Ключевые слова: компьютерное зрение, медицинские изображения, классификация, детектирование, сегментация, нейронные сети, компьютерная томография, мочекаменная болезнь
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.013
Статья посвящена вопросам применения технологий искусственных нейронных сетей для определения объектов на медицинских изображениях, в том числе на изображениях внутренних органов человека, полученных в результате проведения процедуры компьютерной томографии. Целью данного исследования был выбор метода анализа медицинских изображений и его реализация в системе поддержки принятия решений в хирургии и урологии при диагностике мочекаменной болезни человека. В статье исследована применимость для решения различных задач обнаружения объектов на медицинских изображениях методов классификации, детектирования и сегментации. Показано, что для использования в системе поддержки принятия врачебных решений при диагностике мочекаменной болезни с целью планирования дальнейшего хирургического вмешательства лучше всего подходит детектирование. Поэтому в статье рассмотрены основные современные нейросетевые архитектуры, применимые для решения задачи детектирования. Для решения задачи детектирования объектов на медицинских изображениях, полученных по результатам компьютерной томографии внутренних органов человека, обоснована целесообразность применения нейросети архитектуры YOLO. По результатам вычислительного эксперимента выявлены проблемные места, связанные с детектированием сетью YOLO объектов почек и камней. Для повышения точности метода предложено использовать алгоритм нечеткой оценки результатов детектирования объектов нейросетью архитектуры YOLO. Результаты детектирования изображений нейросетью YOLO после ее модификации позволяют провести дальнейшие расчеты параметров найденных объектов для планирования хирургического вмешательства.
Ключевые слова: компьютерное зрение, медицинские изображения, классификация, детектирование, сегментация, нейронные сети, компьютерная томография, мочекаменная болезнь
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.012
В статье представлен новый алгоритм аугментации визуальных данных на основе статистических методов. Метод включает в себя оригинальный способ кодирования контуров в виде одномерных векторов, хранящих информацию о расстояниях от центра тяжести до вершин под определенными углами. Предложен алгоритм генерации новых контуров, основанный на статистических характеристиках исходного набора данных и нормальном распределении. Ключевой особенностью метода является сохранение важных статистических свойств исходного набора данных, что подтверждается математическими доказательствами двух основных утверждений об инвариантности математического ожидания и дисперсии. Представлен визуальный пример, демонстрирующий работу метода на реальном контуре. Предложенный подход имеет потенциал для применения в различных областях, включая компьютерное зрение, медицинскую визуализацию и дистанционное зондирование, где генерация и аугментация данных о контурах объектов играют важную роль. Метод может быть особенно полезен в ситуациях, когда сбор реальных данных затруднен или ресурсоемок. Основные результаты получены аналитическим методом – разработанная математическая модель дополнена генератором случайных чисел из распределения с параметрами, рассчитанными на базе обучающего набора данных. Параметры подобраны таким образом, чтобы основные статистические характеристики обучающего набора данных сохранялись на синтетических данных, что позволяет эффективно применять предложенный алгоритм к широкому классу задач распознавания образов.
Ключевые слова: генерация контуров, полярное представление, аугментация данных, компьютерное зрение, статистические характеристики, машинное обучение
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.011
Управление сложными логистическими процессами современных предприятий требует разработки адекватных математических моделей, позволяющих рассчитать оптимальные планы перевозки. Одной из таких моделей является транспортная задача с фиксированными доплатами, особенностью которой является нелинейность функции цели. Настоящее исследование посвящено разработке генетического алгоритма решения транспортной задачи с фиксированными доплатами. Основу исследования составляет проведенный анализ существующих подходов к решению различных модификаций транспортных задач. Особенностью предлагаемого алгоритма является формирование на каждом из этапов хромосом, удовлетворяющих ограничениям задачи, что позволяет сократить время решения. В исследовании подробно представлены шаги алгоритма формирования начальной популяции, кроссинговера и мутации, адаптированные к условиям транспортной задачи с фиксированными доплатами. В основу формирования начальной популяции положен подход случайного выбора пары «поставщик-потребитель», что обеспечивает ее достаточное разнообразие. Оператор кроссинговера реализуется посредством разработки алгоритма, основанного на делении по модулю двух сумм генов родителей и последующем перераспределении остатков от деления между потомками. Алгоритм мутации хромосомы основан на изменении плана перевозок для случайно выбранных строк и столбцов при сохранении допустимости особи. Для проведения вычислительного эксперимента разработан программный продукт на языке Python, приведен демонстрационный пример расчета. Результаты проведенных расчетов для группы сельхозпроизводителей позволили сделать выводы о практической значимости предлагаемого алгоритма и выявили возможности его использования для решения многоэтапных транспортных задач, актуальных для крупных производственных и логистических компаний.
