Radio Electronics, Computer Science, Control
Not a member yet
1174 research outputs found
Sort by
ЧАСОВИЙ АНАЛІЗ ОБЧИСЛЕННЯ МОДУЛЬНОЇ ЕКСПОНЕНТИ
No full textContext. Providing the problem of fast calculation of the modular exponentiation requires the development of effective algorithmic methods using the latest information technologies. Fast computations of the modular exponentiation are extremely necessary for efficient computations in theoretical-numerical transforms, for provide high crypto capability of information data and in many other applications.
Objective – the runtime analysis of software functions for computation of modular exponentiation of the developed programs based on parallel organization of computation with using multithreading.
Method. Modular exponentiation is implemented using a 2k-ary sliding window algorithm, where k is chosen according to the size of the exponent. Parallelization of computation consists in using the calculation of the remainders of numbers raised to the power of 2i modulo, and their further parallel multiplications modulo.
Results. Comparison of the runtimes of three variants of functions for computing the modular exponentiation is performed. In the algorithm of parallel organization of computation with using multithreading provide faster computation of modular exponentiation for exponent values larger than 1K binary digits compared to the function of modular exponentiation of the MPIR library. The MPIR library with an integer data type with the number of binary digits from 256 to 2048 bits is used to develop an algorithm for computing the modular exponentiation with using multithreading.
Conclusions. In the work has been considered and analysed the developed software implementation of the computation of modular exponentiation on universal computer systems. One of the ways to implement the speedup of computing modular exponentiation is developing algorithms that can use multithreading technology on multi-cores microprocessors. The multithreading software implementation of modular exponentiation with increasing from 1024 the number of binary digit of exponent shows an improvement of computation time with comparison with the function of modular exponentiation of the MPIR library.Актуальность. Решение задачи быстрого вычисления модульной экспоненты возведения требует разработки эффективных алгоритмических методов с использованием новейших информационных технологий. Быстрые вычисления модульной экспоненты возведения чрезвычайно необходимы для эффективных вычислений в теоретико-численных преобразованиях, для обеспечения высокой криптостойкости информационных данных и во многих других приложениях.
Цель – анализ исполнения функций в программном обеспечении для вычисления модульного возведения в степень разработанных программ на основе параллельной организации вычислений с использованием многопоточности.
Метод. Модульное возведение в степень реализуется с использованием алгоритма 2k-арного скользящего окна, где k выбирается в соответствии с размером показателя степени. Распараллеливание вычислений заключается в использовании вычисления остатков чисел, возведенных в степень 2i по модулю, и их дальнейших параллельных умножений по модулю.
Результаты. Проведено сравнение времени выполнения трех вариантов функций для вычисления модульной экспоненты. В алгоритме параллельной организации вычислений с использованием многопоточности обеспечивается более быстрое вычисление модульной экспоненты для значений показателя больше 1К двоичных разрядов по сравнению с функцией модульного возведения в степень библиотеки MPIR. Библиотека MPIR с целочисленным типом данных с количеством двоичных разрядов от 256 до 2048 бит используется для разработки алгоритма вычисления модульного возведения в степень с использованием многопоточности.
Выводы. В работе рассмотрена и проанализирована разработанная программная реализация вычисления модульной экспоненты на универсальных компьютерных системах. Одним из способов реализации ускорения вычислений модульной экспоненты является разработка алгоритмов, которые могут использовать технологию многопоточности на многоядерных микропроцессорах. Многопоточная программная реализация модульной экспоненты с увеличением с 1024 числа двоичных разрядов экспоненты показывает улучшение времени вычислений по сравнению с функцией модульного возведения в степень библиотеки MPIR.Актуальність. Постановка проблеми швидкого обчислення модульної експоненти вимагає розробки ефективних алгоритмічних методів з використанням новітніх інформаційних технологій. Швидкі обчислення модульної експоненти є надзвичайно необхідними для ефективних обчислень у теоретико-числових перетвореннях, для забезпечення високої стійкості криптоінформаційних даних та у багатьох інших додатках.
Мета – аналіз швидкості виконання функцій в програмному забезпеченні для обчислення модульної експоненти розроблених програм на основі паралельної організації обчислень з використанням багатопоточності.
Метод. Обчислення модульної експоненти реалізується за допомогою алгоритму 2k-го ковзаючого вікна, де k вибирається відповідно до розміру показника степеня. Паралелізація обчислень полягає у використанні обчислення залишків чисел, піднесених до степеня 2i за модулем, та їх подальшого паралельного множення за модулем.
Результати. Здійснено порівняння часу виконання трьох варіантів функцій для обчислення модульної експоненти. В алгоритмі паралельної організації обчислень з використанням багатопоточності забезпечується більш швидке обчислення обчислення модульної експоненти для значень показника степеня, що перевищує 1K двійкових цифр, порівняно з функцією обчислення модульної експоненти в бібліотеці MPIR. Бібліотека MPIR з цілочисельним типом даних з числом двійкових цифр від 256 до 2048 біт використовується для розробки алгоритму обчислення обчислення модульної експоненти з використанням багатопоточності.
Висновки. У роботі розглянуто та проаналізовано розроблену програмну реалізацію обчислення модульної експоненти на універсальних комп'ютерних системах. Одним із способів реалізації прискорення обчислень обчислення модульної експоненти є розробка алгоритмів, які можуть використовувати багатопотокову технологію на багатоядерних мікропроцесорах. Багатопотокова програмна реалізація обчислення модульної експоненти зі збільшенням від 1024 числа двійкових розрядів показника степеня показує поліпшення часу обчислення у порівнянні з функцією обчислення модульної експоненти бібліотеки MPIR
МЕТОД СПЕКТРАЛЬНОЇ КЛАСТЕРИЗАЦІЇ ПЛАТЕЖІВ І ПОСТАВКИ СИРОВИНИ ДЛЯ ПЛАНУВАННЯ АУДИТУ ВІДПОВІДНОСТІ
No full textContext. The analytical procedures used in the audit are currently based on data mining techniques. The work solves the problem of increasing the efficiency and effectiveness of analytical audit procedures by clustering based on spectral decomposition. The object of the research is the process of auditing the compliance of payment and supply sequences for raw materials.
Objective. The aim of the work is to increase the effectiveness and efficiency of the audit due to the method of spectral clustering of sequences of payment and supply of raw materials while automating procedures for checking their compliance.
Method. The vectors of features are generated for the objects of the sequences of payment and supply of raw materials, which are then used in the proposed method. The created method improves the traditional spectral clustering method by automatically determining the number of clusters based on the explained and sample variance rule; automatic determination of the scale parameter based on local scaling (the rule of K-nearest neighbors is used); resistance to noise and random outliers by replacing the k-means method with a modified PAM method, i.e. replacing centroid clustering with medoid clustering. As in the traditional approach, the data can be sparse, and the clusters can have different shapes and sizes. The characteristics of evaluating the quality of spectral clustering are selected.
Results. The proposed spectral clustering method was implemented in the MATLAB package. The results obtained made it possible to study the dependence of the parameter values on the quality of clustering.
Conclusions. The experiments carried out have confirmed the efficiency of the proposed method and allow us to recommend it for practical use in solving audit problems. Prospects for further research may lie in the creation of intelligent parallel and distributed computer systems for general and special purposes, which use the proposed method for segmentation, machine learning and pattern recognition tasks.Актуальность. В настоящее время аналитические процедуры, используемые в ходе аудиторской проверки, базируются на методах интеллектуального анализа данных. В работе решается задача повышения результативности и эффективности аналитических процедур аудита путем кластеризации на основе спектрального разложения. Объектом исследования является процесс аудита соответствия последовательностей оплаты и поставок сырья.
Цель. Целью работы является повышение результативности и эффективности аудита за счет метода спектральной кластеризации последовательностей оплаты и поставок сырья при автоматизации процедур проверки их соответствия.
Методы. Сформированы вектора признаков для объектов последовательностей оплаты и поставок сырья, которые затем используются в предложенном методе. Созданный метод усовершенствует традиционный метод спектральной кластеризации за счет автоматического определения количества кластеров на основе правила объясненной и выборочной дисперсии; автоматического определения параметра масштаба на основе локального масштабирования (используется правило Kближайших соседей); устойчивости к шуму и случайным выбросам за счет замены метода k-средних модифицированным методом PAM, т.е. замены центроидной кластеризации медоидной кластеризацией. Как и в традиционном подходе данные могут быть разрежены, а кластера могут иметь разные форму и размер. Выбраны характеристики оценивания качества спектральной кластеризации.
