| Об институте | Направления деятельности | Научно-исследовательские работы и проекты | Объекты интеллектуальной собственности | Научные журналы ИПИ РАН | Другие публикации | Семинары и конференции |
|
«Информатика и ее применения» (Том 17, Выпуск 2, 2023)О задачах оптимизации, возникающих при применении топологического анализа данных к поиску алгоритмов прогнозирования с фиксированными корректорами
Аннотация: Корректирующие операции (корректоры) в мультиалгоритмических конструкциях алгебраического подхода могут строиться на основе известных физических моделей и/или многоуровневых описаний физических объектов. В рамках топологического подхода к анализу плохо формализованных задач поиск включаемых в корректор алгоритмов может рассматриваться как задача комбинаторной оптимизации либо как задача минимизации некой функции потерь. Исследование окрестностей цепей в решетке подмножеств объектов позволило получить ряд критериев ранговой оптимизации, перспективных для решения задач прогнозирования числовых таргетных переменных. Формализм апробирован на задаче взаимодействия лиганд-рецептор в рамках хемокиномного анализа лекарств (данные ProteomicsDB). Наилучшие результаты прогнозирования констант EC50 наблюдались именно при использовании полученных ранговых критериев: при усреднении по 300 биологическим активностям коэффициент корреляции на контроле составил 0,86 ± 0,20. Ключевые слова: топологический анализ данных; теория решеток; задачи оптимизации; регрессия; хемоинформатика Монада диаграмм как математическая метамодель системной инженерии
Аннотация: Рассматриваются вопросы разработки перспективных математических методов системной инженерии, способных лечь в основу компьютерных инструментов автоматического синтеза и анализа систем и процессов. В русле современных тенденций в качестве аппарата для этих методов выбрана теория категорий. Ее применение отталкивается от представления структуры систем, процессов, требований и других результатов системного проектирования диаграммами в категориях, объектами которых служат алгебраические модели составных частей, а морфизмы описывают взаимосвязи между частями. При помощи фундаментальной уплощающей конструкции Гротендика описано явное построение категорий диаграмм, монады диаграмм, монады и комонады диаграмм с отмеченной точкой. Указаны области приложения этих конструкций в процедурах системной инженерии. Предложен подход к реализации высокоавтоматизированных технологий типа порождающего проектирования для сложных многоуровневых систем. Ключевые слова: теория категорий; монада диаграмм; конструкция Гротендика; копредел; системная инженерия; система систем; порождающее проектирование Композициональное представление структуры игры многих лиц в моноидальной категории бинарных отношений
Аннотация: Предложен системный подход к решению игры многих лиц, отвечающий современным сетевым технологиям. Он позволяет оптимизировать функционирование мультиагентных систем. Моно- идальная категория бинарных отношений применяется как средство описания правил игры, исследования и модификации поведения игроков. Игровая проблема состоит в том, чтобы по возможности максимизировать отношения предпочтения всех участников игры. В соответствии с правилами игры их композиция определяет результирующее отношение игры (РОИ). Поиск рационального поведения игроков сведен к нахождению максимальных элементов РОИ. Формализовано использование разнообразных классов допустимых стратегий, процессов обмена информацией между игроками и формирование коалиций. Доказано существование РОИ и изучена структура его максимальных элементов, сокращающая поиск. Выяснено значение отношений предшествования ходов и абсолютно оптимальных предпочтений игроков в процессе формирования коалиций. Ключевые слова: отношения предпочтения: абсолютно оптимальное, гарантированное, предшествования ходов; граф игры; допустимая стратегия; рациональное решение; характеристическое отношение коалиции; результирующее отношение игры; моноидальная категория; композициональность Рынок с марковской скачкообразной волатильностью I: мониторинг цены риска как задача оптимальной фильтрации