Ключевые слова: транспортная задача, транспортная задача с фиксированными доплатами, генетический алгоритм, хромосома, мутация, кроссинговер, эвристический алгоритм, план перевозок, оптимизация
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.020
Материалы статьи предназначены для специалистов в области машинного обучения для организации технологий повышения качества информационного восприятия и интерпретации измерений в практике принятия врачебных решений. В статье предлагается способ выбора, настройки и тестирования классификатора в условиях дефицита априорной информации используемых данных. Это актуально, когда на начальном этапе научных исследований формируются малые выборки измерений биологических объектов и их систем, нелинейные свойства которых часто приводят к несостоятельности статистических критериев. Тем не менее, согласованность «неудобных» распределений должна выражаться в адекватном ответе программы содействия врачебному решению. Исходя из этого, определяется цель – выбор метода решения из предлагаемого множества способов машинной настройки разделения признаков. Большая часть алгоритмов настройки – эвристические, где останов параметрического оценивания базируется на критериях минимизации энтропии как косвенной максимизации принятой информации. Главная задача – это определение алгоритма обучения и настройки регрессии классификации с явным прогностическим поведением подобия статистической сходимости минимизируемых ошибок. Это гарант повышения качества классификации рисков при тривиальном увеличении экземпляров обучения. Особенности рассматриваемого случая заключается в двойственности характера прогрессирования хронического гепатита C (ХГС) у детей: с коинфекцией ВИЧ и собственно ХГС. Отсюда и возникает проблема нахождения единых условий метрической минимизации ошибок при оценке риска развития ХГС на базе методов машинного обучения. На небольших выборках были исследованы данные с целью выявления значимых параметров для эвристической идентификации присутствия рисков развития основного и сопутствующих заболеваний. В этом исследовании применялось несколько методов неглубокого машинного обучения регрессий, в основном использующие эвристические решения вероятностного разделения признаков. В статье выборочно описано применение некоторых основных методов обучения с учетом их особенностей при технологической проверке классификаторов риска.
Ключевые слова: машинное обучение, хронический гепатит C, коинфекция ВИЧ, бинарные классификаторы, lasso-регрессия, сумма квадратов ошибок (MSE), регуляризация, классификатор дерева решений, ROC кривая, площадь под ROC кривой (AUC)
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.004
Актуальность исследования, проведенного в статье, обусловлена необходимостью прогнозирования рисков, которые угрожают жизни ребенка, имеющего врожденный порок сердца, с целью планирования проведения хирургических вмешательств. Прогноз состояния сердечно-сосудистой системы осуществляется на основе нульмерной модели кровообращения. Для этого предлагается создать квазистационарную модель, в которой параметры сердечно-сосудистой системы изменяются в зависимости от возраста ребенка. На основе анализа данных регионального мониторинга здоровья детей в статье сформулирована гипотеза о том, что параметры организма ребенка изменяются в зависимости от возраста по экспоненциальному закону. Экспериментальные исследования на основе данных мониторинга подтвердили выдвинутую гипотезу. Предложена и исследована методика построения изменения параметров сердечно-сосудистой системы ребенка в зависимости от возраста. Для установления этой зависимости достаточно иметь значение параметра для ребенка в текущий момент времени и в другой момент времени для среднего ребенка данного пола. Предложен алгоритм получения экспериментальной экспоненциальной зависимости на основе использования итерационного метода Ньютона для решения нелинейного уравнения. Реализация предложенной методики позволяет прогнозировать состояние сердечно-сосудистой системы ребенка для планирования таких вмешательств, как хирургическое устранение врожденных пороков сердца.
