, в рамках якого невідома функція шукається у вигляді обірваного розвинення за ортогональними функціями. Інтегральні дужки та результати для середньої абсолютної відсоткової помилки відхилу лівої частини інтегрального рівняння Вінера-Хопфа від правої обчислені чисельно на основі пакету Wolfram Mathematica.
Результати. Дослідження зроблене для наближень включно до наближення шістдесяти чотирьох функцій Волша. Досліджено різні параметри моделі. Показано, що для різних параметрів моделі запропонований метод є збіжним та призводить до малих середніх абсолютних відсоткових помилок для наближень доволі великої кількості функцій Волша.
Висновки. Статтю присвячено теоретичній побудові вагової функції неперервного фільтра Колмогорова-Вінера для прогнозування стаціонарного випадкового процесу, що описується моделлю узагальненого фрактального гаусівського шуму. Як відомо, така модель може добре описувати певні експериментальні дані в системах з пакетною передачею даних. Відповідна вагова функція шукається на основі обірваного розвинення за функціями Волша. Відповідні помилки відхилу є малими та метод є збіжним. Актуальність. Деякі з нещодавніх статей авторів присвячені фільтру Колмогорова-Вінера для прогнозування телекомунікаційного трафіку в деяких стаціонарних моделях, таких як модель фрактального гаусівського шуму, модель степеневої структурної функції та GFSD (Gaussian fractional sum-difference) модель. Нещодавно так звана модель узагальненого фрактального гаусівського шуму була запропонована для опису стаціонарного телекомунікаційного трафіку в деяких випадках. Тож в цій статті досліджено теоретичні основи неперервного фільтра Колмогорова-Вінера, застосовного для прогнозування узагальненого фрактального гаусівського шуму.
Мета роботи. Метою роботи є отримати вагову функцію фільтра як наближений розв’язок відповідного інтегрального рівняння Вінера-Хопфа з ядром, що дорівнює кореляційній функції узагальненого фрактального гаусівського шуму.
Метод. Метод обірваних розвинень за функціями Волша запропоновано для отримання відповідного розв’язку. Таке розвинення є частинним випадком методу Галеркіна, в рамках якого невідома функція шукається у вигляді обірваного розвинення за ортогональними функціями. Інтегральні дужки та результати для середньої абсолютної відсоткової помилки відхилу лівої частини інтегрального рівняння Вінера-Хопфа від правої обчислені чисельно на основі пакету Wolfram Mathematica.
Результати. Дослідження зроблене для наближень включно до наближення шістдесяти чотирьох функцій Волша. Досліджено різні параметри моделі. Показано, що для різних параметрів моделі запропонований метод є збіжним та призводить до малих середніх абсолютних відсоткових помилок для наближень доволі великої кількості функцій Волша.
Висновки. Статтю присвячено теоретичній побудові вагової функції неперервного фільтра Колмогорова-Вінера для прогнозування стаціонарного випадкового процесу, що описується моделлю узагальненого фрактального гаусівського шуму. Як відомо, така модель може добре описувати певні експериментальні дані в системах з пакетною передачею даних. Відповідна вагова функція шукається на основі обірваного розвинення за функціями Волша. Відповідні помилки відхилу є малими та метод є збіжним. 
МЕТОД ЗРОСТАЮЧИХ ДЕРЕВ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ ПЛАНІВ БАГАТОФАКТОРНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
No full textContext. The task of planning multifactorial experiments is important in science and industrial production. In the context of competition, rising costs, and increasing efficiency, it is necessary to optimize plans for multifactorial experiments in terms of cost and time. To solve this problem, there are a number of approaches and methods, the choice of which for a competitive technical task is an important and difficult task. In this regard, there is a need to develop new methods for optimizing the cost (time) of multifactorial experiment plans, compare them with existing methods, and give recommendations for practical application in the study of real objects.
Objective. The purpose of the study is to develop and test the method of growing trees, to evaluate its effectiveness in comparison with other methods. The following tasks has been solved to achieve this goal: the proposed method of growing trees has been implemented in the form of software; the method has been used to optimize plans for multifactorial experiments in the study of real objects; its effectiveness has been evaluated in comparison with other methods; recommendations for its use were given.
Method. The proposed method of growing trees is based on the application of graph theory. The advantage of the method is the reduction of time for solving optimization problems related to the construction of optimal plans for multifactorial experiments in terms of cost (time) expenses. Another characteristic feature is the high accuracy of solving optimization problems.