Результаты. Предложенный метод спектральной кластеризации был программно реализован в пакете MATLAB. Полученные результаты позволили исследовать зависимость значений параметров на качество кластеризации.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного метода и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач аудита. Перспективы дальнейших исследований могут заключаться в создании интеллектуальных параллельных и распределенных компьютерных систем общего и специального назначения, которые используют предложенный метод для задач сегментации, машинного обучения и распознавания образов.Актуальність. В даний час аналітичні процедури, які використовуються в ході аудиторської перевірки, базуються на методах інтелектуального аналізу даних. В роботі вирішується завдання підвищення результативності та ефективності аналітичних процедур аудиту шляхом кластеризації на основі спектрального розкладання. Об’єктом дослідження є процес аудиту відповідності послідовностей оплати і поставок сировини.
Мета. Метою роботи є підвищення результативності та ефективності аудиту за рахунок методу спектральної кластеризації послідовностей оплати і поставок сировини при автоматизації процедур перевірки їх відповідності.
Методи. Сформовано вектори ознак для об’єктів послідовностей оплати і поставок сировини, які потім використовуються в запропонованому методі. Створений метод вдосконалює традиційний метод спектральної кластеризації за рахунок автоматичного визначення кількості кластерів на основі правила поясненої і вибіркової дисперсії; автоматичного визначення параметра масштабу на основі локального масштабу (використовується правило K-найближчих сусідів); стійкості до шуму і випадковим викидів за рахунок заміни методу k-середніх модифікованим методом PAM, тобто заміни центроїдної кластеризації медоідною кластерізацією. Як і в традиційному підході дані можуть бути розріджені, а кластера можуть мати різну форму і розмір. Обрані характеристики оцінювання якості спектральної кластеризації.
Результати. Запропонований метод спектральної кластеризації був програмно реалізований в пакеті MATLAB. Отримані результати дозволили досліджувати залежність значень параметрів на якість кластеризації.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні завдань аудиту. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в створенні інтелектуальних паралельних і розподілених комп’ютерних систем загального і спеціального призначення, які використовують запропонований метод для задач сегментації, машинного навчання та розпізнавання образів
ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ІНФОРМАЦІЙНО-КЕРУЮЧИХ СИСТЕМ З ВИКОРИСТАННЯМ ВБУДОВАНИХ ЗАСОБІВ ДІАГНОСТИКИ
No full textContext. In the modern world, information management systems have become widespread. This make it possible to automate the technological processes of enterprises of various sizes. Many information management systems include wireless and autonomous elements. Autonomy, in this case, means the ability of the system elements to function for a certain time without additional energy supply. In this regard, such a parameter of operational reliability as the battery life of a system element becomes one of the most important. One of the main tools for improving the reliability and fault tolerance of information management system elements – is the use of a modern diagnostic system.
Objective. The aim of the work is to develop a method for increasing the reliability of the functioning of autonomous elements of information management systems. It includes the creation of a model of an information management system and an algorithm for reasonable redistribution of diagnostic functions, as well as a software implementation of the developed algorithm, which confirms its higher reliability indicators in comparison with other algorithms.
Methods. The basic model was the Preparata-Metz-Chen model. On its basis, a new model of the system was built, including the structural and logical description of the elements and the determination of the way of their interaction. The elements were classified by the degree of criticality of the functions performed in the system. On the basis of the developed model and description of the elements, an algorithm was developed for the reasonable redistribution of the diagnostic load, which made it possible to reduce the average energy consumption of the elements and thereby improve the reliability indicators. A software implementation of the developed algorithm was created, which allows to numerically evaluate its advantages. The developed and existing algorithms were compared.
Results. A model of information management system has been developed. In such a system, it is proposed to use an integrated test diagnostics system. This diagnostic system implements algorithms for redistributing the diagnostic load. To determine the importance of the characteristics taken into account, a linear criterion was chosen, as the most studied and fastest in application. A software model, that implements the developed algorithm and makes it possible to compare it with existing algorithms, has been developed. A study of the software model with various parameters was carried out and, based on the results of the software simulation, conclusions were drawn about the possibilities of improving the algorithm and directions for further scientific research were formulated.
Conclusions. The usage of the developed algorithm makes it possible to increase such a characteristic of the reliability of the elements of the information and control system as the mean time of failure-free operation (mean time between failures) by increasing the operating time of autonomous elements without recharging. When carrying out software modeling of the developed and existing algorithms, the advantages of the first were confirmed, and theoretical possibilities for its improvement were formulated.Актуальность. В современном мире широкое распространение получили информационно-управляющие системы, которые позволяют автоматизировать технологические процессы предприятий различных масштабов. Многие информационно-управляющие системы имеют в своeм составе беспроводные и автономные элементы. Под автономностью, в данном случае, понимается возможность элементов системы функционировать определeнное время без дополнительного подвода энергии. В связи с этим, такой параметр надежности функционирования как время автономной работы элемента системы становится одним из важнейших. Одним из основных инструментов повышения надeжности и отказоустойчивости элементов ИУС является использование современной системы диагностирования.
Цель работы. Целью работы является разработка метода повышения надежности функционирования автономных элементов информационно-управляющих систем, в том числи создание модели информационно-управляющей системы и алгоритма обоснованного перераспределения диагностических функций, а также программная реализация разработанного алгоритма, подтверждающая его более высокие показатели достоверности по сравнению с другими алгоритмами.
Методы. Базовой моделью была выбрана модель Препарата-Метца-Чена. На еe основе была построена новая модель системы, включающая в себя структурно-логическое описание элементов и определение способа их взаимодействия. Была проведена классификация элементов по степени критичности выполняемых в системе функций. На основе разработанной модели и описания элементов был разработан алгоритм обоснованного перераспределения диагностической нагрузки, что позволило снизить среднее энергопотребление элементов и за счeт этого улучшить показатели надежности. Была создана программная реализация разработанного алгоритма, позволяющая численно оценить его преимущества. Было проведено сравнение разработанного и существующего алгоритмов.
Результаты. Разработана модель ИУС, для повышения показателей надежности которой предлагается использовать интегрированную систему тестовой диагностики. Для определения важности учитываемых характеристик был выбран линейный критерий как достаточный для решения поставленных задач. Создана математическая модель для расчeта основных показателей функционирования элементов ИУС. Разработан алгоритм перераспределения диагностической нагрузки, которые используют результаты расчeтов по предложенной модели и позволяют повысить показатели работоспособности элементов системы. Разработана программная модель, реализующая разработанный алгоритм и позволяющая сравнивать его с существующими алгоритмами. Было проведено исследование модели программного обеспечения с различными параметрами и по результатам моделирования программного обеспечения были сделаны выводы о возможностях улучшения алгоритма, сформулированы направления дальнейших научных исследований.
Выводы. Применение разработанного алгоритма позволяет повысить такую характеристику надежности элементов информационно-управляющей системы, как среднее время безотказной работы (средняя наработка на отказ) за счет увеличения времени работы автономных элементов без подзарядки. При проведении программного моделирования разработанного и существующего алгоритмов были подтверждены преимущества первого, а также сформулированы теоретические возможности для его улучшения.Актуальність. У сучасному світі широкого поширення набули інформаційно-керуючі системи, які дозволяють автоматизувати технологічні процеси підприємств різних масштабів. Багато інформаційно-керуючих систем (ІКС) мають у своєму складі бездротові і автономні елементи. Під автономністю, у даному випадку, мається на увазі можливість елементів системи функціонувати певний час без додаткового підведення енергії. У зв’язку з цим, такий параметр надійності функціонування, як час автономної роботи елемента системи, стає одним з найважливіших. Одним з основних інструментів підвищення надійності і відмовостійкості елементів ІКС є використання сучасної системи діагностування.
Мета роботи. Метою роботи є розробка методу підвищення надійності функціонування автономних елементів інформаційно-керуючих систем, в тому числі створення моделі інформаційно-керуючої системи і алгоритму обґрунтованого перерозподілу діагностичних функцій, а також програмна реалізація розробленого алгоритму, що підтверджує його більш високі показники достовірності порівняно з іншими алгоритмами.
Методи. Базовою моделлю була обрана модель Препарата-Метца-Чена. На її основі була побудована нова модель системи, що включає в себе структурно-логічний опис елементів і визначення способу їх взаємодії. Була проведена класифікація елементів за ступенем критичності виконуваних у системі функцій. На основі розробленої моделі та опису елементів був розроблений алгоритм обґрунтованого перерозподілу діагностичного навантаження, що дозволило знизити середнє енергоспоживання елементів і за рахунок цього поліпшити показники надійності. Була створена програмна реалізація розробленого алгоритму, що дозволяє чисельно оцінити його переваги. Було проведено порівняння розробленого і існуючого алгоритмів.
