Radio Electronics, Computer Science, Control
Not a member yet
1174 research outputs found
Sort by
ОПТИМІЗАЦІЯ ФОРМИ І РОЗМІРУ ІНЖЕКТУЮЧИХ КОНТАКТІВ ІНТЕГРАЛЬНИХ P-I-N-СТРУКТУР НА ОСНОВІ ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ КОНФОРМНИХ ВІДОБРАЖЕНЬ
No full textContext. P-i-n-diodes are widely used in a microwave technology to control the electromagnetic field. The field is controlled by the formation of an electron-hole plasma in the region of an intrinsic semiconductor (i-region) under the influence of a control current. The development of control devices on p-i-n-diodes has led to the emergence of integral p-i-n-structures of various types, the characteristics of which (for example, switching speed, switched power level, etc.) exceed the similar characteristics of volume diodes. The properties of p-i-n-structures are determined by a number of processes: the diffusion-drift charge transfer process, the recombination-generation, thermal, injection, and the so on. Obviously, these processes should be taken into account (are displayed) in the mathematical model of the computer-aided design system for control devices of a microwave systems. Integrated process accounting leads to the formulation of complex tasks. One of them is the task of optimizing the shape, geometric dimensions and placement of the injected contacts (an active region).
Objective. The goal of the work is the development of a mathematical model and the corresponding software of the process of a microwave waves interaction with electron-hole plasma in an active region of the surface-oriented integral p-i-n-structures with ribbon-type freeform contacts to optimize an active region shape and its geometric dimensions.
Method. The main idea of the developed algorithm is to use the conformal mapping method to bring the physical domain of the problem to canonical form, followed by solving internal boundary value problems in this area for the ambipolar diffusion equation and the wave equation using numerical-analytical methods (the finite difference method; partial domains method using projection boundary conditions similar to the Galerkin method). The optimization algorithm is based on a phased solution of the following problems (the shape and geometric dimensions of the active region are specified at each stage): a computational grid of nodes for the physical regions of the problem is being found, in an active region the carriers concentration distribution is being determined and the energy transmitted coefficient in the system under study is being calculated, which is used in the proposed optimization functional. The extreme values of the functional are found by the uniform search method.
Results. The proposed mathematical model and the corresponding algorithm for optimizing the shape and geometric dimensions of the active region (i-region) of integrated surface-oriented p-i-n-structures expands the tool base for the design of semiconductor circuits of microwave frequencies (for example, similar to CST MICROWAVE STUDIO).
Conclusions. An algorithm has been developed to optimize the shape and geometrical dimensions of the active region of integrated surface-oriented p-i-n-structures with in-depth contacts intended for switching millimeter-wave electromagnetic signals. The universality of the algorithm is ensured by applying the method of conformal transformations of spatial domains. The example of the application of the proposed algorithm to search for the optimal sizes of wedge-shaped (in cross-section) contacts of silicon structures is considered.Актуальность. P-i-n-диоды широко используются в технике сверхвысоких частот для управления электромагнитным полем. Управление полем осуществляется за счет формирования в области собственного полупроводника (i-области) электронно-дырочной плазмы под действием управляющего тока. Развитие управляющих устройств на p-i-n-диодах привел к появлению интегральных p-i-n-структур различных типов, характеристики которых (например, быстродействие, уровень коммутируемой мощности и т.д.) превышают аналогичные характеристики объемных диодов. Свойства p-i-n-структур определяют ряд процессов: диффузионно-дрейфовый процесс переноса зарядов, рекомбинационно-генерационные, тепловые, инжекции и тому подобное. Очевидно, что указанные процессы должны учитываться (находить отражение) в математической модели системы компьютерного проектирования управляющих устройств сверхвысокочастотных систем. Комплексный учет процессов приводит к постановке сложных задач. Одна из них – задача оптимизации формы, геометрических размеров и размещения инжекционных контактов (активной области).
Цель. Заключается в разработке математической модели и соответствующего ей программного комплекса процесса взаимодействия сверхвысокочастотных волн с электронно-дырочной плазмой в активной области полупроводниковых коммутирующих поверхностноориентированных интегральных p-i-n-структур с контактами ленточного типа для проведения процедуры оптимизации формы и геометрических размеров активной области.
Метод. Основная идея разработанного алгоритма – применение метода конформных отображений для приведения физической области задачи к каноническому виду с последующим решением на данной области внутренних краевых задач для уравнения амбиполярной диффузии и волнового уравнения численно-аналитическими методами (использован метод конечных разностей, частных областей с применением проекционных граничных условий, аналог метода Галеркина). В основе оптимизационного алгоритма лежит поэтапное решение (при заданных на каждом этапе форме и геометрическим размерам активной области) следующих задач: находится расчетная сетка узлов для физических областей задачи, рассчитывается распределение концентрации носителей заряда в активной области, вычисляется коэффициент передачи энергии в исследуемой системе, входящий в предложенный оптимизационный функционал. Экстремальные значения функционала находятся методом равномерного поиска.
Результаты. Предложенная математическая модель и соответствующий результативный алгоритм оптимизации формы и геометрических размеров активной области (i-области) интегральных поверхностно-ориентированных p-i-n-структур расширяет инструментальную базу для проектирования полупроводниковых схем сверхвысоких частот (аналогичных, например, CST MICROWAVE STUDIO).
Выводы. Разработан алгоритм оптимизации формы и геометрических размеров активной области интегральных поверхностноориентированных p-i-n-структур с углубленными контактами, предназначенных для коммутации электромагнитных сигналов миллиметрового диапазона. Универсальность алгоритма обеспечивается применением метода конформных отображений пространственных областей. Рассмотрен пример применения предложенного алгоритма для поиска оптимальных размеров клинообразных (в поперечном разрезе) контактов кремниевых структур.Актуальність. P-i-n-діоди широко використовуються у техніці надвисоких частот для управління електромагнітним полем. Керування полем здійснюється за рахунок формування в області власного напівпровідника (і-області) електронно-діркової плазми під дією керуючого струму. Розвиток керуючих пристроїв на p-i-n-діодах привів до появи інтегральних p-i-n-структур різних типів, характеристики яких (наприклад, швидкодія, рівень комутованої потужності тощо) перевищують аналогічні характеристики об’ємних діодів. Властивості p-i-n-структур визначають ряд процесів: дифузійно-дрейфовий процес перенесення зарядів, рекомбінаційно-генераційні, теплові, інжекції тощо. Очевидно, що зазначені процеси повинні враховуватись (знаходити відображення) у математичній моделі системи комп’ютерного проектування керуючих пристроїв надвисокочастотних систем. Комплексне врахування процесів приводить до постановки складних задач. Одна із них – задача оптимізації форми, геометричних розмірів та розміщення інжектуючих контактів (активної області).
Мета. Полягає у розробці математичної моделі та відповідного їй програмного комплексу процесу взаємодії надвисокочастотних хвиль з електронно-дірковою плазмою в активній області напівпровідникових комутуючих поверхнево-орієнтованих інтегральних p-i-n-структур з контактами стрічкового типу для проведення процедури оптимізації форми та геометричних розмірів активної області.
Метод. Основна ідея розробленого алгоритму – застосування методу конформних відображень для приведення фізичної області задачі до канонічного вигляду з подальшим розв’язанням на даній області внутрішніх крайових задач для рівняння амбіполярної дифузії та хвильового рівняння чисельно-аналітичними методами (використано метод скінченних різниць, частинних областей із застосуванням проекційних граничних умов, аналог методу Гальоркіна). В основі оптимізаційного алгоритму лежить поетапне розв’язання (при заданих на кожному етапі формі та геометричних розмірах активної області) наступних задач: знаходиться розрахункова сітка вузлів для фізичних областей задачі, розраховується розподіл концентрації носіїв заряду в активній області, обчислюється коефіцієнт передачі енергії в досліджуваній системі, який входить в запропонований оптимізаційний функціонал. Екстремальні значення функціоналу знаходяться методом рівномірного пошуку.