Results. The results of experiments and comparisons with other optimization methods confirm the efficiency and effectiveness of the proposed method and allow us to recommend it for the study of objects with the number of significant factors k ≤ 7. It is promising to further expand the range of scientific and industrial objects for their study using this method.
Conclusions. A growing tree method has been developed for the optimization of multifactorial experimental plans in terms of cost and time expenditures, along with software that implements it using the Angular framework and the TypeScript programming language.
The effectiveness of the growing tree method is shown in comparison with the following methods: complete and limited enumeration, monkey search, modified Gray code application, and bacterial optimization. The growing tree method is faster than complete enumeration and can be applied to optimize multifactorial experimental plans in terms of cost (time) expenses for objects with a number of factors k ≤ 7. In solving optimization problems, the method of growing trees gives better results compared to monkey search, limited enumeration and bacterial optimization.Актуальність. Задача планування багатофакторних експериментів займає важливе місце в науці та промисловому виробництві. При цьому в умовах конкуренції. зростання витрат. підвищення ефективності необхідна оптимізація планів багатофакторних експериментів за вартісними та часовими витратами. Для вирішення цієї задачі існує ряд підходів та методів. вибір яких для конкретного технічного завдання є важливою та складною задачею. У зв’язку з цим виникає необхідність в розробці нових методів оптимізації за вартісними (часовими) витратами планів багатофакторних експериментів. порівнянні їх з уже існуючими методами та видачі рекомендацій по практичному застосуванні при дослідженні реальних об’єктів.
Мета. Мета роботи полягає у розробці та апробації методу зростаючих дерев. оцінки його ефективності у порівнянні з іншими методами. При цьому для дослідження мети вирішені наступні завдання: запропонований метод зростаючих дерев реалізований у вигляді програмного забезпечення; метод застосований для оптимізації планів багатофакторних експериментів при дослідженні реальних об’єктів; проведена оцінка його ефективності у порівнянні з іншими методами; видані рекомендації по його використанню.
Метод. Запропонований метод зростаючих дерев заснований на застосуванні теорії графів. Перевагою методу є скорочення часу вирішення оптимізаційних задач. пов’язаних з побудовою оптимальних за вартісними (часовими) витратами планів багатофакторних експериментів. Характерною рисою є також висока точність вирішення оптимізаційних задач.
Результати. Результати експериментів та порівняння з іншими методами оптимізації підтверджують працездатність та ефективність запропонованого методу та дозволяють рекомендувати його для дослідження об’єктів із числом суттєвих факторів k ≤ 7. Перспективним є подальше розширення кола об’єктів наукового та промислового призначення для їх дослідження цим методом.
Висновки. Розроблено метод зростаючих дерев для оптимізації за вартісними та часовими витратами планів багатофакторних експериментів та програмне забезпечення. що його реалізує за допомогою framework Angular на мові розробки TypeScript.
Показана ефективність методу зростаючих дерев у порівнянні з наступними методами: повний та обмежений перебір. мавпячий пошук. застосування модифікованого коду Грея. бактеріальна оптимізація. Метод зростаючих дерев має більшу швидкодію ніж повний перебір та може застосовуватися для оптимізації планів багатофакторних експериментів за вартісними (часовими) витратами для об’єктів з кількістю факторів k ≤ 7. При рішенні оптимізаційних задач метод зростаючих дерев дає кращі результати у порівнянні з мавпячим пошуком. обмеженим перебором та бактеріальною оптимізацією.Актуальність. Задача планування багатофакторних експериментів займає важливе місце в науці та промисловому виробництві. При цьому в умовах конкуренції. зростання витрат. підвищення ефективності необхідна оптимізація планів багатофакторних експериментів за вартісними та часовими витратами. Для вирішення цієї задачі існує ряд підходів та методів. вибір яких для конкретного технічного завдання є важливою та складною задачею. У зв’язку з цим виникає необхідність в розробці нових методів оптимізації за вартісними (часовими) витратами планів багатофакторних експериментів. порівнянні їх з уже існуючими методами та видачі рекомендацій по практичному застосуванні при дослідженні реальних об’єктів.
Мета. Мета роботи полягає у розробці та апробації методу зростаючих дерев. оцінки його ефективності у порівнянні з іншими методами. При цьому для дослідження мети вирішені наступні завдання: запропонований метод зростаючих дерев реалізований у вигляді програмного забезпечення; метод застосований для оптимізації планів багатофакторних експериментів при дослідженні реальних об’єктів; проведена оцінка його ефективності у порівнянні з іншими методами; видані рекомендації по його використанню.