Ключевые слова: врожденный порок сердца, аппроксимация, экспоненциальный закон, математическое моделирование, квазистационарная система, сердечно-сосудистая система
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.009
В статье рассматривается представление о повышении эффективности процесса обслуживания запросов в одноранговых распределенных вычислительных системах на основе логического объединения их подмножества в пиринговые системы, а также предложен алгоритм взаимного информационного согласования элементов объединенной системы для обслуживания потока высокоинтенсивных запросов к данным на основе аукционной модели. В качестве метода и модели, обеспечивающей поддержку децентрализованного взаимодействия элементов пиринговой системы, предложена аукционная модель. Обоснован выбор аукционной модели – обратной аукционной модели Викри. С использованием теории мультиагентных систем рассмотрен подход для процесса формирования логической группы элементов пиринговой системы, определены соответствующие программные модули-агенты, обеспечивающие функции инициализации и реализации процесса проведения аукциона. С использованием теоретико-множественного представления определяются такие параметры, формирующие условия участия узлов-участников аукциона в процессе взаимного информационного согласования, как стоимостная функция и функция полезности. Детально рассмотрен выбор и обоснование функций компонентов аукционной модели. Определен вид стоимостной функции и функции полезности, используемых узлами – участниками аукциона. На основании состава функциональных компонентов элементов пиринговой системы, входящих в логическую группу, а также определения состава и вида функций, реализуемых этими компонентами, разработана схема алгоритма реализации обратной аукционной модели Викри, обеспечивающая формирование и функционирование логической группы элементов пиринговой системы.
Ключевые слова: распределенные системы, система доставки данных, пиринговые системы, система массового обслуживания, аукционная модель
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.005
Перераспределение виртуализированных вычислительных и коммуникационных ресурсов в центрах обработки данных представляет собой значительную проблему в контексте облачных технологий, осложняя обеспечение стабильного функционирования сервисов. Эти сервисы должны соответствовать критериям качества обслуживания, оценки производительности и условиям контрактов на обслуживание, которые предъявляют поставщики облачных услуг. Главная цель перераспределения виртуализированных вычислительных и коммуникационных ресурсов – оптимальное размещение подмножества активных виртуальных машин на минимальном количестве физических машин с учетом их многомерных потребностей в вычислительных и коммуникационных ресурсах. Что значительно улучшит эффективность работы виртуализированного центра обработки данных. Проблема перераспределения вычислительных и коммуникационных ресурсов центра обработки данных попадает под класс проблем, определяемых как «NP-трудные» проблемы, так как предполагает обширное пространство решений. Поэтому необходимо больше времени для нахождения оптимального варианта. В предыдущих исследованиях ряда таких проблем было доказано, что метаэвристические стратегии позволяют находить приемлемые решения за пригодное время. В статье предлагается использовать модифицированный вариант метаэвристического алгоритма муравьиной колонии для решения задачи перераспределения вычислительных и коммуникационных ресурсов между виртуальными машинами центра обработки данных, рассматриваемой в рамках задачи многомерной векторной упаковки.
Ключевые слова: виртуализированные вычислительные и коммуникационные ресурсы, метаэвристические методы, многомерная векторная упаковка, алгоритм оптимизации муравьиной колонии, центр обработки данных
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.47.4.002
В статье рассмотрены особенности применения программного робота для поддержки принятия решений в организации в условиях неопределенности. Отмечено, что одной из технологий, позволяющих значительно повысить эффективность взаимодействия пользователей с цифровыми устройствами, являются умные помощники. Предложено рассматривать понятие «умный помощник» в качестве программного робота, способного анализировать данные, выявлять закономерности и предоставлять рекомендации пользователю по принятию решений. Предложены перспективные области применения умного помощника в зависимости от их функциональных особенностей, возможных каналов связей с пользователем. Рассмотрен перечень возможных вариантов синхронизации умного помощника c корпоративными информационными системами. Рассмотрены модели, позволяющие умному помощнику предоставлять функционал эффективной поддержки принятия решения. Проведен сравнительный анализ двух вариантов организации модуля поддержки принятия решения и предложены практические рекомендации использования комбинированного варианта, предусматривающего использование различных подходов для обеспечения высокоэффективной работы умного помощника. Предложены обобщенная внутренняя структура умного помощника в графическом формате и вариант классификации программных роботов по различным критериям. Предлагаемый вариант умного помощника позволяет достичь высокой точности и надежности рекомендаций при сохранении оперативности реакции программного робота на запросы пользователя и может быть использован при создании специализированных систем поддержки принятия решений, адаптированных под конкретные потребности организации.