Результати. Запропонована математична модель та відповідний результативний алгоритм оптимізації форми та геометричних розмірів активної області ( і-області) інтегральних поверхнево-орієнтованих p-i-n-структур розширює інструментальну базу для проектування напівпровідникових схем надвисоких частот (аналогічних, наприклад, CST MICROWAVE STUDIO).
Висновки. Розроблено алгоритм оптимізації форми та геометричних розмірів активної області інтегральних поверхневоорієнтованих p-i-n-структур з заглибленими контактами, що призначені для комутації електромагнітних сигналів міліметрового діапазону. Універсальність алгоритму забезпечується застосуванням методу конформних відображень просторових областей. Розглянуто приклад застосування запропонованого алгоритму для пошуку оптимальних розмірів клиновидних (в поперечному розрізі) контактів кремнієвих структур
ГЛИБОКЕ НАВЧАННЯ З ПІДКРІПЛЕННЯМ З ПАМ’ЯТТЮ З ПРОРІДЖЕНИМИ ДАНИМИ ДЛЯ ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧІ «ВОДНИЙ СВІТ»
No full textContext. Machine learning is one of the actively developing areas of data processing. Reinforcement learning is a class of machine learning methods where the problem involves mapping the sequence of environmental states to agent’s actions. Significant progress in this area has been achieved using DQN-algorithms, which became one of the first classes of stable algorithms for learning using deep neural networks. The main disadvantage of this approach is the rapid growth of RAM in real-world tasks. The approach proposed in this paper can partially solve this problem.
Objective. The aim is to develop a method of forming the structure and nature of access to the sparse distributed memory with increased information content to improve reinforcement learning without additional memory.
Method. A method of forming the structure and modification of sparse distributed memory for storing previous transitions of the actor in the form of prototypes is proposed. The method allows increasing the informativeness of the stored data and, as a result, to improve the process of creating a model of the studied process by intensifying the learning of the deep neural network. Increasing the informativeness of the stored data is the result of this sequence of actions. First, we compare the new transition and the last saved transition. To perform this comparison, this method introduces a rate estimate for the distance between transitions. If the distance between the new transition and the last saved transition is smaller than the specified threshold, the new transition is written in place of the previous one without increasing the amount of memory. Otherwise, we create a new prototype in memory while deleting the prototype that has been stored in memory the longest.
Results. The work of the proposed method was studied during the solution of the popular “Water World” test problem. The results showed a 1.5-times increase in the actor’s survival time in a hostile environment. This result was achieved by increasing the informativeness of the stored data without increasing the amount of RAM.
Conclusions. The proposed method of forming and modifying the structure of sparse distributed memory allowed to increase the informativeness of the stored data. As a result of this approach, improved reinforcement learning parameters on the example of the “Water World” problem by increasing the accuracy of the model of the physical process represented by a deep neural network.Актуальность. Машинное обучение это одна из активно развивающихся отраслей обработки данных. Значительных успехов в этой сфере удалось достичь благодаря использованию DQN-алгоритмов, которые стали одними из первых устойчивых алгоритмов обучения с использованием глубоких нейронных сетей. Основным недостатком такого подхода является стремительный рост оперативной памяти при реализации задач реального мира. Предложенный в работе подход позволяет частично решить эту проблему.
Цель. Целью работы является разработка метода формирования структуры и характера доступа к разреженной распределенной памяти с повышенной информативностью для улучшения обучения с подкреплением без привлечения дополнительной памяти.
Метод. Предложен метод формирования структуры и модификации памяти с прореженными данными для хранения предыдущих переходов актера в виде прототипов. Метод позволяет повысить информативность хранимых данных и, как результат, улучшить процесс создания модели изучаемого процесса путем интенсификации обучения глубокой нейронной сети. Повышение информативности хранимых данных является результатом такой последовательности действий. Сначала выполняем сравнение нового перехода и последнего сохраненного перехода. Для выполнения такого сравнения, в рамках данного метода, введена норма оценки расстояния между переходами. Если расстояние между новым переходом и последним сохраненным переходом меньше заданного порога, то новый переход записывается на место предыдущего без увеличения объема памяти. В противном случае создаем новый прототип в памяти с одновременным удалением того прототипа, который хранился в памяти дольше.
Результаты. Работа предложенного метода была исследована в ходе решения популярной тестовой задачи «Водный мир». Результаты показали увеличение времени выживания актера во враждебной среде в 1,5 раза. Такой результат был достигнут за счет повышения информативности хранимых данных без увеличения объема оперативной памяти.
Выводы. Предложенный метод формирования и модификации памяти с прореженными данными позволил повысить информативность хранимых данных. В результате такого подхода были получены улучшенные параметры обучения с подкреплением на примере задачи «Водный мир» за счет повышения точности модели физического процесса, представленного глубокой нейронной сетью.Актуальність. Машинне навчання це одна з галузей обробки даних, яка активно розвивається. Значних успіхів у цій сфері вдалося досягти завдяки використанню DQN-алгоритмів, які стали одними з перших стійких алгоритмів навчання при використанні глибоких нейронних мереж. Основним недоліком такого підходу є стрімке зростання оперативної пам’яті при реалізації задач реального світу. Запропонований в роботі підхід дозволяє частково вирішити цю проблему.
Мета. Метою роботи є розробка методу формування структури та характеру доступу до розрідженої розподіленої пам’яті з підвищеною інформативністю для покращення навчання з підкріпленням без залучення додаткової пам’яті.
Метод. Запропоновано метод формування структури та модифікації пам’яті з прорідженими даними для зберігання попередніх переходів актора у вигляді прототипів. Метод дозволяє підвищити інформативність збережених даних і, як результат, покращити процес створення моделі досліджуваного процесу шляхом інтенсифікації навчання глибокої нейронної мережі. Підвищення інформативності збережених даних є результатом такої послідовності дій. Спочатку виконуємо порівняння нового переходу та останнього збереженого переходу. Для виконання такого порівняння, в рамках даного методу, введено норму оцінки відстані між переходами. Якщо відстань між новим переходом та останнім збереженим переходом є меншою за заданий поріг, то новий перехід записується на місце попереднього без збільшення обсягу пам’яті. У протилежному випадку створюємо новий прототип в пам’яті з одночасним видаленням прототипу, який зберігався у пам’яті найдовше.
Результати. Роботу запропонованого методу було досліджено під час вирішення популярної тестової задачі “Водний світ”. Результати показали збільшення часу виживання актора у ворожому середовищі в 1,5 рази. Такий результат був досягнутий за рахунок підвищення інформативності збережених даних без збільшення обсягу оперативної пам’яті.
Висновки. Запропонований метод формування та модифікації структури пам’яті з прорідженими даними дозволив підвищити інформативність збережених даних. В результаті такого підходу було одержано покращені параметри навчання з підкріпленням на прикладі задачі «Водний світ» за рахунок підвищення точності моделі фізичного процесу, представленого глибокою нейронною мережею
КОМБІНОВАНИЙ НЬЮТОНІВСЬКОЇ МЕТОД ТРЕТЬОГО ПОРЯДКУ ЗБІЖНОСТІ ДЛЯ МІНІМІЗАЦІЇ ФУНКЦІЙ ОДНІЄЇ ЗМІННОЮ
No full textContex. The article deals with the actual problem of numerical optimization of slowly computed unimodal functions of one variable. The analysis of existing methods of minimization of the first and second orders of convergence, which showed that these methods can be used to quickly solve these problems for functions, the values of which can be obtained without difficulty. For slowly computed functions, these methods give slow algorithms; therefore, the problem of developing fast methods for minimizing such functions is urgent.
Objective. Development of a combined third-order Newtonian method of convergence to minimize predominantly slowly computed unimodal functions, as well as the development of a database, including smooth, monotonic and partially constant functions, to test the method and compare its effectiveness with other known methods.