Метод. Запропонований метод зростаючих дерев заснований на застосуванні теорії графів. Перевагою методу є скорочення часу вирішення оптимізаційних задач. пов’язаних з побудовою оптимальних за вартісними (часовими) витратами планів багатофакторних експериментів. Характерною рисою є також висока точність вирішення оптимізаційних задач.
Результати. Результати експериментів та порівняння з іншими методами оптимізації підтверджують працездатність та ефективність запропонованого методу та дозволяють рекомендувати його для дослідження об’єктів із числом суттєвих факторів k ≤ 7. Перспективним є подальше розширення кола об’єктів наукового та промислового призначення для їх дослідження цим методом.
Висновки. Розроблено метод зростаючих дерев для оптимізації за вартісними та часовими витратами планів багатофакторних експериментів та програмне забезпечення. що його реалізує за допомогою framework Angular на мові розробки TypeScript.
Показана ефективність методу зростаючих дерев у порівнянні з наступними методами: повний та обмежений перебір. мавпячий пошук. застосування модифікованого коду Грея. бактеріальна оптимізація. Метод зростаючих дерев має більшу швидкодію ніж повний перебір та може застосовуватися для оптимізації планів багатофакторних експериментів за вартісними (часовими) витратами для об’єктів з кількістю факторів k ≤ 7. При рішенні оптимізаційних задач метод зростаючих дерев дає кращі результати у порівнянні з мавпячим пошуком. обмеженим перебором та бактеріальною оптимізацією
ТЕСТОВІ ГРАФ-СХЕМИ АЛГОРИТМІВ РОБОТИ МІКРОПРОГРАМНИХ АВТОМАТІВ ДЛЯ ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОМАТИЗОВАНОГО СИНТЕЗУ В САПР XILINX VIVADO
No full textContext. The problem of evaluating the effectiveness of the automated design of a microprogram finite state machine with the operational transformation of state codes using Xilinx Vivado CAD is considered. The object of the research was graph-schemes of control algorithms implemented by finite state machine and able to prove the effectiveness of the principle of operational transformation of state codes in comparison with standard synthesis methods built into the CAD, in the context of hardware expenses optimization.
Objective. Development and research of graph-schemes of control algorithms in order to substantiate the effectiveness of the application of structure of the finite state machine with datapath of transitions in comparison with the built-in methods of synthesizing finite state machines in Xilinx Vivado CAD in the basis of programmable logic devices.
Method. The research is based on the hypothetical assumption that the Xilinx Vivado CAD has built-in methods of automated design of the circuit of a finite state machine, the effectiveness of which, according to the criterion of hardware expenses, exceeds other known methods of optimizing hardware expenses in the finite state machine circuit. In order to refute this hypothesis, it is proposed to prove that in some cases known methods of hardware expenses optimization in the finite state machine circuit are more effective in comparison with the methods built into CAD. In this work, as a well-known optimization method, the method of operational transformation of state codes, which corresponds to the structure of a finite state machine with datapath of transitions, is chosen. The effectiveness of this method is demonstrated on the example of several test graph-schemes of algorithms, the structure of which is abstract and artificially adapted to the chosen optimization method. The adaptation of the selected graph-schemes of the algorithms consists in the fact that a relatively small number of transition operations is required for their implementation with the help of a finite state machine with datapath of transitions. This contributes to the simplification of the circuit of the finite state machine and the reduction of hardware costs for its implementation. At the same time, the test graph-schemes of the algorithms have the possibility of scaling, which allows to automate the construction of VHDL models of the corresponding finite state machines for graph-schemes of different sizes and to evaluate the optimization of hardware expenses for finite state machines of different complexity.
Results. Using the example of several graph-schemes of algorithms, it is demonstrated that in some cases none of the finite state machine synthesis methods built into the Xilinx Vivado CAD is able to surpass the method of operational transformation of state codes according to the criterion of hardware expenses for the implementation of a finite state machine circuit. At the same time, a several-fold gain in hardware expenses can be achieved, which indicates the expediency of using this method under certain conditions. The formal definition of such conditions for the considered and other known optimization methods is a separate unsolved scientific problem.