Результати. Розроблено модель ІКС, для підвищення показників надійності якої пропонується використовувати інтегровану систему тестової діагностики. Для визначення важливості врахованих характеристик був обраний лінійний критерій як достатній для вирішення поставлених завдань. Створено математичну модель для розрахунку основних показників функціонування елементів ІКС. Розроблено алгоритм перерозподілу діагностичного навантаження, які використовують результати розрахунків за запропонованою моделю і дозволяють підвищити показники працездатності елементів системи. Розроблена програмна модель, що реалізує розроблений алгоритм і дозволяє порівнювати його з існуючими алгоритмами. Було проведено дослідження моделі програмного забезпечення з різними параметрами і за результатами моделювання програмного забезпечення були зроблені висновки про можливості покращення алгоритму, сформульовані напрямки подальших наукових досліджень.
Висновки. Застосування розробленого алгоритму дозволяє підвищити таку характеристику надійності елементів ІКС, як середній час безвідмовної роботи (середнє напрацювання на відмову) за рахунок збільшення часу роботи автономних елементів без підзарядки. При проведенні програмного моделювання розробленого і існуючого алгоритмів були підтверджені переваги першого, а також сформульовані теоретичні можливості для його поліпшення
ПОРЯДОК ОЦІНКИ НЕСУЧОЇ ЧАСТОТИ СИГНАЛУ, ЩО ПРИЙМАЄТЬСЯ СУПУТНИКОВОЮ СИСТЕМОЮ ЗВ’ЯЗКУ В БЕЗПЕРЕРВНОМУ РЕЖИМІ
Get PDFContext. One of the features of satellite communication systems is the advantageous use in them during the reception of the signal in the continuous mode of phase modulation of signals intended for the transmission of useful information. The use of this type of modulation requires solving the problem of estimating the carrier frequency of the signal. And the estimation itself is reduced to the problem of estimating the frequency of the maximum in the spectrum of a fragment of a sinusoidal signal against the background of additive Gaussian noise. The article considers the process of estimating the carrier frequency of a signal by a satellite communication system in a continuous mode according to the rule of maximum likelihood.
Objective. Development of a procedure for estimating the carrier frequency of a signal received by a satellite communication system in a continuous mode according to the maximum likelihood rule.
Method. The procedure proposed in the work and the algorithm developed on its basis allows to estimate the carrier frequency according to the rule of maximum likelihood, taking into account the conditions of uncertainty of all signal parameters by the satellite communication system in continuous mode.
The results. For the purpose of practical introduction of the specified algorithm in operating schemes of satellite communication, schemes of its hardware realization are offered in work. To illustrate the ratio of the limits of the minimum limiting variance of the carrier frequency estimate, the paper presents dependencies that allow comparing the minimum limiting variance defined by the lower Cramer-Rao boundary and the minimum limiting variance determined taking into account all signal parameters.
Conclusions. Analysis of these dependences showed that in real conditions the minimum dispersion of the carrier frequency of the signal according to the rule of maximum likelihood received by the satellite communication system in continuous mode with uncertainty of all signal parameters may differ significantly from the minimum dispersion obtained by applying the lower Kramer-Rao boundary. Prospective research, development and creation of algorithms and techniques aimed at estimating the carrier frequency at the minimum limiting variance in the conditions of uncertainty of all parameters of the received signal should be aimed at the maximum approximation of the minimum limiting variance of the estimated carrier frequency to the lower Cramer-Rao boundary to estimate the carrier frequency under conditions of certainty of other signal parameters.Актуальность. Одной из особенностей систем спутниковой связи является преимущественное использование в них во время приему сигнала в непрерывном режиме фазовой модуляции сигналов, предназначенных для передачи полезной информации. Использование указанного вида модуляции требует решения задачи по оценке несущей частоты сигнала. А сама оценка сводится к задаче оценки частоты максимума в спектре фрагмента синусоидального сигнала на фоне аддитивного гауссовского шума. В статье рассмотрен процесс оценки несущей частоты сигнала спутниковой системой связи в безпрерывистом режиме по правилу максимального правдоподобия.
Цель. Разработка порядка оценки несущей частоты сигнала, принимаемого спутниковой системой связи в непрерывном режиме по правилу максимального правдоподобия.
Метод. Предложенный в работе порядок и разработанный на его основе алгоритм позволяет осуществить оценку несущей частоты по правилу максимального правдоподобия с учетом условий неопределенности всех параметров сигнала спутниковой системой связи в непрерывном режиме.
Результаты. С целью практического внедрения указанного алгоритма в действующие схемы спутниковой связи, в работе предложены схемы его аппаратной реализации. Для иллюстрации соотношения границ минимально предельной дисперсии оценки несущей частоты в работе представлены зависимости, которые позволяют осуществить сравнение минимально предельной дисперсии, определенной нижней границей Крамера-Рао и минимально предельной дисперсии, определенной с учетом всех параметров сигнала.
Выводы. Анализ представленных зависимостей показал, что реальных условиях минимальная дисперсия проведения несущей частоты сигнала по правилу максимального правдоподобия, что принимается спутниковой системой связи в непрерывном режиме при неопределенности всех параметров сигнала может существенно отличаться от минимальной дисперсии, полученной на основе применения нижней границы Крамера-Рао. Перспективные дальнейших исследования следует направить на разработку и создание алгоритмов и методик, направленных на МП-оценку несущей частоты при условиях максимального приближения минимально предельной дисперсии оценки несущей частоты реального сигнала к нижней границе Крамера-Рао, определенного для оценки несущей частоты в условиях определенности других параметров сигнала.Актуальність. Однією з особливостей систем супутникового зв’язку є переважне використання в них під час прийому сигналу в безперервному режимі фазової модуляції сигналів, що призначені для передачі корисної інформації. Використання вказаного виду модуляції потребує вирішення завдання що до оцінки несучої частоти сигналу. А сама оцінка зводиться до задачі оцінки частоти максимуму в спектрі фрагменту синусоїдального сигналу на фоні адитивного гаусівського шуму. В статті розглянуто процес оцінки несучої частоти сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в безперервному режимі по правилу максимальної правдоподібності.
Мета. Розробка порядку оцінки несучої частоти сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в безперервному режимі по правилу максимальної правдоподібності.
Метод. Запропонований в роботі порядок та розроблений на його основі алгоритм дає змогу здійснити оцінку несучої частоти по правилу максимальної правдоподібності з врахуванням умов невизначеності всіх параметрів сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в безперервному режимі.
Результати. З метою практичного впровадження вказаного алгоритму в діючі схеми супутникового зв’язку, в роботі запропоновані схеми його апаратної реалізації. Для ілюстрації співвідношення кордонів мінімально граничної дисперсії оцінки несучої частоти в роботі подані залежності, які дозволяють здійснити порівняння мінімально граничної дисперсії, визначеної нижнім кордоном Крамера-Рао та мінімально граничної дисперсії, визначеної з урахуванням всіх параметрів сигналу.
Висновки. Аналіз поданих залежностей показав, що в реальних умовах мінімальна дисперсія проведення несучої частоти сигналу по правилу максимальної правдоподібності, що приймається супутникової системою зв’язку в безперервному режимі при невизначеності всіх параметрів сигналу може істотно відрізнятися від мінімальної дисперсії, отриманої на основі застосування нижнього кордону Крамера-Рао. Перспективи подальших досліджень слід спрямувати на розробку та створення алгоритмів та методик, спрямованих на МП-оцінку при умові максимального наближення мінімально граничної дисперсії оцінки несучої частоти реального сигналу до нижнього кордону Крамера-Рао, визначеного для оцінки несучої частоти в умовах визначеності інших параметрів сигналу
ДО ФІЛЬТРУ КОЛМОГОРОВА-ВІНЕРА ДЛЯ ВИПАДКОВОГО ПРОЦЕСУ ЗІ СТЕПЕНЕВОЮ СТРУКТУРНОЮ ФУНКЦІЄЮ НА ОСНОВІ ФУНКЦІЙ УОЛША
No full textContext. We investigate the Kolmogorov-Wiener filter weight function for the prediction of a continuous stationary random process with a power-law structure function.
Objective. The aim of the work is to develop an algorithm of obtaining an approximate solution for the weight function without recourse to numerical calculation of integrals.