Аннотация: Первая часть цикла посвящена исследованию задачи определения рыночной цены риска в финансовой системе, содержащей безрисковый актив - банковский вклад, базовые рисковые инструменты и их деривативы. Модель эволюции базовых активов, описываемая стохастической дифференциальной системой (СДС), содержит стохастическую волатильность, порожденную скрытым марковским скачкообразным процессом (МСП). Исследуемый рынок предполагается неполным с отсутствием возможности арбитража. Рыночная цена риска, соответствующая преобладающей мартингальной мере, выражается через скрытый марковский процесс и не может быть восстановлена точно. Тем не менее она может быть оценена оптимальным образом по наблюдениям цен активов. Исходя из наличия преобладающей мартингальной меры в статье получена СДС в частных производных, описывающая эволюцию во времени цены деривативов и являющаяся аналогом классического уравнения Блэка-Шоулза. Задача оценки рыночной цены риска сформулирована в терминах оптимальной фильтрации состояния СДС наблюдения. Также обсуждаются вопросы численной реализации решения данной задачи оценивания. Ключевые слова: марковский скачкообразный процесс; оптимальная фильтрация; стохастическая волатильность; рыночная цена риска; преобладающая мартингальная мера Среднеквадратичный риск FDR-процедуры в условиях слабой зависимости
Аннотация: Во многих прикладных областях возникает задача обработки больших массивов данных. При этом часто перед обработкой массив данных подвергается некоторому преобразованию, приводящему к "разреженному", или "экономному", представлению, при котором абсолютное значение большинства элементов массива равно нулю (или достаточно мало). Кроме того, в результате помех при получении и передаче данных в них попадает шум, который при дальнейшей обработке желательно некоторым образом удалить. Возникающая при этом задача математически эквивалентна некоторым задачам множественной проверки гипотез. Ранее для решения указанной задачи в условиях нормальности, независимости и разреженности данных была предложена процедура, основанная на методе контроля средней доли ложных отклонений (False Discovery Rate, FDR) гипотез. В настоящей работе исследуется асимптотика риска указанной процедуры в случае наличия слабой зависимости в данных. Ключевые слова: пороговая обработка; множественная проверка гипотез; среднеквадратичный Исследование робастности численных аппроксимаций фильтра Вонэма
Аннотация: Исследуются свойства решения задачи оптимальной фильтрации состояния непрерывной цепи Маркова по линейным наблюдениям, зашумленным винеровским процессом, в предположении неполной информации о его интенсивности. Неопределенность системы наблюдения задается верхней границей интенсивности шума. Численная реализация оптимального решения в постановке с полной информацией, обеспечиваемого фильтром Вонэма, не гарантирует устойчивости. Показано, что фильтр Вонэма в постановке с неопределенностью является робастным по отношению к интенсивности шума, если параметры модели не приводят к его расходимости. В общем случае неустойчивость численной схемы Эйлера-Маруямы фильтра Вонэма сохраняется. Простые эвристические приемы, обеспечивающие устойчивые аппроксимации фильтра Вонэма, показывают работоспособность для более широкого набора параметров. Однако в постановке с неопределенностью удается привести примеры, когда такие эвристические фильтры показывают неприемлемо низкое качество. Лучшее решение дают дискретизованные фильтры - аппроксимации фильтра Вонэма, реализованные для дискретной модели, аппроксимирующей исходную непрерывную систему наблюдения. На серии численных экспериментов показано, что данные фильтры обладают робастностью для всех наборов параметров. Если в расчетах среди смоделированных траекторий фильтра Вонэма нет расходящихся, то дискретизованные фильтры немного проигрывают. Если расходящиеся траектории есть, то выигрыш дискретизованных фильтров носит абсолютный характер. Ключевые слова: марковский скачкообразный процесс; стохастическая фильтрация; робастное оценивание; фильтр Вонэма; численная схема Эйлера-Маруямы; дискретизованные фильтры Критерии выбора размерности модели факторизации
Аннотация: Работа посвящена выбору размерности модели факторизации матрицы с пропущенными элементами. Задача оценивания параметров принятой модели данных решается путем многомерной оптимизации квадратичной целевой функции. Оценивание значения сниженной размерности - типичный пример задачи выбора модели, когда в ходе анализа данных возникает альтернатива, а выбор означает либо выяснение предпочтений отдельных вариантов, либо выделение "лучшего" представителя. Обычно применяемые критерии выбора основываются на функции правдоподобия, для чего требуются вероятностные предположения относительно данных. Но при оценивании параметров рассматриваемой факторной модели они не задаются, а вводить их нецелесообразно, ибо можно нарушить общность сформулированной задачи снижения размерности. Поэтому была предпринята попытка обратиться к идее использовать имеющиеся данные для целей статистического вывода повторно. Ни