«Системы и средства информатики»
Том 31, Выпуск 1, 2021г.

Оглавление | Об авторах

Аннотации и ключевые слова.

Модели согласования скрытого пространства в задаче прогнозирования

• Ф. Р. Яушев  Московский физико-технический институт, fyaush@mail.ru
• Р. В. Исаченко  Московский физико-технический институт, roman.isachenko@phystech.edu
• В. В. Стрижов  Вычислительный центр им. А. А. Дородницына Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук; Московский физико-технический институт, strijov@phystech.edu

Аннотация: Исследуется задача прогнозирования сложной целевой переменной. Под сложностью подразумевается наличие зависимостей, линейных или нелинейных. Предполагается, что исходные данные гетерогенны. Это значит, что пространства независимой и целевой переменных имеют разную природу. Предлагается построить предсказательную модель, которая учитывает зависимость в исходном пространстве независимой переменной, а также в пространстве целевой переменной. Согласование моделей предлагается проводить в низкоразмерном пространстве. В качестве базового алгоритма используется метод проекции в скрытое пространство (PLS - projection to latent space).
В работе проводится сравнение линейного PLS и предложенных нелинейных моделей. Сравнение проводится на гетерогенных данных в пространствах высокой размерности.

Ключевые слова: прогнозирование; модель частичных наименьших квадратов; задача восстановления; согласование скрытого пространства

Исследование модели типа Mt/Mt/1 с двумя различными классами требований

• Я. А. Сатин  Вологодский государственный университет, yacovi@mail.ru

Аннотация: Исследуется нестационарная модель массового обслуживания Mt/Mt/1 с одним сервером и двумя классами требований. Для этой модели получен одномерный процесс рождения и гибели (ПРГ), описывающий число требований в исходной системе. С помощью стандартного метода логарифмической нормы линейной операторной функции получены соответствующие оценки скорости сходимости и условия эргодичности, а также построен численный пример, показывающий применение изучаемого подхода. Приведены графические иллюстрации, построенные на основе общего алгоритма, разра-ботанного в предыдущих работах и связанного с решением задачи Коши для прямой системы Колмогорова на соответствующем временном интервале.

Ключевые слова: системы массового обслуживания; нестационарная модель массового обслуживания; одномерный процесс рождения и гибели; скорость сходимости; оценки эргодичности; логарифмическая норма; модель Mt/Mt/1 с двумя классами требований

Об аппроксимации с помощью усечений для одной нестационарной модели массового обслуживания

• Я. А. Сатин  Вологодский государственный университет, yacovi@mail.ru

Аннотация: Исследуется нестационарная модель массового обслуживания типа Mt/Mt/1 с одним сервером. Предполагается, что требования поступают с интенсивностью A(t), а обслуживаются парами, т. е. в данном случае ^(t) - это интенсивность обслуживания группы из двух требований. Для рассматриваемой модели построены предельные характеристики с помощью метода усечений пространства состояний системы. Приведены численный пример, а также графические иллюстрации, построенные на основе общего алгоритма, разработанного в предыдущих работах автора и связанного с решением задачи Коши для прямой системы Колмогорова на соответствующем временном интервале.

Ключевые слова: системы массового обслуживания; модель типа Mt/Mt/1; нестационарная модель массового обслуживания; аппроксимация; предельные характеристики; усечение пространства состояний

Аналитическое моделирование и фильтрация процессов в интегродифференциальных стохастических системах, не разрешенных относительно производных

• И. Н. Синицын  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, sinitsin@dol.ru

Аннотация: Для нелинейных интегродифференциальных стохастических систем (ИДСтС), не разрешенных относительно производных и приводимых к дифференциальным методом сингулярных ядер, разработаны алгоритмы аналитического моделирования нормальных стохастических процессов (СтП), при этом нелинейность под интегралом может быть разрывной, а также синтеза нормальных субоптимальных фильтров (НСОФ) для онлайн-обработки информации в ИДСтС. Подробно рассмотрен тестовый пример с разрывной нелинейностью под знаком интеграла. Предложены алгоритмы оценки качества НСОФ на основе теории чувствительности.