Method. A technique and an algorithm for solving the problem of fast minimization of a unimodal function of one variable by a combined numerical Newtonian method of the third order of convergence presented. The method is capable of recognizing strictly unimodal, monotonic and constant functions, as well as functions with partial or complete sections of a flat minimum.
Results. The results of comparison of the proposed method with other methods, including the fast Brent method, presented. 6954 problems were solved using the combined Newtonian method, while the method turned out to be faster than other methods in 95.5% of problems, Brent’s method worked faster in only 4.5% of problems. In general, the analysis of the calculation results showed that the combined method worked 1.64 times faster than the Brent method.
Conclusions. A combined third-order Newtonian method of convergence proposed for minimizing predominantly slowly computed unimodal functions of one variable. A database of problems developed, including smooth, monotone and partially constant functions, to test the method and compare its effectiveness with other known methods. It is shown that the proposed method, in comparison with other methods, including the fast Brent method, has a higher performance.Актуальность. В статье рассматривается актуальная проблема численной оптимизации медленно вычисляемых унимодальных функций одной переменной. Проведен анализ существующих методов минимизации первого и второго порядка сходимости, который показал, что эти методы могут быть использованы для быстрого решения этих задач для функций, значения которых могут быть получены без затруднений. Для медленно вычисляемых функций эти методы дают медленные алгоритмы, поэтому актуальной является задача разработки быстрых методов для минимизации таких функций.
Цель. Разработка комбинированного ньютоновского метода третьего порядка сходимости для минимизации преимущественно медленно вычисляемых унимодальных функций, а также разработка базы данных, включающая гладкие, монотонные и частично постоянные функции, для проверки метода и сравнения его эффективности с другими известными методами.
Метод. Излагается методика и алгоритм решения задачи быстрой минимизации унимодальной функции одной переменной комбинированным численным ньютоновским методом третьего порядка сходимости. Метод способен распознавать строго унимодальные, монотонные и постоянные функции, а также функции с частичными или полными участками плоского минимума.
Результаты. Приводятся результаты сравнение предлагаемого метода с другими методами, в том числе быстрым методом Брента. С помощью комбинированного ньютоновского метода решено 6954 задачи, при этом метод оказался быстрее других методов в 95,5% задач, метод Брента работал быстрее лишь в 4,5% задач. В целом анализ результатов расчета показал, что комбинированный метод работал в 1,64 раза быстрее, чем метод Брента.
Выводы. Предложен комбинированный ньютоновский метод третьего порядка сходимости для минимизации преимущественно медленно вычисляемых унимодальных функций одной переменной. Разработана база данных задач, включая гладкие, монотонные и частично постоянные функции, для проверки метода и сравнения его эффективности с другими известными методами. Показано, что предлагаемый метод по сравнению с другими методами, включая быстрый метод Брента, имеет более высокое быстродействие. Актуальність. У статті розглядається актуальна проблема чисельної оптимізації повільно обчислюваних унімодальних функцій однієї змінної. Проведено аналіз існуючих методів мінімізації першого і другого порядку збіжності, який показав, що ці методи можуть бути використані для швидкого вирішення цих завдань для функцій, значення яких можуть бути отримані без труднощів. Для повільно обчислюваних функцій ці методи дають повільні алгоритми, тому актуальною є задача розробки швидких методів для мінімізації таких функцій.
Мета. Розробка комбінованого ньютоновского методу третього порядку збіжності для мінімізації переважно повільно обчислюваних унімодальних функцій, а також розробка бази даних, що включає гладкі, монотонні і частково постійні функції, для перевірки методу і порівняння його ефективності з іншими відомими методами.
Метод. Викладається методика і алгоритм вирішення завдання швидкої мінімізації унімодальної функції однієї змінної комбінованим чисельним ньютоновским методом третього порядку збіжності. Метод здатний розпізнавати строго унімодальне, монотонні і постійні функції, а також функції з частковими або повними ділянками плоского мінімуму.
Результати. Наводяться результати порівняння запропонованого методу з іншими методами, в тому числі швидким методом Брента. За допомогою комбінованого ньютоновского методу вирішено 6954 завдання, при цьому метод виявився швидше за інших методів в 95,5% завдань, метод Брента працював швидше лише в 4,5% завдань.В цілому аналіз результатів розрахунку показав, що комбінований метод працював в 1,64 рази швидше, ніж метод Брента.
Висновки. Запропоновано комбінований ньютоновский метод третього порядку збіжності для мінімізації переважно повільно обчислюваних унімодальних функцій однієї змінної. Розроблено базу даних завдань, включаючи гладкі, монотонні і частково постійні функції, для перевірки методу і порівняння його ефективності з іншими відомими методами. Показано, що запропонований метод в порівнянні з іншими методами, включаючи швидкий метод Брента, має більш високу швидкодію
ІДЕНТИФІКАЦІЯ РЕАКЦИЙ ОПЕРАТОРА МОРСЬКОЇ ЕЛЕКТРОННОЇ НАВІГАЦІЇ
No full textContext. The article introduces an approach for analyzing the reactions of a marine electronic navigation operator as well as automated identification of the likelihood of the negative impact of the human factors in ergatic control systems for sea transport. To meet the target algorithms for providing information referring to the results of human-machine interaction of an operator in marine emergency response situations while managing increasing complexity of navigation operations’ carrying out are put forward.
Objective. The approach delivers conversion of the operator’s actions feature space into a logical-geometric one of p-adic systems making the level of the operator’s intellectual activity by using automated means highly likely to be identified. It is sure to contribute to its dynamic prediction for the sake of further marine emergency situations lessening.
Method. Within the framework of the mentioned above approach attaining objective as automated identification of the segmented results of human-machine interactions a method for transforming deterministic fragments of an operator’s intellectual activity in terms of p-adic structures is proposed to be used. To cope with such principles as specification, generalization as well as transitions to different perception spaces of the navigation situation by the operator are said to be formally specified. Having been carried out of simulation modeling has turned out to confirm the feasibility of the proposed above approach causing, on the grounds of temporary identifiers, the individual structure of the operator’s reactions to be determined. As a result, the data obtained has delivered the possibility of having typical situations forecasted by using automated multicriteria methods and tools. This issue for its part is said to be spotted as identification of individual indicators of the operator’s reaction dynamics in complex man-machine interaction.
Results. In order to have the proposed formal-algorithmic approach approved an experiment was performed using the navigation simulator Navi Trainer 5000 (NTPRO 5000). Automated analysis of experimental server and video data have furnished the means of deterministic operator actions identification in the form of metadata of the trajectory of his reactions within the space of p-adic structures. Thus, the results of modeling involving automated neural networks are sure to facilitate the time series of the intellectual activity of the electronic marine navigation operator to be identified and, therefore, to predict further reactions with a high degree of reliability.
Conclusions. The proposed formal research approaches combined with the developed automated means as well as algorithmic and methodological suggestions brought closer to the objectives for solving the problem of automated identification of the negative impact of the human factors of the electronic navigation operator on a whole new level. The efficiency of the proposed approach is noticed to have been approved by the results of automated processing of experimental data and built forecasts.Актуальность. В статье предложен подход анализа реакций оператора морской электронной навигации и автоматизированной идентификации негативного влияния его человеческого фактора в эргатических системах управления морским транспортом. Предложены алгоритмы считывания информации о результатах человеко-машинного взаимодействия оператора в критических ситуациях при выполнении навигационных операций повышенной сложности.
Цель. Целью исследования является разработка подхода позволяющего преобразовать признаковое пространство действий оператора в виде логико-геометрического пространства p-адических систем, в результате которого появляется возможность идентифицировать уровень интеллектуальной деятельности оператора с помощью автоматизированных средств и спрогнозировать его динамику для нивелирования критических ситуаций.