Method. The weight function under consideration obeys the Wiener-Hopf integral equation. A search for an exact analytical solution for the corresponding integral equation meets difficulties, so an approximate solution for the weight function is sought in the framework of the Galerkin method on the basis of a truncated Walsh function series expansion.
Results. An algorithm of the weight function obtaining is developed. All the integrals are calculated analytically rather than numerically. Moreover, it is shown that the accuracy of the Walsh function approximations is significantly better than the accuracy of polynomial approximations obtained in the authors’ previous papers. The Walsh function solutions are applicable in wider range of parameters than the polynomial ones.
Conclusions. An algorithm of obtaining the Kolmogorov-Wiener filter weight function for the prediction of a stationary continuous random process with a power-law structure function is developed. A truncated Walsh function expansion is the basis of the developed algorithm. In opposite to the polynomial solutions investigated in the previous papers, the developed algorithm has the following advantages. First of all, all the integrals are calculated analytically, and any numerical calculation of the integrals is not needed. Secondly, the problem of the product of very small and very large numbers is absent in the framework of the developed algorithm. In our opinion, this is the reason why the accuracy of the Walsh function solutions is better than that of the polynomial solutions for many approximations and why the Walsh function solutions are applicable in a wider range of parameters than the polynomial ones. The results of the paper may be applied, for example, to practical traffic prediction in telecommunication systems with data packet transfer.Актуальность. Рассмотрена весовая функция фильтра Колмогорова-Винера для прогнозирования непрерывного стационарного случайного процесса со степенной структурной функцией.
Цель работы. Целью работы является разработать алгоритм получения приближенного решения для весовой функции, который не содержит численного вычисления интегралов.
Метод. Рассматриваемая весовая функция, подчиняется интегральному уравнению Винера-Хопфа. Поиск точного аналитического решения соответствующего интегрального уравнения затруднен, так что ищется приближенное решение для весовой функции в рамках метода Галеркина, основываемого на оборванном разложении в ряд по функциям Уолша.
Результаты. Разработан соответствующий алгоритм получения весовой функции. Все интегралы вычислены аналитически, а не численно. Более того, показано, что точность полученных приближений, базируемых на функциях Уолша, значительно лучше, чем точность полиномиальных решений, полученных в предыдущих работах авторов. Решения, которые базируются на функциях Уолша, применимы в более широком диапазоне параметров, чем полиномиальные решения.
Выводы. Разработан алгоритм получения весовой функции фильтра Колмогорова-Винера для прогнозирования стационарного непрерывного случайного процесса со степенной структурной функцией. Основной алгоритма есть разложение по функциям Уолша. В отличие от полиномиальных решений, исследованных в предыдущих статьях, разработанный алгоримт имеет следующие преимущества. Во-первых, все интегралы вычислены аналитически, и нет необходимости в численном вычислении интегралов. Во-вторых, проблема произведения очень малых и очень больших чисел отсутствует в рамках предложенного алгоритма. На наш взгляд, это является причиной того, что точность решений, основывающихся на функциях Уолша, лучше, чем точность полиномиальных решений, и это является причиной того, что решения на основе функций Уолша применимы в более широком диапазоне параметров, чем полиномиальные решения. Результаты работы могут быть применимы к, например, прогнозированию на практике траффика в телекоммуникационных системах с пакетной передачей данных.Актуальність. Розглянуто вагову функцію фільтра Колмогорова-Вінера для прогнозування неперервного стаціонарного випадкового процесу зі степеневою структурною функцією.
Мета роботи. Метою роботи є розробити алгоритм отримання наближеного розв’язку для вагової функції, який не містить числового обчислення інтегралів.
Метод. Вагова функція, що розглядається, підпорядковується інтегральному рівнянню Вінера-Хопфа. Пошук точного аналітичного розв’язку відповідного інтегрального рівняння стикається з труднощами, тож шукається наближений розв’язок для вагової функції в рамках методу Галеркіна, який базується на основі обірваного розвинення в ряд за функціями Уолша.
Результати. Розроблено відповідний алгоритм отримання вагової функції. Усі інтеграли обчислено аналітично, а не чисельно. Більше того, показано, що точність отриманих наближень, що базуються на функціях Уолша, є значно кращою за точність поліноміальних розв’язків, отриманих у попередніх роботах авторів. Розв’язки, що базуються на функціях Уолша, є застосовними у ширшому діапазоні параметрів, ніж поліноміальні розв’язки.
Висновки. Розроблено алгоритм отримання вагової функції фільтра Колмогорова-Вінера для прогнозування неперервного стаціонарного випадкового процесу зі степеневою структурною функцією. Основою алгоритму є розвинення за функціями Уолша. На відміну від поліноміальних розв’язків, досліджених у минулих статтях, розроблений алгоритм має наступні переваги. По-перше, усі інтеграли обчислено аналітично, і немає потреби в числовому розрахунку інтегралів. По-друге, проблема добутку дуже малих та дуже великих чисел відсутня в рамках запропонованого алгоритму. На наш погляд, це є причиною того, що точність розв’язків, що базуються на функціях Уолша, є кращою за точність поліноміальних розв’язків для багатьох наближень, і це є причиною того, що розв’язки на основі функцій Уолша є застосовними у ширшому діапазоні параметрів, ніж поліноміальні розв’язки. Результати роботи можуть бути застосовані до, наприклад, прогнозування на практиці трафіку в телекомунікаційних системах з пакетною передачею даних
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ КЛІМАТИЧНОГО МОНІТОРИНГУ
No full textContext. Information monitoring technology is used to reduce information uncertainty about the regularity of air temperature changes during managing work in hard-to-reach places [1]. The task was to create a method for modelling one of the climatic indicators, air temperature, in the given territories in the information monitoring technology structure. Climate models are the main tools for studying the response of the ecological system to external and internal influences. The problem of reducing information uncertainty in making managerial decisions is eliminated by predicting the consequences of using planned control actions using climate modelling methods in information monitoring technology. The information technology of climate monitoring combines satellite observation methods and observations on climate stations, taking into account the spatial and temporal characteristics, to form an array of input data. It was made with the methods for synthesizing models of monitoring information systems [1] and methods of forming multilevel model structures of the monitoring information systems [1] for converting observation results into knowledge, and with the rules for interpreting obtained results for calculating the temperature value in the uncontrolled territories.
Objective of the work is to solve the problem of identifying the functional dependence of the air temperature in a given uncontrolled territory on the results of observations of the climate characteristics by meteorological stations in the information technology of climate monitoring structure.
Method. The methodology for creating information technologies for monitoring has been improved to expand its capabilities to perform new tasks of forecasting temperature using data from thermal imaging satellites and weather stations by using a new method of climate modelling. A systematic approach to the process of climate modelling and the group method of data handling were used for solving problems of functional dependence identification, methods of mathematical statistics for evaluating models.
Results. The deviation of the calculated temperature values with the synthesized monitoring information systems models from the actual values obtained from the results of observations by artificial earth satellites does not, on average, exceed 2.5°С. Temperature traces obtained from satellite images and weather stations at similar points show similar dynamics.
Conclusions. The problem of the functional dependence identification of air temperature in uncontrolled territories on the results of observations at meteorological stations is solved. The obtained results were used in the process of creating a new method of climate modelling within information technology of climate monitoring. Experimental confirmation of the hypothesis about the possibility of using satellite images in regional models of temperature prediction has been obtained. The effectiveness of the application of the methodology for the creation of monitoring information technologies during the implementation of the tasks of reducing uncertainty for management decisions during works in non-controlled territories has been proven.Актуальность. Для снижения информационной неопределенности о закономерности изменения температуры воздуха при управлении работами в труднодоступных местах используется информационная технологии мониторинга [1]. Выполнялось задача создания метода моделирования одного из климатических показателей, температуры воздуха, на заданных территориях в структуре информационная технологии мониторинга. Климатические модели являются основными инструментами для исследования реакции экологической системы на внешние и внутренние воздействия. Присоединился Проблема снижения информационной неопределенности при принятии управленческих решений устраняется путем прогнозирования последствий применения запланированных управляющих воздействий с помощью использования в информационной технологии мониторинга методов климатического моделирования. В информационную технологию климатического мониторинга объединены методы спутниковых наблюдений и наблюдений за климатом на поверхности почвы с учетом пространственно-временных характеристик, для формирования массива входных данных массива входных данных, с методами синтеза моделей мониторинговых информационных систем [1] и методами формирования многоуровневых модельных структур мониторинговых информационных систем [1] для преобразования результатов наблюдений в знания, и с правилами интерпретации полученных результатов для расчета значения температуры на неподконтрольных территориях.
