В работе показано, что в основе построения быстрых преобразований (подобных БПФ) лежат самоподобные структуры, которые в равной степени можно использовать и для построения быстрых нейронных сетей (БНС). Показано, что класс быстрых преобразований определяется системными инвариантами морфологического уровня и может быть описан, как морфогенез терминальных проекций нейронных модулей. Предложены лингвистические модели для описания морфологии, структуры и топологии регулярных самодобных нейронных сетей. Модели легко обобщаются на многомерные варианты нейронных сетей данного типа. Благодаря своей структуре БНС обладают особыми алгоритмами обучения, которые принципиально отличаются от классического ErrorBackPropagation отсутствием механизма обратного распространения ошибки. Алгоритмы обучения основаны на предложенных в работе методах мультипликативной факторизации образов и быстрых преобразований. Разработанные алгоритмы завершаются за конечное число шагов с гарантируемой сходимостью (будет показано в части 2 статьи). Последовательное развитие концепции самоподобия приводит к разработке методов создания быстрых нейронных сетей с глубокой степенью обучения. Самоподобные нейронные сети обладают уникальной возможностью дообучения к новым данным без потери ранее приобретённых знаний. Показано, что БНС могут быть использованы для создания быстродействующей памяти образов с произвольным доступом и сложных устройств комбинационной логики. В работе представлены результаты исследований автора по следующим вопросам: биологические предпосылки самоподобия нейронных сетей; самоподобные многослойные структуры, морфогенез, стратификация модельных представлений; алгоритмы быстрых преобразований, быстрые нейронные сети (БНС), методы настройки; обучение БНС к эталонным функциям; пластичность БНС; пирамидальные нейронные сети глубокого обучения; многоканальные корреляторы; реализация памяти и комбинационной логики на пирамидальных структурах. Результаты исследований будут представлены статьями в трёх частях.

По мнению авторов, результаты теории линейных неравенств надо более широко использовать в задачах машинного обучения (МО). Для исключения избыточных неравенств при построении ансамблей на основе линейных разделителей следует использовать теоремы о зависимых неравенствах следствиях. Для обобщения результатов различных исследований следует использовать модели поиска максимально совместных подсистем. Понятие “максимально совместные подсистемы” следует расширить и распространить его на комитеты единогласия. Для решения задач классификации можно эффективно использовать метод выпуклых оболочек, а для определения экстремальных точек выпуклых оболочек – использовать результаты из теории альтернативных систем. В статье приведены необходимые для этого сведения из теории линейных неравенств, математические модели на их основе и листинг программ для компьютерной реализации математических моделей.

Преимущества миварных экспертных систем логического искусственного интеллекта (ИИ) заключаются в кардинальном снижении вычислительной сложности автоматического построения алгоритмов и логического вывода с N! до линейной N и расширении базовых продукций формата «Если, То» с формальной логики до реализации вычислительных процедур в едином информационно- управляющем пространстве. Это позволяет создавать системы поддержки принятия решений, моделировать реальные бизнес-процессы, планировать и перестраивать в реальном времени действия робототехнических комплексов и киберфизических систем, а также автоматически строить алгоритмы решения задач на основании миварной базы знаний. «Большие Знания» – это объединение и синтез разнородных баз знаний, что обеспечивает качественный переход и предоставляет большие возможности для создания систем ИИ. Разработкой машины логического вывода «Разуматор» занимаются программисты, а созданием Больших Знаний – аналитики, которых называют: инженеры знаний, когнитологи и т.п. Большие Знания можно постепенно наращивать и увеличивать в размерах, как количественно, так и качественно, например, для создания Активной Миварной Энциклопедии. Создание новых баз знаний для различных предметных областей привело к расширению областей применения миварных технологий и позволило решать новые для экспертных систем задачи: планирования маршрутов роботов; оптимизации распределения ресурсов; планирования действий и составление сметы проекта; динамический расчет многомерных векторов и их сравнение; подбора команд и комбинаций персонажей; информационной безопасности и многого других. Фактически, это все задачи, для решения которых человек рассуждает и использует правила «Если-То» или процедуры «Вход-Действие-Выход». Кроме того, для создания комплексных систем ИИ миварные технологии успешно совмещаются с нейросетевыми методами, например, для распознавания образов и речи. Логический искусственный интеллект создан на основе миварных технологий и теперь его надо обучать путем создания Больших Знаний, что позволит повысить производительность труда и создать автономных интеллектуальных роботов и многое другое.

Предложен и исследован эффективный алгоритм квазиоптимального решения задачи коммивояжера коллективом акторов методом эволюционного согласования. Метод основан на использовании генетических алгоритмов. Хромосомы особей состоят из треугольников триангуляции Делоне, полученной из диаграммы Вороного. Проведено сравнение результатов работы программы, разработанной, исходя из предложенного алгоритма, с существующими известными способами.