Метод. В рамках подхода и с целью автоматизированной идентификации сегментированных результатов человекомашинные взаимодействия описан метод преобразования детерминированных фрагментов интеллектуальной деятельности оператора в терминах p-адических структур. Формально описаны принципы детализации, обобщения, а также переходов в различные пространства восприятия навигационной ситуации оператором. Проведено имитационное моделирование подтверждающее целесообразность предложенного подхода и позволяющее на основе временных идентификаторов определить индивидуальную структуру реакций оператора. Полученные данные позволяют выполнять прогнозирование для типовых ситуаций с применением автоматизированных многокритериальных методов и средств, что в свою очередь дает возможность идентифицировать индивидуальные показатели динамики реакций оператора в сложном человеко-машинном взаимодействии. Результаты. С целью подтверждения предложенного формально-алгоритмического подхода был проведен эксперимент с использованием навигационного симулятора Navi Trainer 5000 (NTPRO 5000). Автоматизированный анализ экспериментальных серверных данных, данных видеоряда, позволил идентифицировать детерминированные действия оператора в виде метаданных траектории его реакций в рамках пространств p-адических структур.
Результаты моделирования с применением автоматизированных нейронных сетей позволили получить временные ряды интеллектуальной деятельности оператора электронной морской навигации и с достаточной степенью надежности выполнять прогноз дальнейших реакций.
Выводы. Предложенные формальные подходы исследования, в сочетании с разработанными автоматизированными средствами, а также алгоритмическими и методологическими предложениями позволили на новом уровне подойти к решению проблемы автоматизированной идентификации негативного проявления человеческого фактора оператора электронной навигации. Результативность предложенного подхода была обоснована по результатам автоматизированной обработки экспериментальных данных и построенных прогнозов.Актуальність. У статті запропоновано підхід аналізу реакцій оператора морської електронної навігації та автоматизованої ідентифікації негативного впливу його людського фактору в ергатичних системах управління морським транспортом. Запропоновано алгоритми зчитування інформації про результати людино-машинного взаємодії оператора у критичних ситуаціях при виконанні навігаційних операцій підвищеної складності.
Мета. Метою дослідження є розробка підходу що дозволяє перетворити простір ознак щодо дій оператора у вигляді логіко-геометричного простору p-адичних систем, в результаті якого з’являється можливість ідентифікації рівня інтелектуальної діяльності оператора за допомогою автоматизованих засобів і спрогнозувати його динаміку для нівелювання критичних ситуацій.
Метод. В рамках підходу і з метою автоматизованої ідентифікації сегментованих результатів людино-машинної взаємодії описано метод перетворення детермінованих фрагментів інтелектуальної діяльності оператора в термінах p-адічних структур. Формально описані принципи деталізації, узагальнення, а також переходів у різні простори сприйняття навігаційної ситуації оператором. Проведено імітаційне моделювання що підтверджує доцільність запропонованого підходу і дозволяє на основі часових ідентифікаторів визначити індивідуальну структуру реакцій оператора. Отримані дані дозволяють виконувати прогнозування для типових ситуацій із застосуванням автоматизованих багатокритеріальних методів і засобів, що у свою чергу дає можливість ідентифікувати індивідуальні показники динаміки реакцій оператора у складній людиномашинній взаємодії.
Результати. З метою підтвердження запропонованого формально-алгоритмічного підходу був проведений експеримент з використанням навігаційного симулятора Navi Trainer 5000 (NTPRO 5000). Автоматизований аналіз експериментальних серверних даних, даних відеоряду, дозволив ідентифікувати детерміновані дії оператора у вигляді метаданих траєкторії його реакцій в рамках просторів p-адичних структур. Результати моделювання із застосуванням автоматизованих нейронних мереж дозволили отримати часові ряди інтелектуальної діяльності оператора електронної морської навігації та з достатнім ступенем надійності виконувати прогноз подальших реакцій.
Висновки. Запропоновані формальні підходи дослідження, в поєднанні із розробленими автоматизованими засобами, а також алгоритмічними і методологічними пропозиціями дозволили на новому рівні підійти до вирішення проблеми автоматизованої ідентифікації негативного прояву людського фактора оператора електронною навігації. Результативність запропонованого підходу була обґрунтована за результатами автоматизованої обробки експериментальних даних і побудованих прогнозів
СТОХАСТИЧНА ПСЕВДОСПІНОВА НЕЙРОННА МЕРЕЖА З ТРИДІАГОНАЛЬНИМИ СИНАПТИЧНИМИ ЗВ’ЯЗКАМИ
Get PDFContext. To reduce the computational resource time in the problems of diagnosing and recognizing distorted images based on a fully connected stochastic pseudospin neural network, it becomes necessary to thin out synaptic connections between neurons, which is solved using the method of diagonalizing the matrix of synaptic connections without losing interaction between all neurons in the network.
Objective. To create an architecture of a stochastic pseudo-spin neural network with diagonal synaptic connections without loosing the interaction between all the neurons in the layer to reduce its learning time.
Method. The paper uses the Hausholder method, the method of compressing input images based on the diagonalization of the matrix of synaptic connections and the computer mathematics system MATLAB for converting a fully connected neural network into a tridiagonal form with hidden synaptic connections between all neurons.
Results. We developed a model of a stochastic neural network architecture with sparse renormalized synaptic connections that take into account deleted synaptic connections. Based on the transformation of the synaptic connection matrix of a fully connected neural network into a Hessenberg matrix with tridiagonal synaptic connections, we proposed a renormalized local Hebb rule. Using the computer mathematics system “WolframMathematica 11.3”, we calculated, as a function of the number of neurons N, the relative tuning time of synaptic connections (per iteration) in a stochastic pseudospin neural network with a tridiagonal connection Matrix, relative to the tuning time of synaptic connections (per iteration) in a fully connected synaptic neural network.
Conclusions. We found that with an increase in the number of neurons, the tuning time of synaptic connections (per iteration) in a stochastic pseudospin neural network with a tridiagonal connection Matrix, relative to the tuning time of synaptic connections (per iteration) in a fully connected synaptic neural network, decreases according to a hyperbolic law. Depending on the direction of pseudospin neurons, we proposed a classification of a renormalized neural network with a ferromagnetic structure, an antiferromagnetic structure, and a dipole glass.Актуальность. Для сокращения времени вычислительного ресурса в задачах диагностирования и распознавания искаженных образов на основе полносвязной стохастической псевдоспиновой нейронной сети возникает необходимость прореживания синаптических связей между нейронами, которое решается с помощью метода диагонализации матрицы синаптических связей без потери взаимодействия между всеми нейронами в сети.
Цель работы. Создание архитектуры стохастической псевдоспиновой нейросети с разреженными и диагональными синаптическими связями без потери взаимодействия между всеми нейронами в слое для уменьшения времени ее обучения.
Метод. В статье используется метод Хаусхолдера, метод сжатия входных образов на основе диагонализации матрицы синаптических связей и система компьютерной математики MATLAB для приведения полносвязной нейросети к трехдиагональному виду со скрытыми синаптическими связями между всеми нейронами.
Результаты. Разработана модель архитектуры стохастической нейросети с разреженными перенормированными синаптическими связями, которые учитывают изъятые синаптические связи. На основе преобразования матрицы синаптических связей полносвязной нейронной сети к матрице Гессенберга с трехдиагональными синаптическими связями предложено перенормированное локальное правило Хебба. С помощью системы компьютерной математики «WolframMathematica 11.3» рассчитано в зависимости от числа нейронов N относительное время настройки синаптических связей (за одну итерацию) в стохастической псевдоспиновой нейронной сети с трехдиагональной матрицей связей, относительно времени настройки синаптических связей (за одну итерацию) в полносвязной синаптической нейронной сети.