Ключевые слова: метод аналитического моделирования (МАМ); метод нормальной аппроксимации (МНА); метод статистической линеаризации (МСЛ); нормальный субоптимальный фильтр (НСОФ); стохастическая система (СтС); стохастические системы, не разрешенные относительно производных; формирующий фильтр (ФФ)

Стратегия исследований и разработок в области искусственного интеллекта I: Основные понятия и краткая хронология

• А. В. Борисов  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, ABorisov@ipiran.ru
• А. В. Босов  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, AVBosov@ipiran.ru
• Д. В. Жуков  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, DZhukov@ipiran.ru

Аннотация: Статья начинает цикл работ, представляющих результаты выполненного исследования влияния государственного управления на эффективность проведения исследований и разработок в области искусственного интеллекта (Artificial Intelligence Research and Development, AI R&D), ставших стратегически важной отраслью любой технологически развитой страны. Первая часть посвящена обсуждению разных трактовок термина "искусственный интеллект" и смежных с ним понятий. Представлено современное деление мировой истории развития AI R&D на эпохи. Так как практические результаты в данной области неотъемлемы от развития аппаратной платформы, в исторической ретроспективе представлена параллельная хронология отечественных достижений в области создания средств вычислительной техники и решений государственных органов, стимулирующих развитие данной области

Ключевые слова: искусственный интеллект; смежные понятия и технологии искусственного интеллекта; временная хронология

Поддержка решения задач диагностического типа

• М. И. Забежайло  Вычислительный центр им. А. А. Дородницына Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, m.zabezhailo@yandex.ru
• А. А. Грушо  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, grusho@yandex.ru
• Н. А. Грушо  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, info@itake.ru
• Е. Е. Тимонина  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, eltimon@yandex.ru

Аннотация: Обсуждаются некоторые значимые особенности математических методов анализа данных (АД) и поддержки принятия решений (ППР) в задачах диагностического типа. Рассмотрены наиболее существенные характеристические особенности, позволяющие выделить задачи обсуждаемого типа в особый класс. Этот класс требует одновременной разработки решений ряда взаимосвязанных задач, которые без учета таких взаимосвязей практически бесполезны. Опыт работы с задачами диагностического типа позволил сформулировать рекомендации по направлениям разработки результативных подходов и методов интеллектуального анализа данных (ИАД) для решения таких прикладных задач

Ключевые слова: искусственный интеллект; интеллектуальный анализ данных; математические методы; диагностика

Нейросетевой подход к информационно-аналитической поддержке процессов контроля и охраны водных биологических ресурсов

• А. А. Зацаринный  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, AZatsarinny@ipiran.ru
• А. М. Растрелин  Научно-исследовательский институт систем автоматизации, Rastrelin@niisa.ru
• А. П. Сучков  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, ASuchkov@ipiran.ru

Аннотация: Рассмотрены вопросы использования искусственных нейронных сетей (ИНС) для решения части задач информационно-аналитического обеспечения процессов целеполагания и ситуационного управления в системе контроля и охраны водных биологических ресурсов (ВБР). Анализ данной предметной области позволяет выделить ряд наукоемких прикладных задач информационно-аналитического обеспечения контроля и охраны ВБР, связанных прежде всего с целеполаганием, расчетом сил и средств, а также с их ситуационным управлением. Осуществлена классификация задач це- леполагания, планирования и ситуационного управления в данной области. Обоснованы структура, состав исходных входных данных и выходов ИНС двух типов - классификации и прогнозирования. Обсуждены вопросы обучения и тестирования нейросистем.

Ключевые слова: искусственные нейронные сети; водные биологические ресурсы; информационно-аналитическая поддержка

Оценка влияния порядка распределения процессов и потоков в вычислительных системах IBM POWER на эффективность выполнения параллельных приложений

• С. И. Мальковский  Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, sergey. mal kovsky@ccfebras. ru
• А. А. Сорокин  Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, alsor@febras.net
• Г. И. Цой  Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, tsoy.dv@mail.ru
• В. Ю. Черных  Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, syler1983.9@gmail.com
• К. И. Волович  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, KVolovich@frccsc.ru

Аннотация: Статья посвящена исследованию производительности вычислительных систем на базе современных процессоров IBM POWER при выполнении параллельных приложений. Изучено влияние различных способов распределения вычислительных процессов и потоков по ядрам центральных процессоров на эффективность выполнения программ, разработанных с использованием технологий MPI (Message Passing Interface) и OpenMP (Open Multi-Processing). Полученные результаты могут быть использованы при оценке эффективности алгоритмов распределения вычислительных ресурсов и организации вычислительного процесса в распределенных гетерогенных вычислительных системах.