Цель работы заключается в решении задачи идентификации функциональной зависимости температуры воздуха на заданном неподконтрольной территории от результатов наблюдений за характеристиками климата метеорологическими станциями на поверхности почвы в структуре информационная технологии мониторинга.
Метод. Усовершенствована методология создания информационных технологий мониторинга с целью расширения ее возможностей для выполнения новых задач прогнозирования температуры с помощью данных тепловизионных спутников и метеостанций путем использования нового метода климатического моделирования. Применялся системный подход к процессу климатического моделирования, метод группового учета аргументов для решения задач идентификации функциональной зависимости, методы математической статистики для оценки моделей.
Результаты. Отклонение рассчитанных значений температуры с синтезированными моделями МИС от действительных значений, полученных по результатам наблюдений искусственными спутниками Земли в среднем, не превышает 2,5°С. Следы температуры, полученные от спутниковых изображений и метеорологических станций в подобных точках, имеют похожую динамику.
Выводы. Решена задача идентификации функциональной зависимости температуры воздуха в неподконтрольных местах от результатов наблюдений на метеорологических станциях. Полученные результаты использованы в процессе создания нового метода климатического моделирования в пределах информационной технологии мониторинга. Получено экспериментальное подтверждение гипотезы о возможности использования спутниковых изображений в региональных моделях прогнозирования температуры. Доказана эффективность применения методологии создания информационных технологий мониторинга при выполнении задач снижения неопределенности при принятии решений по управлению работами на неподконтрольных территориях. Актуальність. Для зниження інформаційної невизначеності про закономірності зміни температури повітря при управлінні роботами у важкодоступних місцях використовується інформаційна технології моніторингу [1]. Виконувалось завдання створення методу моделювання одного із кліматичних показників, температури повітря, на заданих територіях в структурі інформаційної технології моніторингу. Кліматичні моделі є основними інструментами для дослідження реакції екологічної системи на зовнішні та внутрішні впливи. Проблема зниження інформаційної невизначеності при прийнятті управлінських рішень усувається шляхом прогнозування наслідків застосування запланованих керуючих впливів за допомогою використання в інформаційній технології моніторингу методів кліматичного моделювання. В інформаційну технологію кліматичного моніторингу поєднані методи супутникових спостережень і спостережень за кліматом на поверхні ґрунту з урахуванням просторово-часових характеристик, для формування масиву вхідних даних, із методами синтезу моделей моніторингових інформаційних систем [1] і методами формування багаторівневих модельних структур моніторингових інформаційних систем [1] для перетворення результатів спостережень у знання, та із правилами інтерпретації отриманих результатів для розрахунку значення температури на непідконтрольних територіях.
Мета роботи полягає в розв’язанні задачі ідентифікації функціональної залежності температури повітря на заданій непідконтрольній території від результатів спостережень за характеристиками клімату метеорологічними станціями на поверхні ґрунту в структурі інформаційної технології кліматичного моніторингу.
Метод. Удосконалено методологію створення інформаційних технологій моніторингу з метою розширення її можливостей для виконання нових завдань прогнозування температури за допомогою даних тепловізійних супутників та метеостанцій шляхом використання нового методу кліматичного моделювання. Застосовувався системний підхід до процесу кліматичного моделювання, метод групового урахування аргументів для розв’язання задач ідентифікації функціональної залежності, методи математичної статистики для оцінки моделей.
Результати. Відхилення розрахованих значень температури за синтезованими моделями МІС від дійсних значень, отриманих за результатами спостережень штучними супутниками Землі у середньому не перевищує 2,5°С. Сліди температури, отримані від супутникових зображень та метеорологічних станцій у подібних точках, мають схожу динаміку.
Висновки. Розв’язана задача ідентифікації функціональної залежності температури повітря у непідконтрольних місцях від результатів спостережень на метеорологічних станціях. Отримані результати використані в процесі створення нового методу кліматичного моделювання в межах інформаційної технології кліматичного моніторингу. Отримано експериментальне підтвердження гіпотези про можливість використання супутникових зображень в регіональних моделях прогнозування температури. Доведена ефективність застосування методології створення інформаційних технологій моніторингу при виконанні завдань зниження невизначеності при прийнятті рішень із управління роботами на непідконтрольних територіях.
МЕТОД СТРУКТУРНОГО ДОНАЛАШТУВАННЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ІНТЕРПРЕТАБЕЛЬНОСТІ
Get PDFContext. The problem of structural modification of pre-synthesized models based on artificial neural networks to ensure the property of interpretation when working with big data is considered. The object of the study is the process of structural modification of artificial neural networks using adaptive mechanisms.
Objective of the work is to develop a method for structural modification of neural networks to increase their speed and reduce resource consumption when processing big data.
Method. A method of structural adjustment of neural networks based on adaptive mechanisms borrowed from neuroevolutionary synthesis methods is proposed. At the beginning, the method uses a system of indicators to evaluate the existing structure of an artificial neural network. The assessment is based on the structural features of neuromodels. Then the obtained indicator estimates are compared with the criteria values for choosing the type of structural changes. Variants of mutational changes from the group of methods of neuroevolutionary modification of the topology and weights of the neural network are used as variants of structural change. The method allows to reduce the resource intensity during the operation of neuromodels, by accelerating the processing of big data, which expands the field of practical application of artificial neural networks.
Results. The developed method is implemented and investigated by the example of using a recurrent artificial network of the long short-term memory type when solving the classification problem. The use of the developed method allowed speed up of the neuromodel with a test sample by 25.05%, depending on the computing resources used.
Conclusions. The conducted experiments confirmed the operability of the proposed mathematical software and allow us to recommend it for use in practice in the structural adjustment of pre-synthesized neuromodels for further solving problems of diagnosis, forecasting, evaluation and pattern recognition using big data. The prospects for further research may consist in a more fine-tuning of the indicator system to determine the connections encoding noisy data in order to further improve the accuracy of models based on neural networks.Актуальность. Рассмотрена задача структурного изменений предварительно синтезированных моделей на базе искусственных нейронных сетей для обеспечения свойства интерпретабельности при работе с большими объемами данных. Объектом исследования является процесс структурного изменений искусственных нейронных сетей с использованием адаптивных механизмов.
Цель работы заключается в разработке метода структурного изменения нейронных сетей для повышения скорости их работы и уменьшении ресурсоемкости при обработке больших данных.
Метод. Предложен метод структурного донастройки нейронных сетей на основе адаптивных механизмов заимствованных из нейроэволюционных методов синтеза. В начале метод использует систему индикаторов для оценки существующей структуры искусственной нейронной сети. Оценка основывается на структурных особенностях нейромоделей. Затем полученные индикаторные оценки сравниваются с критериальными значениями для выбора типа структурного изменений. В качестве вариантов структурного изменения используется варианты мутационных изменений из группы методов нейроеволюционной модификации топологии и весов нейросети. Метод позволяет снизить ресурсоемкость во время работы нейромоделей, за счет ускорения обработки больших данных, что расширяет поле практического применения искусственных нейронных сетей.
Результаты. Разработанный метод реализован и исследован на примере использования рекуррентной искусственной сети типа долгая кратковременная память при решении задачи классификации. Использование разработанного метода позволило увеличить скорость работы нейромодели с тестовой выборкой на 25,05 %, в зависимости от используемых вычислительных ресурсов.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при структурной донастройке предварительно синтезированных нейромоделей для дальнейшего решения задач диагностирования, прогнозирования, оценивания и распознавания образов с использованием больших данных. Перспективы дальнейших исследований могут заключаться в более тонкой настройке системы индикаторов для определения связей, кодирующих зашумленные данные с целью дополнительного повышения точности работы моделей на основе нейронных сетей.Актуальність. Розглянуто задачу структурного доналаштування попередньо синтезованих моделей на базі штучних нейронних мереж для забезпечення властивості інтерпретабельності при роботі із великими об’ємами даних. Об’єктом дослідження є процес структурного доналаштування штучних нейронних мереж з використанням адаптивних механізмів.
Мета роботи полягає у розробці методу структурного доналаштування нейронних мереж для підвищення швидкості їх роботи та зменшенні ресурсоємності при обробці великих даних.