Выводы. Установлено, что с увеличением числа нейронов время настройки синаптических связей (за одну итерацию) в стохастической псевдоспиновой нейронной сети с трехдиагональной матрицей связей, относительно времени настройки синаптических связей (за одну итерацию) в полносвязной синаптической нейронной сети, уменьшается за гиперболическим законом. В зависимости от направления псевдоспинов нейронов, предложена классификация перенормированной нейронной сети с ферромагнитной структурой, антиферромагнитной структурой и дипольным стеклом.Актуальність. Для скорочення часу обчислювального ресурсу в задачах діагностування та розпізнавання спотворених образів на основі повнозв’язної стохастичної псевдоспінової нейронної мережі виникає необхідність прорідження синаптичних зв’язків між нейронами, що вирішується за допомогою методу діагоналізації матриці синаптичних зв’язків без втрати взаємодії між всіма нейронами в мережі.
Мета роботи. Створення архітектури стохастичної псевдоспінової нейромережі з розрідженими та діагональними синаптичними зв’язками без втрати взаємодії між всіма нейронами в мережі для зменшення часу її навчання.
Метод. У статті використовується метод Хаусхолдера, метод стиску вхідних образів на основі діагоналізації матриці синаптичних зв’язків та система комп’ютерної математики MATLAB для зведення повнозв’язної нейромережі до тридіагонального вигляду з прихованими синаптичними зв’язками між всіма нейронами.
Результати. Розроблено модель архітектури стохастичної нейромережі з розрідженими перенормованими синаптичними зв’язками, які враховують вилучені синаптичні зв’язки. На основі перетворення матриці синаптичних зв’язків повнозв’язної нейронної мережі до матриці Гессенберга з тридіагональними синаптичними зв’язками запропоновано перенормоване локальне правило Хебба. За допомогою системи комп’ютерної математики «WolframMathematica 11.3» розраховано в залежності від числа нейронів N відносний час налаштування синаптичних зв’язків (за одну ітерацію) у стохастичній псевдоспіновій нейронній мережі з тридіагональною матрицею зв’язків, відносно часу налаштування синаптичних зв’язків (за одну ітерацію) у повнозв’язній синаптичній нейронній мережі.
Висновки. Встановлено, що зі збільшенням числа нейронів час налаштування синаптичних зв’язків (за одну ітерацію) у стохастичній псевдоспіновій нейронній мережі з тридіагональною матрицею зв’язків, відносно часу налаштування синаптичнихзв’язків (за одну ітерацію) у повнозв’язній синаптичній нейронній мережі, зменшується за гіперболічним законом. В залежності від напрямку псевдоспінів нейронів, запропоновано класифікацію перенормованої нейронної мережі із феромагнітною структурою, антиферомагнітною структурою та дипольним склом
САМОСІНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦІЙ ДЛЯ БМК И ПЛІС
No full textContext. Self-Timed Circuits, proposed by D. Muller on the rise of the digital era, continues to excite researchers’ minds. These circuits started with the task of improving performance by taking into account real delays. Then Self-Timed Circuits have moved into the field of green computing. At last, they are currently positioned mainly in the field of fault tolerance. There is much redundancy in Self-Timed Circuits. It is believed that Self-Timed Circuits approaches will be in demand in the nano-circuitry when a synchronous approach becomes impossible. Strictly Self-Timed Circuits check transition process completion for each gate’s output. For this, they use so-called D. Muller elements (C-elements, hysteresis flip-flops, G-flip-flops). Usually, Self-Timed Circuits are designed on Uncommitted Logic Array. Now an extensive base of Uncommitted Logic Array Self-Timed gates exists. It is believed that SelfTimed Circuits are not compatible with FPGA technology. However, attempts to create self-timed FPGAs do not stop. The article proposes a Self-Timed Lookup Table for the Self-Timed Uncommitted Logic Array and the Self-Timed FPGA, carried out either by constants or utilizing additional memory cells. Authors proposed 1,2 – Self-Timed Lookup Table and described simulation results.
Objective. The work’s goal is the analysis and design of the Strictly Self-Timed universal logic element based on Uncommitted Logic Array cells and pass-transistors circuits.
Methods. Analysis and synthesis of the Strictly Self-Timed circuits with Boolean algebra. Simulation of the proposed element in the CAD “ARC”, TRANAL program, system NI Multisim by National Instruments Electronics Workbench Group, and layout design by Microwind. The reliability theory and reliability calculations in PTC Mathcad.
Results. Authors designed, analyzed, and proved the Self-Timed Lookup Table’s workability for the Uncommitted Logic Arrays and FPGAs. Layouts of the novel logic gates are ready for manufacturing.
Conclusions. The conducted studies allow us to use proposed circuits in perspective digital devices.Актуальность. Самосинхронные схемы, предложенные Д. Маллером на заре цифровой эры, продолжают волновать умы исследователей. Эти схемы стартовали с задач повышения производительности с учетом реальных задержек. Затем самосинхронные схемы перешли в область «зеленых» вычислений и, наконец, в настоящее время позиционируются в основном в области отказоустойчивости. В самосинхронных схемах много избыточности. Считается, что подходы самосинхронных схем будут востребованы в нано-схемотехнике, когда синхронный подход становится невозможным. Строго самосинхронные схемы анализируют окончание переходного процесса на выходах каждого вентиля, используя так называемые элементы Маллера (C-элементы, гистерезисные триггеры, G-триггеры). Обычно самосинхронные схемы разрабатываются для базовых матричных кристаллов. Имеется обширная база самосинхронных схем базовых матричных кристаллов. Считается, что самосинхронные схемы несовместимы с технологией FPGA. Но попытки создания самосинхронных ПЛИС не прекращаются. В статье предлагается строго самосинхронный генератор функций для самосинхронных схем базовых матричных кристаллов и самосинхронных FPGA, конфигурирование которых осуществляется либо константами, либо с помощью дополнительных ячеек памяти. Авторы предложили 1,2 – LUTсамосинхронный и описали результаты моделирования.
Цель. Целью данной работы является анализ и проектирование строго самосинхронного универсального логического элемента LUT, основанного на элементах БМК и на схемах из передающих транзисторов.
Методы. Анализ и синтез строго самосинхронных схем с помощью булевой алгебры. Моделирование предложенного элемента в САПР «Ковчег», программе TRANAL, системах NI Multisim от National Instruments Electronics Workbench Group и топологического проектирования Microwind. Теория надежности и соответствующие расчеты в СКА Mathcad.
Результаты. Авторы разработали, проанализировали и доказали работоспособность самосинхронных генераторов функций для базовых матричных кристаллов и для ПЛИС. Топологии новых логических элементов готовы к изготовлению.
Выводы. Проведенные исследования позволяют использовать предложенные схемы в перспективных цифровых устройствах. Актуальність. Самосинхронні схеми, запропоновані Д. Маллером на зорі цифрової ери, продовжують хвилювати уми дослідників. Ці схеми стартували із завдань підвищення продуктивності з урахуванням реальних затримок. Потім самосинхронні схеми перейшли в область «зелених» обчислень і, нарешті, в даний час позиціонуються в основному в області відмовостійкості. У самосинхронних схем багато надмірності. Вважається, що підходи самосинхронних схем будуть задіяні в нано схемотехниці, коли синхронний підхід стане неможливим. Строго самосинхронні схеми аналізують закінчення перехідного процесу на виходах кожного вентиля, використовуючи так звані елементи Маллера (C-елементи, гістерезисні тригери, G-тригери). Зазвичай самосінхронні схеми розробляються для базових матричних кристалів. Є велика база самосинхронних схем базових матричних кристалів. Вважається, що самосинхронні схеми несумісні з технологією FPGA. Але спроби створення самосинхронних ПЛІС не припиняються. У статті пропонується самосинхронний генератор функцій для самосинхронних схем базових матричних кристалів та самосинхронних FPGA, конфігурація яких здійснюється або константами, або за допомогою додаткових елементів пам’яті. Автори запропонували 1,2 – LUT-самосинхронний і описали результати моделювання.