один из существующих подходов (бутстреп, складного ножа, перепроверки, а также перестановочные тесты) не подходит, поэтому был предложен оригинальный метод формирования новых данных путем дополнительных пропусков элементов исходной матрицы. Для обработки сформированных выборок предлагается использовать комбинацию модели смеси нормальных распределений совместно с ядерным сглаживанием. Предложенные решения позволяют корректно проводить процедуру обоснования размерности принятой модели факторизации. Изложение иллюстрируется примером обработки синтетических данных. Ключевые слова: понижающая ранг аппроксимация матрицы; пропущенные данные; критерии выбора модели; методы повторной выборки; ядерное сглаживание Исследование систем обслуживания со смешанными приоритетами
Аннотация: Изучена однолинейная система массового обслуживания с бесконечным числом мест для ожидания, произвольным распределением времени обслуживания и пуассоновскими входящими потоками требований. Рассматриваются две модели смешанных приоритетов. В первой модели между требованиями разных потоков действует либо дисциплина абсолютного приоритета с обслуживанием заново прерванного требования, либо дисциплина относительного приоритета. Во второй модели - дисциплина абсолютного приоритета либо с потерей, либо с обслуживанием заново прерванного требования. Методом дополнительных компонент исследуется многомерный случайный процесс, компоненты которого - число требований каждого приоритета в системе и время, прошедшее с начала обслуживания требования, находящегося на приборе в момент времени t. Найдено распределение указанного процесса в нестационарном режиме работы системы. Ключевые слова: относительный приоритет; абсолютный приоритет с обслуживанием заново; абсолютный приоритет с потерей; одноканальная система; длина очереди Вероятностная модель для оценки основных характеристик производительности марковской модели суперкомпьютера
Аннотация: Рассматривается известная модель суперкомпьютера в виде двухлинейной экспоненциальной неконсервативной системы массового обслуживания (СМО) с очередью неограниченной емкости и с одновременным занятием и одновременным освобождением заявкой случайного числа приборов. Впервые доказано, что ее основные вероятностные характеристики обслуживания могут быть получены из принципиально другой модели, представляющей собой однолинейную СМО неограниченной емкости с потерями поступающих заявок, но без искусственных простоев прибора. C привлечением развитого аналитического аппарата анализа обобщенных процессов размножения и гибели (ПРГ) показано, что в важных частных случаях совместное нестационарное распределение вероятностей ее состояний представляется в матрично-геометрической форме и может быть найдено (в терминах преобразования Лапласа (ПЛ)) с помощью метода на основе информации о пересечении уровней. Приведены примеры численных расчетов, иллюстрирующие некоторые характеристики установленной связи между двумя моделями. Ключевые слова: суперкомпьютер; система массового обслуживания (СМО); неконсервативность дисциплины обслуживания; нестационарный режим К моделированию эффектов обслуживания многоадресного трафика в сетях 5G NR
Аннотация: Многоадресная передача данных в сетях беспроводного доступа позволяет эффективно предоставлять услугу группе абонентов и оказывается полезной для сокращения ресурса, необходимого для обслуживания пользователей, запрашивающих одни и те же данные. Поддержка этой функции в современной технологии 5G New Radio (NR) и будущих субтерагерцевых системах 6G сталкивается с особенностями, связанными с использованием фазированных антенных решеток (ФАР), формирующих направленные лучи. Представленная модель обслуживания многоадресного и одноадресного трафика позволяет исследовать области значений параметров сети связи 5G/6G для снижения плотности размещения базовых станций (БС) при поддержании качества предоставления услуг абонентам. Ключевые слова: 5G; 6G; многоадресная передача; миллиметровые волны; терагерцевые частоты; фазированные антенные решетки; технологии радиодоступа; математическое моделирование Самообучение автономных интеллектуальных роботов в процессе поисково-исследовательской деятельности