Ключевые слова: гибридная вычислительная система; IBM POWER8; IBM POWER9; одновременная многопоточность; распределение потоков; распределение процессов; OpenMP; MPI; NAS Parallel Benchmark

Эволюция сетевых процессоров

• В. Б. Егоров  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, VEgorov@ipiran.ru

Аннотация: Сетевые процессоры (СП) прошли долгий путь развития от универсальных компьютеров, оснащенных сетевыми интерфейсными картами, до высокоинтегрированных систем на кристалле, содержащих десятки и сотни программируемых процессоров, аппаратных ускорителей и сетевых интерфейсов. Высокая производительность СП достигалась по двум разным направлениям: старожилы рынка микроэлектроники наращивали в них число процессорных ядер с традиционной архитектурой, а небольшие молодые компании делали ставку на специализированные архитектуры. Второе направление обеспечивало лучшие удельные характеристики СП, но его приверженцам было трудно выдерживать конкуренцию из-за сложности программирования в нетрадиционных архитектурах и ограниченности ресурсов для создания полноценного программного обеспечения (ПО) их СП. К настоящему времени практически все они покинули рынок СП, будучи так или иначе поглощенными крупными компаниями. Последние же по большей части использовали приобретенные ноу-хау не для выхода на рынок СП, а применяли опыт агрессивной многоядерности для завоевания рынка высокопроизводительных серверных процессоров, бурно растущего в эпоху "облачных" технологий. Таким образом, СП постепенно прекращают существование как самостоятельные продукты и превращаются во внутрифирменные инструменты интеллектуализации сетевых устройств.

Ключевые слова: сетевой процессор; интегрированный сетевой процессор; архитектура процессорного ядра; производительный многоядерный сервер

Методы сравнения конкурирующих гипотез в гипотезоориентированных системах

• Е. М. Тириков  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика И управление" Российской академии наук, em.tirikov@gmail.com
• Д. Ю. Ковалев  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика И управление" Российской академии наук, dkovalev@ipiran.ru

Аннотация: С появлением класса систем управления виртуальными экспериментами использование гипотез И моделей в явном виде становится все более распространенным. В рамках подобных систем используются как порожден-ные из данных гипотезы, так И теоретические гипотезы. При этом критически важным становится сравнение между собой нескольких конкурирующих гипотез разной природы. В работе рассмотрены различные подходы к сравнению конкурирующих гипотез И реализующих их вычислительных моделей между собой. Рассмотренные подходы реализованы в виде программного компонента, являющегося частью системы управления виртуальными экспериментами. Применение компонента проиллюстрировано на задаче поиска различий функциональной связности областей головного мозга в состоянии покоя у мужчин И женщин.

Ключевые слова: системы управления виртуальными экспериментами; конкурирующие гипотезы; сравнение гипотез

Применение нейронных сетей глубокого обучения в математическом обеспечении цифровых двойников электроэнергетических систем

• С. П. Ковалев  Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук, kovalyov@sibnet.ru

Аннотация: Рассматривается проблематика разработки цифровых двойников современных активных распределительных электроэнергетических систем (РЭЭС). Выделены подходы к применению искусственных нейронных сетей глубокого обучения в интеллектуальном управлении указанными системами на базе цифровых двойников. Дан краткий обзор релевантных архитектур нейросетей. Приведены примеры нейросетевых средств для решения ряда ключевых задач интеллектуального управления, включая прогнозирование нагрузки, прогнозирование цены электроэнергии, оптимизацию распреде-ления нагрузки между доступным генерирующим оборудованием, оценку и прогнозирование технического состояния энергетического оборудования, диагностику отказов и катастроф. Сформулированы рекомендации по аль-тернативным вариантам применения рассмотренных нейросетевых средств, таким как включение в состав базового математического обеспечения цифрового двойника либо поставка в виде дополнительных приложений для определенных категорий пользователей.

Ключевые слова: цифровой двойник; распределительная электроэнергетическая система; искусственная нейронная сеть глубокого обучения; прогнозирование; диагностика отказов

Модель сообщества пользователей технологии поддержки конкретно-исторических исследований

• И. М. Адамович  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, Adam@amsd.com
• О. И. Волков  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, Volkov@amsd.com

Аннотация: Статья продолжает серию работ, посвященных описанию и анализу распределенной технологии поддержки конкретно-исторических иссле-дований (ПКИИ), основанной на принципах краудсорсинга. Данная статья посвящена описанию и обоснованию подхода к моделированию сообщества пользователей технологии (СПТ) и процессов распространения искаженной информации между ее членами с целью изучения устойчивости технологии ПКИИ к попыткам искажения истории, что становится актуальной задачей в современном обществе. Предложенный подход заключается в формировании модели структуры сообщества на базе ориентированного графа Боллобаша- Риордана. Принципы распространения информации между узлами графа определены с учетом факторов и эффектов, имеющих место в реальных социальных сетях и обусловленных как характеристиками их членов, характером их взаимодействия, так и свойствами самой социальной сети. Проверка адекватности модели была осуществлена за счет сравнения характера распространения искаженной информации в режиме отсутствия противодействия информационным атакам с логистической кривой, отражающей процесс диффузии инноваций.