Ключевые слова: информационная система, программный робот, обобщенная структура, классификация программных роботов, оперативный консультант, умный помощник, принятие решений
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.010
В работе рассматривается метод мультилатерации для обеспечения согласованного взаимодействия беспилотных летательных аппаратов для выполнения задач в составе роя при мониторинге полей в сельском хозяйстве, выполнении контроля параметров окружающей среды, сборе метеоданных и т. д. Мультилатерация позволит повысить надежность работы беспилотных летательных аппаратов в составе роя и обеспечит автономность действий отдельных аппаратов. В качестве цели работы рассматривается оценка потенциала использования метода мультилатерации радиосигнала для определения взаимного расположения беспилотных летательных аппаратов и создание программной и физической моделей для проверки этого метода. Для достижения поставленной цели в работе представлены результаты разработки алгоритма взаимодействия беспилотных летательных аппаратов при использовании метода мультилатерации, способ решения задачи определения местоположения источника сигнала при малых вычислительных затратах и результаты компьютерного и физического моделирования предложенных подходов. Разработанные модели продемонстрировали свою адекватность поставленным задачам и выявили некоторые недостатки предложенного подхода при практической реализации. В работе также рассмотрены возможные ситуации при взаимодействии беспилотных летательных аппаратов в рое и отмечены основные пути устранения недостатков.
Ключевые слова: метод мультилатерации, беспилотный летательный аппарат, рой летательных аппаратов, определение местоположения, физическая модель, система уравнений
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.046
Работа посвящена формированию принципов построения компонентов мониторинговой среды для управления многофункциональными интеллектуальными системами. Обоснована актуальность исследуемой тематики, поставлены цель и задачи работы. Выделена задача формирования системы показателей, описывающих работу системы, как ключевая задача при формировании мониторинговой среды. Описаны 3 этапа, определяющие формирование системы показателей от показателей эффективности системы к показателям деятельности отдельных элементов. Предложена система показателей для мониторинговой среды в виде иерархической структуры с 3 уровнями: уровень критериев эффективности, уровень показателей деятельности, уровень комбинации видов ресурсов и видов деятельности. Предложены алгоритмы сбора и формирования наборов данных. Алгоритм формирования набора данных для мониторинговой среды предусматривает получение данных из разных источников. Задача алгоритма сбора данных – подготовка наборов данных для последующей обработки и получения значений, требуемых мониторинговой средой. При сборе данных рассмотрены различные подходы к формированию целевых наборов данных. Для определения соответствий между функциональными направлениями, ресурсами, видами деятельности, подразделениями и исполнителями приложен алгоритм формирования справочников соответствий. Предложена архитектура веб-приложения как одной из форм реализации мониторинговой среды. На примере использования фреймворка Next.js описаны компоненты архитектуры приложения и представлена схема архитектуры.