Мета. Метою даної роботи є аналіз і проектування самосинхронного універсального логічного елемента LUTсамосинхронний, заснованого на елементах БМК і на схемах передачі транзисторів.
Методи. Аналіз і синтез строго самосинхронних схем за допомогою булевої алгебри. Моделювання запропонованого елемента в САПР «Ковчег», програмою TRANAL, системах NI Multisim від National Instruments Electronics Workbench Group і топологічного проектування Microwind. Теорія надійності і відповідні розрахунки в СКА Mathcad.
Результати. Автори розробили, проаналізували і довели працездатність самосинхронного генератора функцій для базових матричних кристалів і для ПЛІС. Топології нових логічних елементів готові до виготовлення.
Висновки. Проведені дослідження дозволяють використовувати запропоновані схеми в перспективних цифрових пристроях
ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ «СТРИБАЮЧИХ ЖАБ» ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
No full textContext. An application of the method of a “jumping frogs” search algorithm to construct optimal experiment plans for cost (time) in the study of technological processes and systems that allow the implementation of an active experiment on them is proposed.
The object of study are optimization methods for cost (time) costs of experimental designs, based on the application of a “jumping frogs” search algorithm.
Objective. To obtain optimization results by optimizing the search of a “jumping frogs” search algorithm for the cost (time) costs of plans for a full factorial experiment.
Method. A method is proposed for constructing a cost-effective (time) implementation of an experiment planning matrix using algorithms for searching for “jumping frogs”. At the beginning, the number of factors and the cost of transitions for each factor level are entered. Then, taking into account the entered data, the initial experiment planning matrix is formed. Then, taking into account the entered data, the initial matrix of experiment planning is formed. The “jumping frogs” method determines the “successful frog” by the lowest cost of transitions between levels for each of the factors. After that, the permutations of the “frogs” are performed. The “frog” strives for the most “successful” and, provided it stays close, remains in the location. Then the gain is calculated in comparison with the initial cost (time) of the experiment.
Results. Software has been developed that implements the proposed method, which was used to conduct computational experiments to study the properties of these methods in the study of technological processes and systems that allow the implementation of an active experiment on them. The experimental designs that are optimal in terms of cost (time) are obtained, and the winnings in the optimization results are compared with the initial cost of the experiment. A comparative analysis of optimization methods for the cost (time) costs of plans for a full factorial experiment is carried out.
Conclusions. The conducted experiments confirmed the operability of the proposed method and the software that implements it, and also allows us to recommend it for practical use in constructing optimal experiment planning matrices.Актуальность. Предложено применение метода «прыгающих лягушек» для построения оптимальных планов экспериментов по стоимостным (временными) затратами при исследовании технологических процессов и систем, позволяющих осуществлять над ними активный эксперимент.
Объект. Методы оптимизации по стоимостным (временным) затратам, основанные на применении алгоритма поиска «прыгающих лягушек».
Целью работы является получение результатов оптимизации путем оптимизации с помощью алгоритма поиска «прыгающих лягушек» по стоимостным (временными) затратами планов полного факторного эксперимента.
Метод. Предложен метод построения по стоимостным (временными) затратами реализации матрицы планирования эксперимента с использованием алгоритма «прыгающих лягушек». В начале вводится количество факторов и стоимость переходов для каждого уровня факторов. Затем с учетом введенных данных формируется начальная матрица планирования эксперимента. Метод «прыгающих лягушек» определяет «успешную лягушку» по наименьшей стоимости переходов между уровнями по каждому из факторов. После этого выполняются перестановки «лягушек». «Лягушка» стремится к наиболее «успешной» и, при условии, что находится рядом, остается на месте. Также рассчитывается выигрыш по сравнению с начальной стоимостью (времени) эксперимента.
Результаты. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенный метод, который использовался для проведения вычислительных экспериментов для изучения свойств этих методов при изучении технологических процессов и систем, позволяющих осуществлять над ними активный эксперимент. Полученные результаты оптимальных планов экспериментов по стоимостным (временными) затратами сравниваются с начальной стоимостью эксперимента и рассчитывается выигрыш по сравнению с первоначальным планом эксперимента.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного метода и программного обеспечения, которое его реализует, а также позволяет рекомендовать его для практического использования при построении оптимальных матриц планирования экспериментов.Актуальність. Запропоновано застосування методу «стрибаючих жаб» для побудови оптимальних планів експериментів за вартісними (часовими) витратами при дослідженні технологічних процесів та систем, що дозволяють здійснювати над ними активний експеримент.
Об’єкт. Методи оптимізації за вартісними (часовими) витратами, основані на застосуванні алгоритму пошуку «стрибаючих жаб».
Метою роботи є отримання результатів оптимізації шляхом оптимізації за допомогою алгоритму «стрибаючих жаб» за вартісними (часовими) витратами планів повного факторного експерименту.
Метод. Запропоновано метод побудови за вартісними (часовими) витратами реалізації матриці планування експерименту з використанням алгоритму «стрибаючих жаб». На початку вводиться кількість факторів і вартість переходів для кожного рівня факторів. Потім з урахуванням введених даних формується початкова матриця планування експерименту. Метод «стрибаючих жаб» визначає найбільш «успішну жабу» та найменшу вартість переходів між рівнями для кожного з факторів. Після цього виконуються перестановки «жаб». «Жаба» прагне до найбільш «успішних» і, за умови, що вона залишається поруч, залишається на місці. Також розраховується виграш порівняно з початковою вартістю (часом) експерименту.
Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропонований метод, який використовувався для проведення обчислювальних експериментів для вивчення властивостей цих методів при вивченні технологічних процесів і систем, що дозволяють здійснювати над ними активний експеримент. Отримані результати оптимальних планів експериментів за вартісними (часовими) витратами порівнюються з початковою вартістю експерименту та розраховується виграш у порівнянні з початковим планом експерименту.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу та програмного забезпечення, яке його реалізує, а також дозволяє рекомендувати його для практичного використання при побудові оптимальних матриць планування експериментів
УНІВЕРСАЛЬНИЙ МЕТОД ОБЧИСЛЮВАЛЬНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПОРОГОВИХ ЕФЕКТІВ В НЕСТАЦІОНАРНИХ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕССАХ
No full textContext. In modern conditions occur abrupt changes in ecosystems. The species composition of Caspian Sea is changing rapidly. The dynamics of populations acquires an extreme character with the development of rapid invasions. The mathematical description of scale transformations requires new modeling methods. Complicated population regimes of changes have features of the threshold phenomenon in process of its development.
Objective. We set the goal of computational modeling of practically important scenarios – groups of situations that relate to extreme and transitional dynamics of ecosystems, like outbreaks at the onset of dangerous invasions. We are developing a method that, on the basis of the survival model of generations, will conduct a description of sudden transitions to rapid but limited outbreak of numbers or, on contrary, a collapse of stocks like Atlantic cod in 1992 or Peruan anchovy Engraulis ringens in 1985. The purpose of our modeling is to improve the accuracy of forecasts of the population size when experts are estimates a rational strategy for the exploitation of biological resources.
Method. Situations of abrupt but short-term changes in population processes cannot be calculated by traditional mathematical models and expressed in terms of asymptotic dynamics – closed limit trajectory sets. The basis of the idea of the method proposed by us is the formalization of nonlinear efficiency of reproduction, which changes in a threshold manner only in strictly defined environmental conditions. We use continuous-discrete time in the model for early ontognosis of the cod fish and insect pests. The method with triggers allows us to take into account in simulation experiments logic and motivation of making decisions by experts, people who manage the strategy of exploiting biological resources. Models assess variability for development of situations
Results. We have implemented new method of bounded trigger functionals into hybrid system of the equations, that acting in selected specific states of biosystems. Analysis of new model scenarios with modifications of functionals in the basic hybrid system for extreme situations in fish and insect pests is carried out.