Conclusions. The conducted experiments confirmed that in some cases, the known methods of synthesis of finite state machines allow to obtain circuits with lower hardware expenses than when using the methods of synthesis of finite state machines contained in Xilinx Vivado CAD. This testifies to the general expediency of using existing and developing new methods of hardware expenses optimization in the circuit of the finite state machines and the current relevance of the theory of the synthesis of digital automata as a scientific direction.Актуальність. Розглянуто задачу оцінки ефективності автоматизованого проєктування мікропрограмного автомата з операційним перетворенням кодів станів із використанням САПР Xilinx Vivado. Об’єктом дослідження були граф-схеми алгоритмів керування, що імплементуються мікропрограмним автоматом та здатні довести ефективність принципу операційного перетворення кодів станів у порівнянні зі стандартними методами синтезу, вбудованими в САПР, в контексті оптимізації апаратурних витрат.
Мета. Розробка і дослідження граф-схем алгоритмів керування з метою обґрунтування ефективності застосування структури мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів у порівнянні із вбудованими методами синтезу автоматів в САПР Xilinx Vivado в базисі програмувальних логічних пристроїв.
Метод. В основу дослідження покладено гіпотетичне припущення про те, що САПР Xilinx Vivado має вбудовані методи автоматизованого проектування схеми мікропрограмного автомата, ефективність яких за критерієм апаратурних витрат перевершує інші відомих методи оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата. З метою спростування даної гіпотези запропоновано довести, що в окремих випадках відомі методи оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата є більш ефективними у порівняні з методами, вбудованими в САПР. В даній роботі в якості відомого методу оптимізації обраний метод операційного перетворення кодів станів, що породжує структуру мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів. Ефективність цього методу доводиться на прикладі кількох тестових граф-схем алгоритмів, структура яких є абстрактною і штучно адаптована до обраного методу оптимізації. Адаптація обраних граф-схем алгоритмів полягає в тому, що для їх реалізації за допомогою мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів потрібна відносно мала кількість операцій переходів. Це сприяє спрощенню схеми автомата і зменшенню апаратурних витрат на її реалізацію. Разом з тим тестові граф-схеми алгоритмів мають можливість масштабування, що дозволяє автоматизувати побудову VHDLмоделей відповідного автомата для граф-схем різного розміру і оцінити оптимізацію апаратурних витрат для автоматів різної складності.
Результати. На прикладі декількох граф-схем алгоритмів продемонстровано, що в окремих випадках жоден із методів синтезу кінцевих автоматів, вбудованих в САПР Xilinx Vivado, не здатен перевершити метод операційного перетворення кодів станів за критерієм апаратурних витрат на реалізацію схеми мікропрограмного автомата. При цьому може досягатись кількаразовий виграш у витратах апаратури, що свідчить про доцільність використання даного методу за певних умов. Формальне визначення таких умов для розглянутого та інших відомих методів оптимізації є окремою невирішеною науковою проблемою.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили, що в окремих випадках відомі методи синтезу мікропрограмних автоматів дозволяють отримати схеми автоматів із меншими витратами апаратури, ніж при використанні методів синтезу автоматів, вбудованих в САПР Xilinx Vivado. Це свідчить про загальну доцільність використання існуючих і розробки нових методів оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата та про сьогоденну актуальність теорії синтезу цифрових автоматів як наукового напрямку.Актуальність. Розглянуто задачу оцінки ефективності автоматизованого проєктування мікропрограмного автомата з операційним перетворенням кодів станів із використанням САПР Xilinx Vivado. Об’єктом дослідження були граф-схеми алгоритмів керування, що імплементуються мікропрограмним автоматом та здатні довести ефективність принципу операційного перетворення кодів станів у порівнянні зі стандартними методами синтезу, вбудованими в САПР, в контексті оптимізації апаратурних витрат.
Мета. Розробка і дослідження граф-схем алгоритмів керування з метою обґрунтування ефективності застосування структури мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів у порівнянні із вбудованими методами синтезу автоматів в САПР Xilinx Vivado в базисі програмувальних логічних пристроїв.