Когнитивно-поведенческие процессы часто выходят за рамки классических моделей, предполагающих рациональную алгоритмичность человека. В статье предпринят пересмотр логических установок, обусловливающих эти ограничения. Показано, что одной из таких установок является использование классической теории вероятностей и логики множеств (в том числе нечётких), иногда ошибочно рассматриваемых как безальтернативные. Соответственно общеприродному дуализму дискретность – непрерывность и частица – волна, такой альтернативой является волновая логика и соответствующее ей вероятностное исчисление. Эффективность этой логики в поведенческом моделировании показана на примере экспериментов «дилемма заключённого» и «двухэтапная игра». Волновая вероятностная модель добавляет к логике множеств дополнительный интерференционный фактор, предсказывающий наблюдаемые в этих экспериментах отклонения от классической рациональности. Определяющие этот фактор фазы когнитивных волн кодируют субъективно-смысловые закономерности естественного мышления, не учитываемые в классических моделях. Эти новые закономерности позволяют использовать волновую модель для прогнозирования вероятностей принятия «иррациональных» решений, в том числе, в новых экспериментальных условиях. Рассмотренные свойства логики волн, общие для оптических, голографических и квантовых подходов к обработке информации, открывают новые возможности в задачах когнитивно-поведенческого моделирования и анализа данных.

В работе представлены результаты анализа и прогнозирования образовательных результатов студентов первого курса вуза при реализации отдельной дисциплины с использованием машинного обучения. Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью вузов в современных условиях успешно конкурировать на рынке образовательных услуг, который характеризуется низким количеством абитуриентов и увеличением требований к качеству профессионального образования, как со стороны абитуриентов, так и со стороны государства. Важной составляющей для эффективного принятия решения в процессе управления качеством образовательного процесса является учебная аналитика, на основе которой можно выполнять прогнозирование академической успеваемости студентов, выявлять факторы, оказывающие существенное влияние на достижение высоких образовательных результатов. Исследование показало возможность прогнозирования сдачи экзамена по отдельной дисциплине студентов первого курса вуза на основе данных контрольных срезов, которые проводят деканаты в течение семестра для выявления групп студентов с повышенным риском возникновения академической задолженности. Точность прогнозирования, которую показали построенные модели (наивный байесовский классификатор и логистическая регрессия) оказалась вполне приемлемой, как на этапе проведения первого рубежного контроля, так и на этапе проведения второго. Результаты данной работы имеют практическое значение для администрации вузов и для преподавателей. Прогнозные модели можно использовать при прогнозировании отчисления студентов вследствие академической неуспеваемости. Модели могут быть встроены в образовательные информационные системы и быть помощником преподавателям для принятия решений в процессе реализации дисциплины.

В данной работе разработаны математические модели и проведено тестирование чувствительности колебаний пластины с учетом вращения, неравномерного нагрева с распространением численного анализа на радиальные рабочие колеса турбомашин. Сначала, исследовалось влияние линейного и квадратичного закона изменения температуры на статические и динамические характеристики пластины с помощью программ BLADIS + и ANSYS. Эти результаты расчета собственных частот согласованы в двух программах и с аналитическим решением. В процессе расчета отмечается, что собственные частоты пластины уменьшаются с квадратичным законом изменения температуры, но увеличиваются с учетом вращения. Для понимания влияния вращения и неравномерного нагрева на чувствительность с помощью программ SOLIDWORKS, ANSYS WORKBENCH и MATLAB моделируются режимы вибрации и их чувствительность к изменению исследуемых частот. Принято на основании результатов тестирования пластины, которые показали хорошую сходимость расчета собственных частот, распространить созданные математические модели и комплексы программ на радиальные рабочие колеса реальных турбомашин. Данный покрывной диск колеса характеризуется наибольшей степенью деформации с учетом вращения, а зона снижения частот колебаний уменьшается на верхней кромке лопаток, но увеличивается в середине входной кромки лопаток с учетом вращения и неравномерного нагрева. Таким образом, полученные расчеты чувствительности колебаний пластины и реального рабочего радиального колеса от изменения массы в узлах конечно-элементной модели с учетом вращения и неравномерного нагрева позволяют сократить объем дорогостоящих экспериментальных исследований и уменьшить сроки конструирования новых машин.