Метод. Запропоновано метод структурного доналаштування нейронних мереж на основі адаптивних механізмів запозичених із нейроеволюційних методів синтезу. На початку метод використовує систему індикаторів для оцінки існуючої структури штучної нейронної мережі. Оцінка ґрунтується на структурних особливостях нейромоделі. Потім отримані індикаторні оцінки порівнюються із критеріальними значеннями для вибору типу структурного доналаштування. У якості варіантів структурного доналаштування використовується варіанти мутаційних змін із групи методів нейроеволюціонної модифікації топології і ваг нейромережі. Метод дозволяє знизити ресурсоємність під час роботи нейромоделі, за рахунок пришвидшення обробки великих даних, що розширює поле практичного застосування штучних нейронних мереж.
Результати. Розроблений метод реалізовано та досліджено на прикладі використання рекурентної штучної мережі типу Довга короткочасна пам’ять при вирішенні задачі класифікації. Використання розробленого методу дозволило збільшити швидкість роботи нейромоделі з тестовою вибіркою на 25,05%, в залежності від використовуваних обчислювальних ресурсів.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при структурному доналаштуванні попередньо синтезованих нейромоделей для подальшого вирішення задач діагностування, прогнозування, оцінювання та розпізнавання образів з використанням великих даних. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в більш тонкому налаштуванні системи індикаторів для визначення зв’язків, що кодують зачумлені дані з метою додаткового підвищення точності роботи моделей на основі нейронних мереж
МОДЕЛЬ І МЕТОД НАВЧАННЯ ДЛЯ КЛАСИФІКАЦІЙНОГО АНАЛІЗУ КОНТЕКСТУ КАДРІВ ВІДЕОІНСПЕКЦІЇ СТІЧНИХ ТРУБ
No full textContext. A model and training method for observational context classification in CCTV sewer inspection vide frames was developed and researched. The object of research is the process of detection of temporal-spatial context during CCTV sewer inspections. The subjects of the research are machine learning model and training method for classification analysis of CCTV video sequences under the limited and imbalanced training dataset constraint.
Objective. Stated research goal is to develop an efficient context classifier model and training algorithm for CCTV sewer inspection video frames under the constraint of the limited and imbalanced labeled training set.
Methods. The four-stage training algorithm of the classifier is proposed. The first stage involves training with soft triplet loss and regularisation component which penalises the network’s binary output code rounding error. The next stage is needed to determine the binary code for each class according to the principles of error-correcting output codes with accounting for intra- and interclass relationship. The resulting reference vector for each class is then used as a sample label for the future training with Joint Binary Cross Entropy Loss. The last machine learning stage is related to decision rule parameter optimization according to the information criteria to determine the boundaries of deviation of binary representation of observations for each class from the corresponding reference vector. A 2D convolutional frame feature extractor combined with the temporal network for inter-frame dependency analysis is considered. Variants with 1D Dilated Regular Convolutional Network, 1D Dilated Causal Convolutional Network, LSTM Network, GRU Network are considered. Model efficiency comparison is made on the basis of micro averaged F1 score calculated on the test dataset.
Results. Results obtained on the dataset provided by Ace Pipe Cleaning, Inc confirm the suitability of the model and method for practical use, the resulting accuracy equals 92%. Comparison of the training outcome with the proposed method against the conventional methods indicated a 4% advantage in micro averaged F1 score. Further analysis of the confusion matrix had shown that the most significant increase in accuracy in comparison with the conventional methods is achieved for complex classes which combine both camera orientation and the sewer pipe construction features.
Conclusions. The scientific novelty of the work lies in the new models and methods of classification analysis of the temporalspatial context when automating CCTV sewer inspections under imbalanced and limited training dataset conditions. Training results obtained with the proposed method were compared with the results obtained with the conventional method. The proposed method showed 4% advantage in micro averaged F1 score.
It had been empirically proven that the use of the regular convolutional temporal network architecture is the most efficient in utilizing inter-frame dependencies. Resulting accuracy is suitable for practical use, as the additional error correction can be made by using the odometer data.Актуальность. Разработаны и исследованы модель и метод обучения для классификации контекстов наблюдения на кадрах видеоинспекции сточных труб. Объектом исследования является процесс распознавания пространственновременного контекста во время инспекций сточных труб. Предметом исследования является модель и метод машинного обучения для классификационного анализа кадров видеоинспекции в условиях ограниченного и несбалансированного набора размеченных обучающих данных.
Цель исследования – разработка эффективных модели и метода машинного обучения для классификационного анализа контекста видеокадров инспекции сточных труб в условиях ограниченного объема и несбалансированности размеченного обучающего набора данных.
Методы исследования. Предложено четырехэтапный алгоритм обучения классификатора. Первый этап заключается в обучении с нормализованной триплетного функцией потерь и регуляризирующей составляющей, которая штрафует за ошибку округления выходного сигнала к двоичному представлению. Следующий этап заключается в определении двоичного кода для каждого класса для реализации кодов, исправляющих ошибки, но с учетом внутрикласовых и межклассовых отношений. Полученный эталонный двоичный вектор для каждого класса затем используется как целевая метка во время следующего этапа обучения с бинарной кросс-энтропийной функцией потерь. Последний этап машинного обучения связан с оптимизацией параметров правила принятия решений за информационным критерием для определения допустимых пределов отклонения двоичного представления наблюдений каждого класса от соответствующего эталонного вектора. Рассматривается 2D сверточный экстрактор признаков в сочетании с темпоральной сетью для анализа межкадровых зависимостей. Рассматриваются варианты 1D сверточной сети с дырявыми регулярными свертками, 1D сверточной сети с дырявыми причинно-следственными свертками, рекуррентная сеть LSTM и рекуррентная сеть GRU. Сравнение эффективности моделей производится на основе микро усредненной F1-меры, которая вычисляется на тестовом наборе данных.
Результаты. Результаты, полученные на наборе данных, предоставленным Ace Pipe Cleaning, Inc, подтверждают пригодность модели и метода для практического использования, так как полученная точность равна 92%. Сравнение результатов обучения за предложенным методом с результатами за традиционным методом показало преимущество на 4% за микро-усредненным значением F1-меры. Дальнейший анализ матрицы ошибок показал, что наиболее существенное повышение точности по сравнению с традиционными методами достигается для сложных классов, которые объединяют как ориентацию камеры, так и особенности конструкции сточной трубы.
Выводы. Научная новизна работы заключается в новых модели и методе классификационного анализа пространственно-временного контекста для автоматизации видеоинспекции сточных труб в условиях ограниченного объема и несбалансированности размеченных обучающих данных. Результаты обучения, полученные по предлагаемому методу, сравниваются с результатами, полученными с помощью традиционного метода классификационного анализа изображений. Предложенный метод продемонстрировал преимущество на 4% за микро-усредненным значением F1-меры.
Эмпирически было доказано, что темпоральная сеть на основе 1D сверточной сети с дырявыми регулярными свертками является наиболее эффективной для анализа межкадровых зависимостей. Полученная точность обеспечивает пригодность полученных моделей для практического использования, поскольку дополнительное исправление ошибок можно реализовать на основе данных одометра.Актуальність. Розроблено та досліджено модель та метод навчання для класифікації контекстів спостереження на кадрах відеоінспекції стічних труб. Об’єктом дослідження є процес виявлення просторово-часового контексту під час інспекцій стічних труб. Предметом дослідження є модель та метод машинного навчання для класифікаційного аналізу кадрів відеоінспекції в умовах обмеженого та незбалансованого набору розмічених навчальних даних.
Мета дослідження – розроблення ефективних моделі і методу машинного навчання для класифікаційного аналізу контексту відеокадрів інспекції стічних труб в умовах обмеженого обсягу та незбалансованості розміченого навчального набору даних.
Методи дослідження. Запропоновано чотирьох етапний алгоритм навчання класифікатора. Перший етап полягає у навчанні з нормалізованою триплетною функцією втрат і регуляризуючою складовою, яка штрафує за помилку округлення вихідного сигналу до двійкового подання. Наступний етап полягає у визначенні двійкового коду для кожного класу для реалізації кодів, що виправляють помилки, але з урахуванням внутрішньокласових та міжкласових відношень. Отриманий еталонний двійковий вектор для кожного класу потім використовується як цільова мітка під час наступного етапу навчання з бінарною крос-ентропійною функцією втрат. Останній етап машинного навчання пов’язаний з оптимізацією параметрів правила прийняття рішень за інформаційним критерієм для визначення допустимих меж відхилення двійкового подання спостережень кожного класу від відповідного еталонного вектора. Розглядається 2D згортковий екстрактор ознак у поєднанні з темпоральною мережею для аналізу міжкадрових залежностей. Розглядаються варіанти з 1D згорткова мережа з дірявими регулярними згортками, 1D згорткова мережа з дірвими причинно-наслідковими згортками, рекурентна мережа LSTM та рекурентна мережа GRU. Порівняння ефективності моделей проводиться на основі мікро усередненої F1-міри, обчисленої на тестовому наборі даних.