Метод. В основу дослідження покладено гіпотетичне припущення про те, що САПР Xilinx Vivado має вбудовані методи автоматизованого проектування схеми мікропрограмного автомата, ефективність яких за критерієм апаратурних витрат перевершує інші відомих методи оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата. З метою спростування даної гіпотези запропоновано довести, що в окремих випадках відомі методи оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата є більш ефективними у порівняні з методами, вбудованими в САПР. В даній роботі в якості відомого методу оптимізації обраний метод операційного перетворення кодів станів, що породжує структуру мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів. Ефективність цього методу доводиться на прикладі кількох тестових граф-схем алгоритмів, структура яких є абстрактною і штучно адаптована до обраного методу оптимізації. Адаптація обраних граф-схем алгоритмів полягає в тому, що для їх реалізації за допомогою мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів потрібна відносно мала кількість операцій переходів. Це сприяє спрощенню схеми автомата і зменшенню апаратурних витрат на її реалізацію. Разом з тим тестові граф-схеми алгоритмів мають можливість масштабування, що дозволяє автоматизувати побудову VHDLмоделей відповідного автомата для граф-схем різного розміру і оцінити оптимізацію апаратурних витрат для автоматів різної складності.
Результати. На прикладі декількох граф-схем алгоритмів продемонстровано, що в окремих випадках жоден із методів синтезу кінцевих автоматів, вбудованих в САПР Xilinx Vivado, не здатен перевершити метод операційного перетворення кодів станів за критерієм апаратурних витрат на реалізацію схеми мікропрограмного автомата. При цьому може досягатись кількаразовий виграш у витратах апаратури, що свідчить про доцільність використання даного методу за певних умов. Формальне визначення таких умов для розглянутого та інших відомих методів оптимізації є окремою невирішеною науковою проблемою.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили, що в окремих випадках відомі методи синтезу мікропрограмних автоматів дозволяють отримати схеми автоматів із меншими витратами апаратури, ніж при використанні методів синтезу автоматів, вбудованих в САПР Xilinx Vivado. Це свідчить про загальну доцільність використання існуючих і розробки нових методів оптимізації апаратурних витрат в схемі автомата та про сьогоденну актуальність теорії синтезу цифрових автоматів як наукового напрямку
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ФОРМУВАННЯ ОСВІТНЬОЇ МЕРЕЖІ ТЕРИТОРІАЛЬНОЇ ГРОМАДИ
No full textContext. 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.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. 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. 
ЖИВЛЕННЯ КІЛЬЦЕВОЇ АНТЕНИ ЗА ДОПОМОГОЮ СПРЯМОВАНИХ ВІДГАЛУЖУВАЧІВ
No full textContext. The circular polarization of radio waves is used in various electronic systems. This includes, for example, space communications stations, some radio relay communication systems, radar stations, data transmission systems and others. The characteristics of radio wave propagation are studied by using electromagnetic waves separated by circular orthogonal polarization in radiomonitoring and radiocontrol systems. Compared to other antenna types, circularly polarized antennas, such as rings, have superior design simplicity and excellent electrodynamics properties.
Objective. The objective of this study is to analyse the characteristics and application of directional microstrip couplers for supplying power to ring antennas.
Method. To better the performance of microstrip ring antennas, the reasons for their limited operating frequency range are analysed. These causes include the frequency-dependent parameters of the coupler, errors in calculating the directional coupler circuit, and radiation from asymmetric strip lines. To understand how supply lines, affect antenna characteristics, correlations between radiation fields determined in both its coordinate system and that of the primary axis are taken into account.
Results. An analysis of the dependence graphs of the main characteristics of ring microstrip antennas with intricate power supply circuits for directional couplers and comparison with similar characteristics for simple circuits revealed that the shape of the radiation pattern in the higher radiation hemisphere became symmetrical about the axis, especially when symmetrically supplying the ring with branch-line couplers. The frequency band has also widened, at which there was an acceptable degree of deviation in the ellipticity coefficient from unity.
Conclusions. The simulation results of microstrip ring antennas with power lines connected to directional couplers of different types showed that supplying the ring antenna with electricity via the directional coupler ensures circular polarization for the emitted electromagnetic waves. Additionally, the range of operating frequencies where there is only a small discrepancy in ellipticity coefficient remains at an acceptable level of –3 dB is quite broad. By utilizing directional branch-line couplers to power a ring antenna, it is possible to simultaneously emit both right and left circularly polarized waves with the same antenna.Актуальність. В різних радіоелектронних системах застосовують радіохвилі з коловою поляризацією. Наприклад, це станції космічного зв’язку, деякі системи радіорелейного зв’язку, радіолокаційні станції, системи передачі даних і т.д. Електромагнітні хвилі, розкладені в коловому ортогональному поляризаційному базисі, використовують у системах радіомоніторингу та радіоконтролю, при дослідженнях особливостей поширення радіохвиль. Серед антен, які створені для приймання і випромінювання електромагнітних хвиль з коловою або обертовою поляризацією, за простотою конструкції та за електродинамічними характеристиками вигідно відрізняється кільцева антена.