Ключевые слова: управление, данные, мониторинг, архитектура, алгоритм, интеллектуальные системы
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.002
В представленной статье рассматривается алгоритм для оценки привлекательности потенциальных партнеров в контексте онлайн-знакомств. Алгоритм использует две нейронные сети: генеративную и сверточную. Генеративная нейронная сеть создает визуальные профили на основе различных параметров привлекательности, в то время как сверточная нейронная сеть анализирует и извлекает эти параметры из изображений реальных пользователей. Такой подход позволяет динамически адаптировать предпочтения пользователей, обеспечивая высокую релевантность рекомендаций даже при ограниченной выборке кандидатов в отдельно взятом регионе. Метод, описанный в статье, направлен на значительное улучшение пользовательского опыта и повышение успешности знакомств в онлайн-среде. Благодаря использованию нейронных сетей алгоритм способен учитывать индивидуальные предпочтения пользователей и адаптироваться к ним в режиме реального времени. Это делает рекомендации более точными и персонализированными, что, в свою очередь, способствует созданию более глубоких и качественных межличностных связей. Исследование также подчеркивает важность формирования стабильных и счастливых отношений в долгосрочной перспективе. Представленный подход способствует этому, обеспечивая пользователям более удовлетворительный и результативный опыт в онлайн-знакомствах. Таким образом, использование алгоритмов и нейронных сетей в сфере онлайн-знакомств имеет потенциал для значительного улучшения качества взаимодействий и межличностных связей, что является важным аспектом в современной цифровой эпохе.
Ключевые слова: нейронные сети, привлекательность, онлайн-знакомства, генеративная нейронная сеть, сверточная нейронная сеть, подбор пар, рекомендации, пользовательские предпочтения, релевантность
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.008
Актуальность исследования обусловлена необходимостью систематизации ключевых навыков и знаний для эффективной научной деятельности в научно-исследовательских организациях. В связи с этим, данная статья направлена на разработку модели компетенций для научных сотрудников. Ведущим подходом к исследованию данной проблемы является метод интеграции модели компетенций в систему грейдирования, позволяющий комплексно рассмотреть оценку и стимулирование профессионального роста сотрудников. В статье представлены: модель компетенций для научных сотрудников исследовательских организаций, включающая четыре основные категории компетенций: профессиональные, личностные, межличностные и управленческие, детализированные по уровням мастерства; методика интеграции модели компетенций в автоматизированную систему грейдирования, обеспечивающая объективную оценку и стимулирование профессионального роста; этапы создания модели, включающие выделение должностных групп, расчет шкалы грейдирования, дифференциацию уровней мастерства и адаптацию модели на основе обратной связи. Модель компетенций, предложенная как набор компетенций, которые по представлению руководителей научно-исследовательских организаций рассматриваются как индикаторы поведения, при помощи которых научные работники способны эффективно и качественно выполнять свои должностные обязанности. Материалы статьи представляют практическую ценность для научно-исследовательских организаций, способствуя эффективному управлению талантами, планированию карьерного роста и разработке программ обучения.
Ключевые слова: модель компетенций, грейдирование, научные сотрудники, профессиональное развитие, HR процессы, междисциплинарное взаимодействие, управление талантами
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.020
В статье рассматривается проблематика применения нейронных сетей семейства ART для оптимизации процесса принятия решений в системах управления рисками. Преимущества такого подхода, такие как способность быстро реагировать на новую информацию и гибкость в обучении, сопоставляются с недостатками, включающими сложности настройки параметров и интерпретации результатов. В следующей части статьи будут изучены различные способы обучения ART-сетей, включая методы без учителя (unsupervised learning) и с учителем (supervised learning), а также ключевые моменты настройки параметров сети. Поднимаются возможные проблемы, связанные с качеством входных данных и сложностью интерпретации выходных данных. В статье также представлен конкретный пример использования нейронных сетей типа ART в сфере строительства для оценки рисков и принятия обоснованных решений. В заключении статьи делается акцент на перспективах использования нейронных сетей семейства ART для кластер-анализа рисков, выявления связанных факторов и группировки их для более эффективного управления. Обсуждаются возможности дальнейшего развития методов принятия решений в управлении рисками с применением нейронных сетей типа ART и их потенциал для обеспечения более точных и прогностических практик.