Conclusions. We consider the method to be universal, since selection of the functional can be adapted to a wide class of models using differential equations on a fixed interval.Актуальность. В современных условиях происходят резкие изменения в экосистемах. Стремительно меняется видовой состав биоценозов. Динамика популяций приобретает экстремальный характер при развитии стремительных инвазий. Для математического описания масштабных трансформаций требуются новые методы моделирования. Сложные популяционные режимы изменений имеют ряд особенностей порогового развития.
Цель работы. Мы ставим задачу вычислительного моделирования практически важных сценариев – группы ситуаций, которые относятся к экстремальной и переходной динамике экосистем, как вспышек при начале опасных инвазий. Развиваем способ, который будет на основе модели выживаемости поколений проводить описание внезапных переходов к стремительной, но ограниченной вспышки численности. Аналогично, метод применим к анализу ситуаций коллапса биоресурсов – быстрой и неожиданной деградации запасов рыб, которая не сменяется восстановлением вопреки прогнозам и расчетам специалистов. Нами развивается методика гибридных вычислений для описания нелинейных эффектов в экодинамике.
Метод. Ситуации резких, но непродолжительных изменениях в популяционных процессах невозможно рассчитать традиционными математическими моделями и выразить терминами асимптотической динамики – замкнутыми предельными множествами траектории. В основе идеи предлагаемого нами метода формализация нелинейной эффективности воспроизводства, которая меняется пороговым образом только в строго определенных условиях среды, для чего использовано непрерывно-дискретное время.
Результаты. В гибридной системе уравнений реализован метод триггерных функционалов, действующих в выделенных особых состояниях биосистем. Проводится анализ новых модельных сценариев с модификациями функционалов в базовой гибридной системе для экстремальных ситуаций у рыб и насекомых-вредителей.
Выводы. Метод мы считаем универсальным, так подбор функционала может быть адаптирован к широкому классу моделей, использующих дифференциальные уравнения на фиксированном интервале.Актуальність. В сучасних умовах відбуваються різкі зміни в екосистемах. Стрімко змінюється видовий склад біоценозів. Динаміка популяцій набуває екстремальний характер при розвитку стрімких інвазій. Для математичного опису масштабних трансформацій потрібні нові методи моделювання. Складні популяційні режими змін мають ряд особливостей порогового розвитку. Нами розвивається методика гібридних обчислень для опису нелінійних ефектів в екодінамікі.
Мета роботи. Ми ставимо завдання обчислювального моделювання практично важливих сценаріїв – групи ситуацій, які відносяться до екстремальної та перехідною динаміці екосистем, як спалахів при початку небезпечних інвазій. Розвиваємо спосіб, який буде на основі моделі виживання поколінь проводити опис раптових переходів до стрімкої, але обмеженою спалаху чисельності. Аналогічно, метод можна застосовувати до аналізу ситуацій колапсу біоресурсів – швидкої і несподіваної деградації запасів риб, що не змінюється відновленням всупереч прогнозам і розрахунками фахівців.
Метод. Ситуації різких, але нетривалих зміни в популяційних процесах неможливо розрахувати традиційними математичними моделями і висловити термінами асимптотической динаміки – замкнутими граничними множинами траєкторії. В основі ідеї пропонованого нами методу формалізація нелінійної ефективності відтворення, яка змінюється пороговим чином тільки в суворо визначених умовах середовища, для чого використано безперервно-дискретний час.
Результати. У гібридній системі рівнянь реалізований метод тригерних функціоналів, що діють в виділених особливих станах біосистем. Проводиться аналіз нових модельних сценаріїв з модифікаціями функціоналів в базовій гібридній системі для екстремальних ситуацій у риб і комах-шкідників.
Висновки. Метод ми вважаємо універсальним, так підбір функціонала може бути адаптований до широкого класу моделей, що використовують диференціальні рівняння на фіксованому інтервалі
ЗАСТОСУВАННЯ ІНДИКАТОРНОЇ СИСТЕМИ ПРИ МОДЕЛЮВАННІ СКЛАДНИХ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
No full textContext. The problem of determining the optimal topology of a neuromodel, which is characterized by a high level of logical transparency in modeling complex technical systems, is considered. The object of research is the process of applying an indicator system to simplify and select the topology of neuromodels.
Objective of the work is to develop and use a system of indicators to determine the level of complexity of the modeling problem and gradually select the optimal logically transparent topology of the neuromodel.
Method. A method is proposed for selecting an optimal, logically transparent neural network topology for modeling complex technical systems using a system of corresponding indicators. At the beginning, the method determines the overall level of complexity of the modeling task and, using the obtained estimate, determines the method for further optimization of the neuromodel. Then, using Task data and input data characteristics, the method allows to obtain the most optimal structure of the neural model for further modeling of the system. The method reduces trainingvtime and increases the level of logical transparency of neuromodels, which significantly expands the practical use of such models, without using neuroevolution methods, which may not be justified by resource-intensive tasks.
Results. The developed method is implemented and investigated in solving the problem of modeling the dynamics of pitting processes of steel alloys. Using the developed method made it possible to reduce the training time of the model by 22%, depending on the computing resources used. The method also increased the level of logical transparency of the model by reducing the number of computing nodes by 50%, which also indicates faster and more efficient use of resources.
Conclusions. The conducted experiments confirmed the operability of the proposed mathematical support and allow us to recommend it for use in practice in the design of topologies of neuromodels for further solving modeling, diagnosis and evaluation problems. Prospects for further research may consist in the development of methods for structural optimization of previously synthesized models and the development of new methods for feature selection.Актуальность. Рассмотрена задача определения оптимальной топологии нейромоделей, которая отличается высоким уровнем логической прозрачности при моделировании сложных технических систем. Объектом исследования является процесс применения индикаторной системы для упрощения и выбора топологии нейромодели.
Цель работы заключается в разработке и использовании системы индикаторов для определения уровня сложности задачи моделирования и постепенном подборе оптимальной логически прозрачной топологии нейромоделей.
Метод. Предложен метод для подбора оптимальной, логично прозрачной топологии нейронной сети для моделирования сложных технических систем с использованием системы соответствующих индикаторов. В начале метод определяет общий уровень сложности задачи моделирования и используя полученную оценку определяет способ дальнейшей оптимизации нейромоделей. Затем используя данные о задаче и характеристики входных данных метод позволяет получить наиболее оптимальную структуру нейронной модели для дальнейшего моделирования системы. Метод позволяет сократить время обучения и повысить уровень логической прозрачности нейромодели, что значительно расширяет практическое использование таких моделей, без использования нейроэволюционных методов, которые могут быть не оправданно ресурсоемкими при ряде задач.
Результаты. Разработанный метод реализован и исследован при решении задачи моделирования динамики питтинговых процессов стальных сплавов. Использование разработанного метода позволило сократить время обучения модели на 22%, в зависимости от используемых вычислительных ресурсов. Также метод позволил повысить уровень логической прозрачности модели сократив количество вычислительных узлов на 50%, что также свидетельствует об ускорении и более рациональном использовании ресурсов.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при проектировании топологии нейромоделей для дальнейшего решения задач моделирования, диагностирования и оценивания. Перспективы дальнейших исследований могут заключаться в разработке методов структурной оптимизации предварительно синтезированных моделей и разработке новых методов отбора информативных признаков.Актуальність. Розглянуто задачу визначення оптимальної топології нейромоделі, що відрізняється високим рівнем логічної прозорості при моделюванні складних технічних систем. Об’єктом дослідження є процес застосування індикаторної системи для спрощення та вибору топології нейромоделі.
Мета роботи полягає у розробці та використанні системи індикаторів для визначення рівню складності задачі моделювання та поступовому підборі оптимальної логічно прозорої топології нейромоделі.