Мета роботи – дослідження особливостей побудови та використання мікросмужкових спрямованих відгалужувачів для живлення кільцевих антен.
Метод. Для удосконалення пристроїв живлення мікросмужкових кільцевих антен та покращення їх властивостей розглядаються основні фактори, які викликають звуження робочого діапазону частот антени: частотна залежність параметрів спрямованого відгалужувача, коректність розрахунку схеми спрямованого відгалужувача, випромінювання несиметричних смужкових ліній. Обґрунтування впливу елементів живлення на характеристики кільцевої антени використовується зв’язок між полем випромінювання, аналітично визначене у власній системі координат, і полем випромінювання антени в основній системі координат.
Результати. Аналіз графіків залежностей основних характеристик кільцевих мікросмужкових антен з ускладненими схемами живлення спрямованих відгалужувачів і порівняння з аналогічними характеристиками для простих схем показало, що форма діаграми спрямованості у верхній півсфері випромінювання стала симетричною відносно осі, особливо у випадку симетричного живлення кільця шлейфовими відгалужувачами. Також розширився діапазон частот, у якому відхилення коефіцієнту еліптичності від одиниці знаходиться на допустимому рівні.
Висновки. Результати моделювання мікросмужкових кільцевих антен з лініями живлення на спрямованих відгалужувачах різних типів показали, що збудження кільця за допомогою спрямованого відгалужувача забезпечує випромінювання електромагнітних хвиль колової поляризації. При цьому діапазон робочих частот, у якому залишається на допустимому рівні –3дБ відхилення коефіцієнту еліптичності досить широкий. Живлення кільцевої антени пристроями, побудованими на шлейфових спрямованих відгалужувачах, дає можливість за допомогою однієї кільцевої антени одночасного випромінювання хвиль з правим та лівим напрямом обертання вектора напруженості електричного поля.Актуальність. В різних радіоелектронних системах застосовують радіохвилі з коловою поляризацією. Наприклад, це станції космічного зв’язку, деякі системи радіорелейного зв’язку, радіолокаційні станції, системи передачі даних і т.д. Електромагнітні хвилі, розкладені в коловому ортогональному поляризаційному базисі, використовують у системах радіомоніторингу та радіоконтролю, при дослідженнях особливостей поширення радіохвиль. Серед антен, які створені для приймання і випромінювання електромагнітних хвиль з коловою або обертовою поляризацією, за простотою конструкції та за електродинамічними характеристиками вигідно відрізняється кільцева антена.
Мета роботи – дослідження особливостей побудови та використання мікросмужкових спрямованих відгалужувачів для живлення кільцевих антен.
Метод. Для удосконалення пристроїв живлення мікросмужкових кільцевих антен та покращення їх властивостей розглядаються основні фактори, які викликають звуження робочого діапазону частот антени: частотна залежність параметрів спрямованого відгалужувача, коректність розрахунку схеми спрямованого відгалужувача, випромінювання несиметричних смужкових ліній. Обґрунтування впливу елементів живлення на характеристики кільцевої антени використовується зв’язок між полем випромінювання, аналітично визначене у власній системі координат, і полем випромінювання антени в основній системі координат.
Результати. Аналіз графіків залежностей основних характеристик кільцевих мікросмужкових антен з ускладненими схемами живлення спрямованих відгалужувачів і порівняння з аналогічними характеристиками для простих схем показало, що форма діаграми спрямованості у верхній півсфері випромінювання стала симетричною відносно осі, особливо у випадку симетричного живлення кільця шлейфовими відгалужувачами. Також розширився діапазон частот, у якому відхилення коефіцієнту еліптичності від одиниці знаходиться на допустимому рівні.