Аннотация: Рассматривается один из эффективных подходов к организации целесообразного поведения автономных интегральных роботов (АИР) в процессе поисково-исследовательской деятельности в априори неописанных условиях проблемной среды (ПС). Предлагается в основе целесообразного поведения роботов использовать процедуры наглядно-действенного мышления, основанные на формализации рефлекторного поведения высокоорганизованных живых систем. Разработан алгоритм самообучения в условиях с высоким уровнем неопределенности, позволяющий автоматически формировать условные программы целесообразного поведения, обеспечивающие АИР возможность достигать заданной цели поведения в процессе поисково-исследовательской деятельности. Найдены граничные оценки функциональной сложности предложенного алгоритма самообучения в условиях неопределенности, показывающие возможность его реализации на бортовой ЭВМ автономных интегральных роботов, имеющих, как правило, ограниченные вычислительные ресурсы. Проведено имитационное моделирование процесса самообучения АИР в априори неописанной ПС, подтвердившее эффективность применения предложенного подхода для организации планирования целесообразного поведения в априори неописанных ПС. Ключевые слова: автономный интегральный робот; алгоритм самообучения; условия неопределенности; проблемная среда; условные сигналы Сложные причинно-следственные связи
Аннотация: Рассматривается задача построения логического вывода конкретного свойства из данных, выбираемых из множества наборов исходных данных. При решении задачи учитываются как возможности нарушения причинно-следственной схемы из-за шума, так и возможности недостижимости получения необходимого вывода. Построена причинно-следственная схема приближенного вывода, состоящая из объектов покрытий причин и следствий, которая начинается из исходных предпосылок и заканчивается выводом объекта, содержащего требуемое свойство. Для описания процесса порождения логического вывода объекта с интересующим свойством из исходных данных введено понятие активации объектов. Это свойство позволяет представить схему вывода в форме DAG (Directed Acyclic Graph). Построен простой алгоритм конструирования причинно-следственной схемы из исходных данных к объекту, содержащему искомое свойство. Этот алгоритм также определяет условия существования возможностей вывода из исходных условий объекта с требуемым свойством. Ключевые слова: причинно-следственные связи; приближенный логический вывод; вероятность правильного вывода в условиях шума Методология корпусно-ориентированного исследования в области контрастивной пунктуации
Аннотация: Уточняется подход к современным исследованиям в области контрастивной пунктуации с точки зрения методологии. С учетом новейших достижений информатики, компьютерной лингвистики и теории перевода такие исследования очевидным образом должны иметь корпусно-ориентированный характер. В данной статье представлена методологическая схема подобного исследования, направленного на выявление межъязыковой пунктуационной асимметрии посредством сравнения функционального диапазона одного и того же знака препинания в разных языках. Показываются основные методологические тенденции, характерные для этой научной области. Внимание уделяется особенностям корпусной методологии при контрастивном изучении пунктуации. В качестве одного из современных методологических инструментов предлагаются надкорпусные базы данных (НБД), разрабатываемые в ФИЦ ИУ РАН. Ключевые слова: контрастивная пунктуация; перевод; корпусное переводоведение; корпусно-ориентированное исследование; параллельный корпус; надкорпусная база данных; межъязыковая асимметрия; методология Подходы к подбору специалистов при организации коллективного решения проблем
Аннотация: Исследование малых групп (коллективов, команд), их особенностей, проблем, динамики и особенностей подбора специалистов стоит на стыке психологии в управлении персоналом и социальной психологии. Особое место в широком спектре направлений современной науки занимает моделирование взаимодействия людей в малых коллективах специалистов, в частности в рамках многоагентного подхода. При этом, разрабатывая интеллектуальные системы (ИС) (искусственные гетерогенные коллективы) для решения практических проблем, сейчас требуется объединять в составе системы модели специалистов (агентов), созданных различными командами разработчиков, имеющих несовместимые цели и модели предметной области. Отбор специалистов в естественные и моделей специалистов в искусственные гетерогенные коллективы - важная задача, результаты решения которой влияют на дальнейший процесс принятия решений. Представлен анализ методов и подходов к подбору специалистов и комплектования малых групп (коллективов, команд), измерительные инструменты которых должны подвергаться оценке качества. Ключевые слова: группа; малый коллектив специалистов; команда; методы подбора специалистов и формирования малых групп; командообразование
|
|
||
|
| © 2016 Институт проблем информатики Российской Академии наук |