Метод. Запропоновано метод для підбору оптимальної, логічно прозорої топології нейронної мережі для моделювання складних технічних систем з використанням системи відповідних індикаторів. На початку метод визначає загальний рівень складності задачі моделювання та використовуючи отриману оцінку визначає спосіб подальшої оптимізації нейромоделі. Потім використовуючи дані про задачу та характеристики вхідних даних метод дозволяє отримати найбільш оптимальну структуру нейронної моделі для подальшого моделювання системи. Метод дозволяє скоротити час навчання та підвищити рівень логічної прозорості нейромоделі, що значно розширює практичне використання таких моделей, без використання нейроеволюційних методів, що можуть бути не виправдано ресурсоємними при ряді задач.
Результати. Розроблений метод реалізовано та досліджено при вирішенні задачі моделювання динаміки піттінгових процесів стальних сплавів. Використання розробленого методу дозволило скоротити час навчання моделі на 22%, в залежності від використовуваних обчислювальних ресурсів. Також метод дозволило підвищити рівень логічної прозорості моделі скоротивши кількість обчислювальних вузлів на 50%, що також свідчить про прискорення та більш раціональне використання ресурсів.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при проектуванні топологій нейромоделей для подальшого вирішення задач моделювання, діагностування та оцінювання. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в розробці методів структурної оптимізації попередньо синтезованих моделей та розробці нових методів відбору інформаційних ознак
ІГРОВА МОДЕЛЬ ОНТОЛОГІЧНОЇ ПІДТРИМКИ ПРОЕКТІВ
Get PDFContext. In today’s information society with advanced telecommunications through mobile devices and computer networks, it is important to form a variety of virtual organizations and communities. Such virtual associations of people by professional or other interests are designed to quickly solve various tasks: to perform project tasks, create startups to attract investors, network marketing, distance learning, solving complex problems in science, economics and public administration , construction of various Internet services, discussion of political and social processes, etc.
Objective of the study is to develop an adaptive Markov recurrent method based on the stochastic approximation of the modified condition of complementary non-rigidity, valid at Nash equilibrium points for solving the problem of game coverage of projects.
Method. In this work the multiagent game model for formation of virtual teams of executors of projects on the basis of libraries of subject ontologies is developed. The competencies and abilities of agents required to carry out projects are specified by sets of ontologies. Intelligent agents randomly, simultaneously and independently choose one of the projects at discrete times. Agents who have chosen the same project determine the current composition of the team of its executors. For agents’ teams, a current penalty is calculated for insufficient coverage of competencies by the combined capabilities of agents. This penalty is used to adaptively recalculate mixed player strategies. The probabilities of selecting those teams whose current composition has led to a reduction in the fine for non-coverage of ontologies are increasing. During the repetitive stochastic game, agents will form vectors of mixed strategies that will minimize average penalties for non-coverage of projects.
Results. For solve the problem of game coverage of projects, an adaptive Markov recurrent method based on the stochastic approximation of the modified condition of complementary non-rigidity, valid at Nash equilibrium points, was developed.
Conclusions. Computer simulation confirmed the possibility of using the stochastic game model to form teams of project executors with the necessary ontological support in conditions of uncertainty. The convergence of the game method is ensured by compliance with the fundamental conditions and limitations of stochastic optimization. The reliability of experimental studies is confirmed by the repeatability of the results obtained for different sequences of random variables.Актуальность. В современном информационном обществе с развитыми средствами телекоммуникации с помощью мобильных устройств и компьютерных сетей актуальным является формирование различных виртуальных организаций и сообществ. Такие виртуальные объединения людей по профессиональным или другими интересами предназначены для оперативного решения различных задач: для выполнения проектных заданий, создания стартапов с целью привлечения инвесторов, организации сетевого маркетинга, организации дистанционного обучения, решения сложных вопросов в науке, экономике и государственном управлении, построения различных Интернет-сервисов, обсуждения политических и социальных процессов и тому подобное.
Целью исследования является разработка адаптивного марковского рекуррентного метода на основе стохастической аппроксимации модифицированного условия дополняющей нежесткости, справедливого в точках равновесия по Нэшу для решения задачи игрового покрытия проектов.
Метод. В этой работе разработана многоагентная игровая модель для формирования виртуальных команд исполнителей проектов на основе библиотек предметных онтологий. Необходимые для выполнения проектов компетенции и способности агентов задаются наборами онтологий. Интеллектуальные агенты случайно, одновременно и независимо выбирают один из проектов в дискретные моменты времени. Агенты, которые выбрали один и тот же проект, определяют текущий состав команды его исполнителей. Для команд агентов исчисляется текущий штраф за недостаточное покрытие компетенций объединенными способностями агентов. Этот штраф используется для адаптивного пересчета смешанных стратегий игроков. Увеличиваются вероятности выбора тех команд, текущий состав которых привел к уменьшению штрафа за непокрытие онтологий. В ходе повторяющейся стохастической игры агенты сформируют векторы смешанных стратегий, которые обеспечат минимизацию усредненных штрафов за непокрытия проектов.
Результаты. Для решения задачи игрового покрытия проектов разработан адаптивный марковский рекуррентный метод на основе стохастической аппроксимации модифицированного условия доповняющей нежесткости, справедливого в точках равновесия по Нэшу.
Выводы. Компьютерное моделирование подтвердило возможность применения модели стохастической игры для формирования команд исполнителей проектов с необходимой онтологической поддержкой в условиях неопределенности. Сходимость игрового метода обеспечивается соблюдением фундаментальных условий и ограничений стохастической оптимизации. Достоверность экспериментальных исследований подтверждается повторяемость полученных результатов для различных последовательностей случайных величин.Актуальність. У сучасному інформаційному суспільстві із розвиненими засобами телекомунікації за допомогою мобільних пристроїв та комп’ютерних мереж актуальним є формування різноманітних віртуальних організацій та спільнот. Такі віртуальні об’єднання людей за професійними або іншими інтересами призначені для оперативного розв’язування різноманітних задач: для виконання проектних завдань, створення стартапів з метою залучення інвесторів, організації мережного маркетингу, організації дистанційного навчання, вирішення складних питань в науці, економіці та державному управлінні, побудови різноманітних Інтернет-сервісів, обговорення політичних і соціальних процесів тощо.
Метою дослідження є розроблення адаптивного марковського рекурентного методу на основі стохастичної апроксимації модифікованої умови доповняльної нежорсткості, справедливої у точках рівноваги за Нешем для розв’язування задачі ігрового покриття проектів.
Метод. У цій роботі розроблена багатоагентна ігрова модель для формування віртуальних команд виконавців проектів на основі бібліотек предметних онтологій. Необхідні для виконання проектів компетенції та здібності агентів задаються наборами онтологій. Інтелектуальні агенти випадково, одночасно і незалежно вибирають один із проектів у дискретні моменти часу. Агенти, що обрали один і той же проект, визначають поточний склад команди його виконавців. Для команд агентів обчислюється поточний штраф за недостатнє покриття компетенцій об’єднаними здібностями агентів. Цей штраф використовується для адаптивного перерахунку змішаних стратегій гравців. Збільшуються імовірності вибору тих команд, поточний склад яких призвів до зменшення штрафу за непокриття онтологій. У ході повторювальної стохастичної гри агенти сформують вектори змішаних стратегій, які забезпечать мінімізацію усереднених штрафів за непокриття проектів.
Результати. Для розв’язування задачі ігрового покриття проектів розроблено адаптивний марковський рекурентний метод на основі стохастичної апроксимації модифікованої умови доповняльної нежорсткості, справедливої у точках рівноваги за Нешем.
Висновки. Комп’ютерне моделювання підтвердило можливість застосування моделі стохастичної гри для формування команд виконавців проектів з необхідною онтологічною підтримкою в умовах невизначеності. Збіжність ігрового методу забезпечується дотриманням фундаментальних умов та обмежень стохастичної оптимізації. Достовірність експериментальних досліджень підтверджується повторювальністю отриманих результатів для різних послідовностей випадкових величин