Висновки. Результати моделювання мікросмужкових кільцевих антен з лініями живлення на спрямованих відгалужувачах різних типів показали, що збудження кільця за допомогою спрямованого відгалужувача забезпечує випромінювання електромагнітних хвиль колової поляризації. При цьому діапазон робочих частот, у якому залишається на допустимому рівні –3дБ відхилення коефіцієнту еліптичності досить широкий. Живлення кільцевої антени пристроями, побудованими на шлейфових спрямованих відгалужувачах, дає можливість за допомогою однієї кільцевої антени одночасного випромінювання хвиль з правим та лівим напрямом обертання вектора напруженості електричного поля
МЕТОД СИНТЕЗУ РАДІОТЕХНІЧНИХ CЛІДКУВАЛЬНИХ СИСТЕМ ВИСОКОЇ ТОЧНОСТІ З РОЗДІЛЕНИМИ ПРОЦЕДУРАМИ УПРАВЛІННЯ І ФІЛЬТРАЦІЇ
Get PDFContext. In combined automatic control systems (ACS) with the principle of control by disturbance, there are difficulties in controlling disturbances in some objects of radio engineering systems and somewhat lower accuracy. This is especially noticeable when the object is affected by several equal disturbances. Taking them into account requires increasing the complexity and reducing the reliability of the ACS. And neglect sharply reduces the accuracy of the system. Therefore, there is a need to develop a method of synthesis of radio technical tracking systems that eliminates the indicated shortcomings.
Objective. The article presents a synthesis method for high precision radio tracking systems, which are equivalent to combined systems with split control and filtering procedures when the entry useful (preset) action, which is not measured and external disturbances and interferences are present simultaneously.
Method. Methods of automatic control theory were used to achieve the goal of the research.
Results. It has been demonstrated that there is a conflict between the conditions for split synthesis of the evaluation (smoothing) filter and the control filter (regulator) in automatic tracking control systems operating with deviation.
The article offers a solution to the problem of control and evaluation in the framework of two-circuit systems, which are equivalent to combined systems. The second circuit can be presented as a product of a reverse transfer function with an error in the first circuit to the transfer function of Controller, which has a positive feedback from the operator, as well as the reverse transfer function of the control object without integrating links. It is proposed to use for evaluation an evaluation filter with closed filter transfer function instead of an open regulator.
The characteristic polynomial of a two-circuit automatic control system (ACS) excludes the influence of the stable second-circuit evaluation filter on the stability of the entire ACS. The polynomial of the numerator of the transfer function must have the difference of polynomials by error, which ensures the achievement of invariance.
A double-circuit ACS is equivalent to a combined one, since it provides the following: invariance of the error with respect to the preset action without directly measuring it; stability of the first circuit with a stable second circuit.
The synthesized double-circuit ACS is equivalent to a combined one. The author has calculated and constructed the evaluation filter, the influence of this filter on ACS astatism (i. e., on its accuracy) has been analyzed.
Conclusions. The scientific novelty of the developed method of synthesis of high-precision automatic tracking systems with separate control and filtering procedures in conditions where the controlled value is not measured in the presence of disturbances is as follows. Equivalence to combined systems, in contrast to the methods of differential connections, is achieved not by three, but by two control loops. The practical significance lies in the fact that the proposed method is advisable to use for the construction of surveillance radio engineering systems, where the input useful effect is not measured in the presence of external influences and disturbances. In aircraft control systems.Актуальність. У комбінованих системах автоматичного управління (САУ) з принципом керування за збуренням виникають труднощі контролю збурень у деяких об’єктах радіотехнічних систем та дещо менша точність. Це особливо помітно, коли на об’єкт діє кілька рівноцінних збурень, врахування яких потребує підвищення складності і зменшення надійності САУ. А нехтування різко знижує точність системи. Тому є необхідність у розробці методу синтезу радіотехнічних слідкувальних систем, який усуває вказані недоліки.
Мета. Розробка методу синтезу автоматичних слідкувальних систем високої точності із розділеними процедурами управління та фільтрації в умовах, коли величина, яка управляється, не вимірюється (вхідний корисний вплив), при наявності збурень для побудови слідкувальних систем (особливо радіотехнічних, де вхідна корисна дія не вимірюється, а тому комбіноване управління не можливе).
Метод. Для досягнення мети дослідження використовувалися методи теорії автоматичного управління.
Результати. Показано, що в слідкувальних САУ, які працюють за відхиленням існує протиріччя між умовами роздільного синтезу фільтра оцінювання (зглажування) і фільтра (регулятора) управління.
Запропоновано рішення задачі управління і оцінювання в рамках двоконтурних систем, еквівалентних комбінованим системам. Другий контур можна представити добутком зворотної передаточної функції за помилкою першого контуру на передаточну функцію регулятора, охопленого позитивним зворотнім зв’язком, а також на зворотну передаточну функцію об’єкту управління без інтегруючих ланок. Запропоновано замість розімкнутого регулятора застосувати фільтр оцінювання з передаточною функцією замкнутого фільтра для отримання оцінки.