В статье рассмотрена задача идентификации внутреннего теплового источника и оценки его влияния на изменения температуры контролируемого объекта. Проблема идентификации теплового источника возникает при тепловом контроле передачи электроэнергии, при термообработке, при неразрушающем контроле зданий, конструкций и материалов. Математическая модель теплопереноса внутри объекта представлена уравнением теплопроводности с неизвестной функцией источника, начальными условиями, а также граничными условиями, сформированными на основе результатов зашумленных температурных измерений, полученных вблизи поверхности объекта. В статье предложен подход к идентификации внутреннего теплового источника, основанный на переходе от обратной задачи к интегральному уравнению, численный метод его решения, а также алгоритм расчета нестационарных внутренних тепловых полей, учитывающий влияние теплового источника. Устойчивость метода идентификации относительно погрешности исходных данных обеспечивается выбором параметров регуляризации. Предложенные подход и методы, в отличие от существующих, позволяют установить явную зависимость искомой функции внутреннего теплового источника от граничных измерений в ситуации, когда температурные поля вблизи поверхности объекта изменяются относительно времени. В статье приведены оценки погрешности численных решений, найденные в результате сравнительного анализа с тестовыми значениями. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что предложенные методы снижают негативное влияние шума на точность обработки данных и позволяют определять внутреннее тепловое состояние объекта из косвенных измерений с достаточным уровнем точности и могут служить основой для определения влияния внутреннего теплового источника на формирование внутренних нестационарных температурных полей.

В статье представлены результаты расчетных работ по исследованию динамики реакторной установки ВВЭР-СКД, выполненных с использованием возможностей программного кода RELAP5/MOD3.3. Характерной особенностью данного реактора является довольно заметное изменение плотности теплоносителя в активной зоне. В сочетании с нейтронно-физическими обратными связями создаются риски возникновения теплогидравлической и нейтронно-теплогидравлической неустойчивости, в особенности при переходных процессах. В связи с этим, необходимо иметь возможности прогнозировать возникновение неустойчивостей, оценивать границы устойчивости системы. Для этих целей была разработана расчетная модель реакторной установки. Выбор для данной работы кода RELAP5 обусловлен широким опытом его использования при обосновании безопасности существующих водоохлаждаемых реакторов. Для получения возможности расчетов ВВЭР-СКД по коду RELAP5 свойства воды были расширены и детализированы в области сверхкритических давлений и температур. Для разработанной модели реакторной установки ВВЭР-СКД были выполнены расчеты условного пуска реактора с последующим выходом на номинальный режим работы. Также было рассмотрено влияние отклонений температуры и расхода питательной воды на динамику реакторной установки. По результатам расчетов сделаны выводы об устойчивости работы реакторной установки в номинальном режиме.

Данная статья является второй из цикла, посвящённого исследованию живучести изолированных энергетических комплексов локального уровня или автономных микросетей с помощью ранее разработанной технологии цифрового двойника сложной технической системы. Живучестью называется свойство микросетей адаптироваться к крупным возмущениям и восстанавливать свое исходное состояние после их воздействия. Исследование живучести энергетических комплексов традиционно строится на многовариантных вычислительных экспериментах. Однако, цифровой двойник, связанный с реальной микросетью или испытательным стендом, позволяет в исследовании живучести микросетей комбинировать вычислительные эксперименты и натурные опыты. Двухстороннюю связь цифрового двойника с оборудованием микросети или стенда обеспечивает специализированная предметно-ориентированная среда, архитектура которой представлена в данной статье. Предлагаемая архитектура среды включает в себя систему мониторинга, которая, помимо сбора данных о состоянии вычислительных средств и коммуникационного оборудования, адаптирована к сбору данных с контрольно-измерительных приборов силового оборудования и автоматики микросети. В статье также представлена авторская методика оценки живучести автономной микросети с помощью ее цифрового двойника. Входными данными для оценки живучести, согласно этой методике, являются значения параметров цифрового двойника, информация из системы мониторинга, конфигурации микросети, показатели производительности, сводные показатели. На выходе модели cтроятся кривые живучести. Разработанная методика может использоваться при решении различных классов задач предметной области исследования живучести, например, в анализе уязвимости микросетей.

Произведен комплексный анализ предметной области. Построены структурная схема системы поддержки принятия врачебных решений по модулям и функциональная модель, позволяющая точно отобразить задачи, выполняющие системой поддержки принятия врачебных решений. Предложен подход к предварительной обработке данных, включающий алгоритмическую базу системы поддержки принятия врачебных решений при выборе траектории лечения пациентов, анализ выбросов, обработку пропущенных данных и их восстановление.