Результати. Результати, отримані за набором даних, наданим Ace Pipe Cleaning, Inc, підтверджують придатність моделі та методу для практичного використання, оскільки отримана точність дорівнює 92%. Порівняння результатів навчання із запропонованим методом та традиційним методом показало перевагу на 4% за мікро-усередним значенням F1-міри. Подальший аналіз матриці помилок показав, що найбільш суттєве підвищення точності порівняно зі традиційними методами досягається для складних класів, які поєднують як орієнтацію камери, так і особливості конструкції стічної труби.
Висновки. Наукова новизна роботи полягає у нових моделях та методах класифікаційного аналізу просторово-часового контексту для автоматизації відеоінспекції стічних труб в умовах обмеженого обсягу та незбалансованості розмічених навчальних даних. Результати навчання, отримані за пропонованим методом, порівнюються з результатами, отриманими за допомогою традиційного методу класифікаційного аналізу зображень. Запропонований метод продемонстрував перевагу на 4% за мікро-усередненим значенням F1-міри.
Емпірично було доведено, що темпоральна мережа на основі 1D згорткової мережі з дірявими регулярними згортками є найбільш ефективною для аналізу міжкадрових залежностей. Отримана точність забезпечує придатність отриманих моделей для практичного використання, оскільки додаткове виправлення помилок можна реалізувати на основі даних одометра
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ПРОСУВАННЯ ІНТЕРНЕТ-РЕСУРСІВ В ПОШУКОВИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВІ КОНТЕНТ-АНАЛІЗУ КЛЮЧОВИХ СЛІВ WEB-СТОРІНОК
Get PDFContext. Timely and correct analysis of the process of visiting Internet resources, which led to the overall conversion of e-business, is fundamental and relevant for successfully managing the website. Appropriate, accurate traffic analysis, which brings both successful and unsuccessful conversions, will identify the cause of the impact on conversion metrics and criteria and will measure the effectiveness of changes made to the site to increase traffic conversions. It is necessary to collect information on the activities of system users on the website and determine specific performance indicators of the website to improve e-business strategy further to solve these problems and achieve the relevant goals of e-commerce. Thus, it is necessary to develop and implement an analytical method of text content support for e-commerce Internet resources based on the analysis of key performance indicators of the website, paying particular attention to determining the set of relevant and relevant keywords used by regular users and led to an increase in e-business conversions.
Objective of the study is to develop a technology for promoting Internet resources of e-commerce based on the results of Web-analytics of critical indicators of pages as KPI and KSI through forming a relevant set of keywords as feedback activity of a regular audience.
Method. An analytical method for promoting Internet resources based on the analysis of key performance indicators of the website, which is based on three main algorithms аlgorithm for identifying problem areas of the site structure for further optimization, аlgorithm for optimizing search engine marketing activities (SEM), аlgorithm for site promotion and calculation of its efficiency.
General recommendations for the design of information resources processing systems have been developed, different from the existing ones, by the presence of additional modules that significantly affect promoting the website on the Internet to further the success of ecommerce or improve the values of these indicators. Among them is the module of online shopping, marketing, module-copywriter and Web-master. For each of them, calculate their own KRI. It will allow you to effectively implement the processing of information resources at the level of system developers (reducing resources and time for development, improving the quality of information processing systems).
Results. The paper develops and describes in detail, based on the results of Web-analytics, the parameters and criteria for assessing the level of success of e-business. Software tools for monitoring the textual content of Internet resources based on the analysis of key performance indicators of the website have also been developed. For a detailed analysis of the functioning and promotion of Internet ecommerce systems such as Internet newspaper and Internet magazine, 12 different methods have been developed and implemented, respectively, with support for each of them with a different number of stages of the content life cycle. A computer experiment of analysis of key performance indicators of the website was conducted. The service of keeping statistics of visits to the Web resource allows you to estimate the increase in sales of textual content in direct proportion to the rise in the number of visits to the Web resource, the number of regular users, the prospects of marketing activities.
Conclusions. It was found that the presence of appropriate modules in the systems of information resources processing increases the sales of textual content to the regular user by 9%, active involvement of unique visitors, potential users and expanding the target and regional audience by 11%, viewed pages by 12%, resources by 7%.Актуальность. Своевременный и корректный анализ процесса посещений интернет-ресурсов, которые привели к успешной конверсии электронного бизнеса, достаточно важный и актуальный для успешного управления Web-сайтом. Соответствующий корректный анализ трафика, который не только приносит успешные конверсии, так и не успешные, даст возможность выявить причине не влияния на показатели и критерии конверсии и позволит измерить эффективность изменений, которые осуществляют на сайте для увеличения конверсии трафика. Для решения данных проблем и достижения соответствующих целей электронной коммерции необходимо не только собирать информацию о деятельности пользователей системы на Web-сайте, а и определить конкретные показатели эффективности Web-сайта, чтобы в дальнейшем влиять на их изменения в сторону улучшения стратегии ведения электронного бизнеса. Таким образом надо разработать и внедрить аналитический метод сопровождения текстового контента интернет-ресурсов электронной коммерции на основе анализа ключевых показателей эффективности Web-сайта, особенно обратив внимание на определение множества релевантных и актуальных ключевых слов, по которым делают переходы с поисковых систем постоянные пользователи, действия которых привели к росту конверсии электронного бизнеса.
Целью исследования является разработка технологии продвижения интернет-ресурсов электронной коммерции на основе результатов Web-аналитики ключевых показателей страниц как KPI и KSI через формирование релевантной множества ключевых слов как feedback активности постоянной аудитории.
Метод. Разработан аналитический метод продвижения Интернет-ресурсов на основе анализа ключевых показателей эффективности Web-сайта, который основной на трех основных алгоритмах алгоритме определения проблемных мест структуры сайта для дальнейшей оптимизации, алгоритме оптимизации мероприятий по маркетингу поисковых систем, алгоритме продвижения сайта и расчета его эффективности.
Разработаны общие рекомендации по проектированию систем обработки информационных ресурсов, отличные от существующих наличием дополнительных моду, существенно влияют на результаты продвижения Web-сайта в пространстве Интернет для дальнейшего достижения успешности конверсии электронной коммерции или увеличения значений этих показателей. Среди них модуль Интернет-магазина, маркетинга, модуль-копирайтер и Web-мастера. Для каждого из них рассчитывают собственный КРИ. Это позволит эффективно просто реализовывать обработки информационных ресурсов на уровне разработчика систем (уменьшение ресурсов и времени на разработку, улучшение качества работы систем обработки информационных ресурсов).
Результаты. В работе разработано и подробно описано на основе результатов процесса Web-аналитики параметры и критерии оценки уровня успешности ведения электронного бизнеса. Также разработаны программные средства сопровождения текстового контента интернет-ресурсов на основе анализа ключевых показателей эффективности Web-сайта. Для детального анализа функционирования и продвижения Интернет-систем электронной коммерции типа Интернет-газета и интернет-журнал разработаны и внедрены 12 различных систем в соответствии с поддержанием для каждой из них разным количеством этапов жизненного цикла контента. Проведен компьютерный эксперимент анализа ключевых показателей эффективности Web-сайта. Сервис ведения статистики посещений Web ресурса позволяет оценить увеличение объемов продаж текстового контента от прямо пропорциональной зависимости увеличение количества посещений Web ресурса, количества постоянных пользователей, перспективности маркетинговых мероприятий.
Выводы. Выявлено, что наличие соответствующих модулей в системах обработки информационных ресурсов способствует увеличению объемов реализации текстового контента постоянном пользователю на 9%, активного привлечения уникальных посетителей, потенциальных пользователей и расширение границ целевой и региональной аудитории на 11%, просмотренных страниц на 12%, времени посещения информационных ресурсов на 7%.Актуальність. Своєчасний та коректний аналіз процесу відвідувань Інтернет-ресурсів, які призвели до успішної конверсії електронного бізнесу, досить важливий та актуальний для успішного управління Web-сайтом. Відповідний коректний аналіз трафіку, який як приносить успішні конверсії, так і не успішні, дасть можливість виявити причинену впливу на показники та критерії конверсії та дозволить виміряти ефективність змін, які здійснюють на сайті для збільшення конверсії трафіку. Для вирішення даних проблем та досягнення відповідних цілей електронної комерції необхідно не лише збирати інформацію щодо діяльності користувачів системи на Web-сайті, а і визначити конкретні показники ефективності Web-сайту, щоб в подальшому впливати на їхні зміни в бік покращення стратегії ведення електронного бізнесу. Таким чином треба розробити та впровадити аналітичний метод супроводу текстового контенту Інтернет-ресурсів електронної комерції на основі аналізу ключових показників ефективності Web-сайту, особливо звернувши увагу на визначення множини релевантних та актуальних ключових слів, за якими роблять переходи з пошукових систем постійні користувачі, дії яких призвели до зростання конверсії електронного бізнесу.