Ключевые слова: виртуальное сообщество; модель; технология; искажение истории; конкретно-историческое исследование

Подход к совершенствованию концептуальных схем баз геоданных посредством моделей для пространственно-логического связывания геообъектов

• Д. А. Никишин  Институт проблем информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, dmnikishin@mail.ru

Аннотация: В контексте исследований по совершенствованию концептуальных схем представления топографической информации с целью развития процессов геоаналитики в перспективных географических информационных системах (ГИС) здесь рассмотрена одна из проблем, имеющих место в традиционных концептуальных схемах. Представлена расширенная типология видов пространственной локализации геообъектов, включающая составные геообъекты. В качестве решения предложено внедрение в структуру баз геоданных (БГД) специальных объектов данных, обеспечивающих явное пространственно-логическое связывание компонентов составных геообъектов и функциональных инфраструктур между собой.

Ключевые слова: концептуальные схемы баз геоданных; типы пространственной локализации геоданных; пространственно-логическое связывание геообъектов

SIR-модель как инструмент исследования деструктивных процессов при усвоении нового знания

• О. М. Корчажкина  Институт кибернетики и образовательной информатики Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, olgakomax@gmail.com

Аннотация: Описывается подход к анализу способов усвоения нового знания, основанный на математическом моделировании учебной ситуации, которая представлена по образцу SIR (susceptible-infected-recovered) модели Уильяма Кермака и Андерсона МакКендрика, изначально использованной для прогнозирования процесса распространения эпидемии на обширные замкнутые группы населения с целью предотвращения губительных последствий всеобщего заражения. Модифицированная SIR-модель позволяет изучить ряд закономерностей познавательного процесса и выявить способы поведения динамической системы в виде замкнутого малочисленного ученического сообщества, когда работа с избыточной информацией может привести к когнитивной перегрузке и ошибкам в решении учебных задач. Подход реализуется как численно-графический эксперимент на фазовой плоскости, позволяющий составить целостную картину явления и проанализировать условия движения системы к состоянию устойчивого равновесия, что эквивалентно преодолению когнитивной перегрузки.

Ключевые слова: познавательный процесс; новое знание; когнитивная перегрузка; замкнутое ученическое сообщество; модель Кермака-МакКенд- рика; SIR-модель; фазовая плоскость/портрет; устойчивость/неустойчивость системы

Модель нормализованной экономики и актуальные технологии цифровизации

• В. Д. Ильин Вычислительный центр им. А. А. Дородницына Федерального исследовательского центра "Информатика и управление" Российской академии наук, vdilyin@yandex.ru

Аннотация: Представлены ключевые обновления модели нормализованной экономики и актуальные технологии цифровизации. Обновленная модель представлена кратким описанием нормализованного экономического механизма (НЭМ), реализуемого на основе онлайн-сервисов, функционирующих в среде цифровых двойников. Нормализованный экономический механизм включает ситуационно управляемые комплексы ресурсного обеспечения, про-изводства реальных товаров и др. Банковская система НЭМ включает персональные электронные банки (ПЭБы) физических лиц, корпоративные электронные банки (КЭБы), банки-провайдеры и банк-регулятор, под управ-лением которого функционируют все другие банки. Нормализованные деньги (НД) предназначены для представления стоимости товаров и имущественных статусов участников экономической деятельности (эд-участников), для оплаты товаров, инвестирования и накопления богатства. Нормализованные деньги служат универсальным электронным средством количественного документирования имущественных отношений, удостоверяемых государством посредством онлайн-сервисов банка-регулятора. Управление экономическим поведением осуществляется посредством систем обязательных и ориентирующих требований к результатам решения задач в составе комплексов НЭМ.

Ключевые слова: модель нормализованной экономики; нормализованный экономический механизм; персональные электронные банки; корпоративные электронные банки; нормализованные деньги; онлайн-сервисы