Характеристичний поліном двоконтурної системи автоматичного управління виключає вплив стійкого фільтра оцінювання другого контуру на стійкість всієї САУ. Поліном чисельника передаточної функції за помилкою повинен мати різницю поліномів, що забезпечує досягнення інваріантності.
Двоконтурна САУ являється еквівалентною комбінованій, так як в ній забезпечується: інваріантність помилки відносно задавальної дії без безпосереднього її вимірювання; cтійкість першого контуру при стійкому другому контурі.
Синтезована двоконтурна САУ, еквівалентна комбінованій. Розрахований та побудований фільтр оцінювання, проведений аналіз впливу цього фільтра на астатизм САУ (тобто на її точність).
Висновки. Наукова новизна розробленого методу синтезу автоматичних слідкувальних систем високої точності із розділеними процедурами управління та фільтрації в умовах, коли величина, яка управляється, не вимірюється при наявності збурень полягає в тому, що еквівалентність комбінованим системам, на відміну від методів диференціальних зв’язків, досягається не трьома, а двома контурами управління. Практична значущість полягає в тому, що запропонований метод доцільно застосовувати для побудови слідкувальних радіотехнічних систем, де вхідна корисна дія не вимірюється при наявності зовнішніх впливів та збурень, в системах управління літальними апаратами.Актуальність. У комбінованих системах автоматичного управління (САУ) з принципом керування за збуренням виникають труднощі контролю збурень у деяких об’єктах радіотехнічних систем та дещо менша точність. Це особливо помітно, коли на об’єкт діє кілька рівноцінних збурень, врахування яких потребує підвищення складності і зменшення надійності САУ. А нехтування різко знижує точність системи. Тому є необхідність у розробці методу синтезу радіотехнічних слідкувальних систем, який усуває вказані недоліки.
Мета. Розробка методу синтезу автоматичних слідкувальних систем високої точності із розділеними процедурами управління та фільтрації в умовах, коли величина, яка управляється, не вимірюється (вхідний корисний вплив), при наявності збурень для побудови слідкувальних систем (особливо радіотехнічних, де вхідна корисна дія не вимірюється, а тому комбіноване управління не можливе).
Метод. Для досягнення мети дослідження використовувалися методи теорії автоматичного управління.
Результати. Показано, що в слідкувальних САУ, які працюють за відхиленням існує протиріччя між умовами роздільного синтезу фільтра оцінювання (зглажування) і фільтра (регулятора) управління.
Запропоновано рішення задачі управління і оцінювання в рамках двоконтурних систем, еквівалентних комбінованим системам. Другий контур можна представити добутком зворотної передаточної функції за помилкою першого контуру на передаточну функцію регулятора, охопленого позитивним зворотнім зв’язком, а також на зворотну передаточну функцію об’єкту управління без інтегруючих ланок. Запропоновано замість розімкнутого регулятора застосувати фільтр оцінювання з передаточною функцією замкнутого фільтра для отримання оцінки.
Характеристичний поліном двоконтурної системи автоматичного управління виключає вплив стійкого фільтра оцінювання другого контуру на стійкість всієї САУ. Поліном чисельника передаточної функції за помилкою повинен мати різницю поліномів, що забезпечує досягнення інваріантності.
Двоконтурна САУ являється еквівалентною комбінованій, так як в ній забезпечується: інваріантність помилки відносно задавальної дії без безпосереднього її вимірювання; cтійкість першого контуру при стійкому другому контурі.
Синтезована двоконтурна САУ, еквівалентна комбінованій. Розрахований та побудований фільтр оцінювання, проведений аналіз впливу цього фільтра на астатизм САУ (тобто на її точність).
Висновки. Наукова новизна розробленого методу синтезу автоматичних слідкувальних систем високої точності із розділеними процедурами управління та фільтрації в умовах, коли величина, яка управляється, не вимірюється при наявності збурень полягає в тому, що еквівалентність комбінованим системам, на відміну від методів диференціальних зв’язків, досягається не трьома, а двома контурами управління. Практична значущість полягає в тому, що запропонований метод доцільно застосовувати для побудови слідкувальних радіотехнічних систем, де вхідна корисна дія не вимірюється при наявності зовнішніх впливів та збурень, в системах управління літальними апаратами