Метою дослідження є розроблення технології просування Інтернет-ресурсів електронної комерції на основі результатів Web-аналітики ключових показників сторінок як KPI та KSI через формування релевантної множини ключових слів як feedback активності постійної аудиторії.
Метод. Розроблено аналітичний метод просування Інтернет-ресурсів на основі аналізу ключових показників ефективності Web-сайту, який основний на трьох основних алгоритмах алгоритмі визначення проблемних місць структури сайту для подальшої оптимізації, алгоритмі оптимізації заходів з маркетингу пошукових систем, алгоритмі просування сайту та розрахунку його ефективності.
Розроблено загальні рекомендації з проектування систем опрацювання інформаційних ресурсів, відмінні від існуючих наявністю додаткових модулів, які суттєво впливають на результати просування Web-сайту в просторі Інтернет для подальшого досягнення успішності конверсії електронної-комерції або збільшення значень цих показників. Серед них модуль Інтернет-магазину, маркетингу, модуль-копірайтер та Web-майстера. Для кожного з них розраховують власний КРІ. Це дасть змогу ефективно просто реалізовувати опрацювання інформаційних ресурсів на рівні розробника систем (зменшення ресурсів та часу на розроблення, покращення якості роботи систем опрацювання інформаційних ресурсів).
Результати. В роботі розроблено та детально описано на основі результатів процесу Web-аналітики параметри та критерії оцінювання рівня успішності ведення електронного бізнесу. Також розроблено програмні засоби супроводу текстового контенту Інтернет-ресурсів на основі аналізу ключових показників ефективності Web-сайту. Для детального аналізу функціонування та просування Інтернет-систем електронної комерції типу Інтернет-газета та Інтернет-журнал розроблено та впроваджено 12 різних систем відповідно з підтриманням для кожної з них різною кількістю етапів життєвого циклу контенту. Проведено комп’ютерний експеримент аналізу ключових показників ефективності Web-сайту. Сервіс ведення статистики відвідувань Web ресурсу дозволяє оцінити збільшення обсягів продажу текстового контенту від прямо пропорційної залежності збільшення кількості відвідувань Web ресурсу, кількості постійних користувачів, перспективності маркетингових заходів.
Висновки. Виявлено, що наявність відповідних модулів в системах опрацювання інформаційних ресурсів сприяє збільшенню обсягів реалізації текстового контенту постійному користувачу на 9 %, активного залучення унікальних відвідувачів, потенційних користувачів та розширення меж цільової та регіональної аудиторії на 11 %, переглянутих сторінок на 12 %, часу відвідування інформаційних ресурсів на 7 %
МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ПРОДУКТИВНОСТІ КЛАСТЕРНОЇ СИСТЕМИ НА БАЗІ RASPBERRY PI 3B+
Get PDFContext. High-performance computing systems are needed to solve many scientific problems and to work with complex applied problems. Previously, real parallel data processing was supported only by supercomputers, which are very limited and difficult to access. Currently, one way to solve this problem is to build small, cheap clusters based on single-board computers Raspberry Pi.
Objective. The goal of the work is the creation of a complex criterion for the efficiency of the cluster system, which could properly characterize the operation of such a system and find the dependences of the performance of the cluster system based on Raspberry Pi 3B+ on the number of boards in it with different cooling systems.
Method. It is offered to apply in the analysis of small cluster computer systems the complex criterion of efficiency of work of cluster system which will consider the general productivity of cluster computer system, productivity of one computing element in cluster computer system, electricity consumption by cluster system, electricity consumption per one computing element, the cost of calculating 1 Gflops cluster computer system, the total cost of the cluster computer system.
Results. The developed complex criterion of cluster system efficiency was used to create an experimental cluster system based on single-board computers Raspberry Pi 3B+. Mathematical models of the dependence of the performance of a small cluster system based on single-board computers Raspberry Pi 3B+ depending on the number of boards in it with different cooling systems have also been developed.
Conclusions. The conducted experiments confirmed the expediency of using the developed complex criterion of efficiency of the cluster system and allow to recommend it for use in practice when creating small cluster systems. Prospects for further research are to determine the weights of the constituent elements of the complex criterion of efficiency of the cluster system, as well as in the experimental study of the proposed weights.Актуальность. Для решения многих научных задач и для работы со сложными приложениями нужны высокопроизводительные вычислительные системы. Ранее реальную параллельную обработку данных поддерживали только суперкомпьютеры, доступ к которым очень ограничен. В настоящее время одним из путей решения данной проблемы является построение небольших дешевых кластеров на базе одноплатных компьютеров Raspberry Pi.
Цель. Разработать комплексный критерий эффективности работы кластерной системы, который бы мог должным образом охарактеризовать работу такой системы и найти зависимости производительности кластерной системы на базе Raspberry Pi 3B+ от количества плат в ней при различных системах охлаждения.
Метод. Предложено применять при анализе небольших кластерных компьютерных систем комплексный критерий эффективности работы кластерной системы, который будет учитывать общую производительность кластерной компьютерной системы, производительность одного вычислительного элемента в кластерной компьютерной системе, потребление электроэнергии кластерной системой, потребление электроэнергии из расчета на один вычислительный элемент, себестоимость вычисления 1 Гфлопс кластерной компьютерной системой, общую стоимость кластерной компьютерной системы.
Результаты. Разработанный комплексный критерий эффективности работы кластерной системы использовано при создании экспериментальной кластерной системы на базе одноплатных компьютеров Raspberry Pi 3B+. Также разработаны математические модели зависимости производительности небольшой кластерной системы на базе одноплатных компьютеров Raspberry Pi 3B+ в зависимости от количества плат в ней при различных системах охлаждения.
Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили целесообразность использования разработанного комплексного критерия эффективности работы кластерной системы и позволяют рекомендовать его к использованию на практике при создании небольших кластерных систем. Перспективы дальнейших исследований заключаются в определении весовых коэффициентов составных элементов комплексного критерия эффективности работы кластерной системы, а также в экспериментальном изучении предложенных весовых коэффициентов.Актуальність. Для вирішення багатьох наукових задач та для роботи з складними прикладними завданнями необхідні високопродуктивні обчислювальні системи. Раніше реальну паралельну обробку даних підтримували тільки суперкомп’ютери, доступ до яких є дуже обмеженим і ускладненим. В даний час одним із шляхів вирішення даної проблеми є побудова невеликих дешевих кластерів на базі одноплатних комп’ютерів Raspberry Pi.
Мета. Розробити комплексний критерій ефективності роботи кластерної системи, який би міг належним чином охарактеризувати роботу такої системи та знайти залежності продуктивності кластерної системи на базі Raspberry Pi 3B+ від кількості плат в ній при різних системах охолодження.
Метод. Запропоновано застосовувати при аналізі невеликих кластерних комп’ютерних систем комплексний критерій ефективності роботи кластерної системи, який буде враховувати загальну продуктивність кластерної комп’ютерної системи, продуктивність одного обчислювального елементу в кластерній комп’ютерній системі, споживання електроенергії кластерною системою, споживання електроенергії з розрахунку на один обчислювальний елемент, собівартість обчислення 1 Гфлопс кластерною комп’ютерною системою, загальну вартість кластерної комп’ютерної системи.
Результати. Розроблений комплексний критерій ефективності роботи кластерної системи використано при створенні дослідної кластерної системи на базі одноплатних комп’ютерів Raspberry Pi 3B+. Також розроблено математичні моделі залежності продуктивності невеликої кластерної системи на базі одноплатних комп’ютерів Raspberry Pi 3B+ в залежності від кількості плат в ній при різних системах охолодження.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили доцільність використання розробленого комплексного критерію ефективності роботи кластерної системи та дозволяють рекомендувати його до використання на практиці при створенні невеликих кластерних систем. Перспективи подальших досліджень полягають у визначенні вагових коефіцієнтів складових елементів комплексного критерію ефективності роботи кластерної системи, а також в експериментальному вивченні запропонованих вагових коефіцієнтів