В работе рассматривается получение морфометрических характеристик рельефа с применением современных методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационных технологий для обеспечения системы аграрного мониторинга ФИЦ КНЦ СО РАН. В качестве исходных данных использованы новая цифровая модель рельефа (ЦМР) глобального масштаба FABDEM и высокоточные аэрофотоснимки, полученные при помощи съемки с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и специализированного геодезического оборудования. На их основе в геоинформационных системах (ГИС) QGIS, ArcGIS и Спутник Агро разработан ряд тематических карт, отображающих основные морфометрические характеристики рельефа. При составлении карт соблюдены требования, предъявляемые к картографическим материалам (выбор правильной картографической проекции, формата, типовой легенды и т.д.). Проведено сравнение морфометрических характеристик рельефа, подготовленных по набору данных FABDEM и съемке с БПЛА. Высокая степень сходства между ними демонстрирует, что ЦМР FABDEM является подходящим вариантом для получения информации о рельефе местности при отсутствии возможности проведения съемки с БПЛА. В результате получен большой объем информации об особенностях устройства рельефа поверхности опытно-производственного хозяйства (ОПХ) «Михайловское». Для хранения, распространения и анализа сведений об устройстве поверхности исследуемого объекта тематические карты, сохраненные в формате проектов qgis, импортированы в систему аграрного мониторинга ФИЦ КНЦ СО РАН. Совместное использование тематических карт о рельефе местности и данных, уже входящих в систему (спутниковые данные, вегетационные индексы, почвенные и климатические характеристики), позволит учесть состояние сельскохозяйственных угодий при разработке стратегий по управлению и использованию земель сельскохозяйственного назначения.

Систематическое картирование, категоризация и сравнительный анализ знаний организации позволяют принимать информированные управленческие решения. Проблемой в формировании системы интеллектуальной поддержки принятия решений на основе картирования знаний является разрозненность и неоднородность источников знаний, а также отсутствие унификации их оценки. В качестве решения описанной проблемы в данной работе представлены разработка и апробация методики картирования знаний. Отличительной особенностью представленного подхода является методологическая опора на онтологический инжиниринг. Онтология была разработана и предложена для актуализации рабочей группе. В ней были учтены следующие направления: функциональные знания, углубленные профильные знания, владение специализированным ПО, обладание знаниями о контрагентах, знания, полученные в результате работы над проектами. Сбор данных для цифровой карты осуществлялся с помощью опроса сотрудников и дополнялся информацией, предоставленной подразделением. В результате картирования созданы переиспользуемые системы организации знаний. Итогом апробации методики стал набор рекомендаций по стратегическому позиционированию картируемого подразделения.

В статье рассматриваются исходные данные, их структура и методы обработки, применяемые в информационно-прогностической системе ГеоГИПСАР, которая была разработана в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН и продолжает развиваться. Она успешно использует данные современных глобальных климатических моделей (таких как NOAA, GPCC) для прогнозирования притока воды в крупные водохранилища и озера с оценкой их уровенных режимов. В статье приводится описание структур и типов показателей глобальных климатических моделей, используемых на практике при прогнозировании стока в бассейнах рек. Рассмотрены основные шаги для сбора данных, их обработки и анализа. Демонстрируются результаты работы системы с использованием разработанного визуализатора карт. Отмечается необходимость проведения исследований по прогнозированию полезного притока для эффективного управления уровневым режимом озера Байкал. По результатам работы планируется расширение системы с включением веб-интерфейса для анализа и формирования прогностических показателей.

Защищенность корпоративной сети является важным аспектом успешного функционирования организации. В данной работе исследуется безопасность внутреннего периметра сети на примере Красноярского научного центра СО РАН. Существуют различные средства для предотвращения киберугроз и анализа посещаемых Интернет-ресурсов, но их быстродействие и возможность применения сильно зависят от объема входных данных. В статье рассматриваются существующие методы определения сетевых угроз с помощью анализа журналов прокси-сервера. Исследовано разделение интернет-пользователей на тематические группы для выявления аномалий. Предложен метод кластеризации Интернет-ресурсов, направленный на снижение объема входных данных путем исключения групп безопасных Интернет-ресурсов или выбора только подозрительных Интернет-ресурсов. Предложенный метод состоит из этапов: предобработка данных, выделение сессий пользователей, анализ данных и интерпретация полученных результатов. Исходными данными являются записи журнала прокси-сервера. На первом этапе из исходных данных выбираются полезные для анализа данные, после чего непрерывный поток данных делится на небольшие порции (сессии) при помощи метода ядерной оценки плотности. На втором этапе выполняется мягкая кластеризация используемых Интернет-ресурсов путем применения метода тематического моделирования. Результатом второго этапа являются неразмеченные группы Интернет-ресурсов. На третьем этапе, с помощью эксперта, происходит интерпретация полученных результатов путем анализа наиболее популярных Интернет-ресурсов в каждой группе. Метод имеет множество настроек на каждом этапе, что позволяет сконфигурировать его под любой формат и специфику входных данных. Область применения метода не ограничена. Он может быть использован как в качестве дополнительного шага предобработки с целью снижения количества входных данных, так и при выявлении аномальных данных.