Ключевые слова: нейронные сети типа ART, риски, процессы принятия решений, мониторинг данных, обучение нейронной сети
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.045
Актуальность исследования обусловлена тем, что управление квадрокоптером с помощью жестов рук более естественно и интуитивно, чем использование традиционных пультов управления. Это позволяет пользователям с легкостью освоить управление и сосредоточиться на выполнении задачи, а не на технических аспектах управления. В свою очередь, разработка системы распознавания жестов требует совершенствования алгоритмов обработки изображений на основе машинного обучения. Данная статья направлена на исследование возможности реализации управления движением квадрокоптера с использованием жестов рук, в сочетании с современными нейросетевыми технологиями. Основным подходом в исследовании данной проблемы является применение сверточных и искусственных нейронных сетей для обработки изображений и выполнения задач компьютерного зрения. В работе также рассматриваются методы оптимизации гиперпараметров с помощью инструмента Optuna, использования TensorFlow Lite для реализации моделей машинного обучения на устройствах с ограниченными ресурсами и применение библиотеки MediaPipe для анализа жестов. Такие технологии, как Dropout и L2-регуляризация, используются для повышения эффективности моделей. Материалы статьи представляют практическую ценность для исследователей в области искусственного интеллекта и робототехники, разработчиков программного обеспечения и компаний, занимающихся разработкой беспилотных летательных аппаратов.
Ключевые слова: квадрокоптер, жесты рук, компьютерное зрение, сверточные нейронные сети, искусственные нейронные сети, оптимизация гиперпараметров, управление
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.003
В работе рассмотрен метод, при котором SWOT-анализ комбинируется с методом гибридных оценок. SWOT-анализ включает в себя выявление внутренних сильных и слабых сторон организации (Strengths, Weaknesses), а также внешних возможностей и угроз (Opportunities, Threats), что позволяет выявить стратегии для максимизации преимуществ и минимизации рисков. В свою очередь, метод гибридных оценок сочетает в себе преимущества нескольких известных методов повышения эффективности и удобства процесса принятия решений. Основная идея метода заключается в комбинированном использовании метода анализа иерархий и статистического метода расчета средневзвешенного, что позволяет объединить их сильные стороны и при этом минимизировать недостатки. Метод анализа иерархий позволяет структурировать сложные задачи в виде иерархии, которая далее формируется в отдельные уровни. Парные сравнения элементов иерархии позволяют оценивать относительную важность каждого элемента, что обеспечивает систематический подход к принятию решений. Целью интеграции было объединить положительные черты двух методов. В рамках данной работы был выявлен и подробно описан один из главных недостатков подхода комбинированного использования SWOT-анализа и метода анализа иерархий. Также был выполнен сравнительный анализ количества требуемых операций парных сравнений между подходом комбинированного использования SWOT-анализа и метода анализа иерархий, и использования SWOT-анализа совместно с методом гибридных оценок.
Ключевые слова: метод принятия решения, метод анализа иерархий, метод гибридных оценок, нефункциональные требования, функциональные требования, SWOT-анализ
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.019
Актуальность данной работы связана с расширяющимся применением информационных систем и моделей, позволяющих отслеживать динамику ключевых показателей функционирования предприятий и принимать соответствующие организационно-управленческие решения. При работе с информационными моделями предприятий необходимо обращение к массивам данных, что может повлечь проблемы с временем на анализ данных и обработку запросов. При рассмотрении этой задачи важно учитывать размеры и структуру базовых информационных массивов, хранящих основные данные предприятия. В связи с этим, в данной работе рассматривается целесообразность объединения массивов, отражающих состояние объектов определенных цехов машиностроительного предприятия. Показано, что выигрыш от такой операции возможен за счет уменьшения времени операций с массивом. Предложена задача для нахождения оптимальной структуры состава полученных базовых массивов, характеризующихся оптимальным временем актуализации. Для решения данной задачи предлагается алгоритм для объединения основных массивов. Проводится анализ целесообразности процесса объединения, в результате которого определены условия, при которых такое объединение целесообразно. Для алгоритма предложено использование метода «ветвей и границ». Предложенный алгоритм позволяет принять оптимальное решение по выбору состава базовых массивов и позволяет объединять базовые массивы данных информационной модели предприятия, обеспечивая сокращение суммарного времени обращения к данным.
Ключевые слова: информационная модель предприятия, информационный массив, комплексирование данных, анализ данных, критерии оптимизации, эффективность объединения информационных массивов, управление предприятием, организация производства, автоматизация
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.028
В статье рассматривается разработка мобильного игрового приложения для формирования и развития лидерских качеств у школьников старших классов, студентов колледжей и техникумов. Обучающее игровое приложение соответствует концепции «инновационной образовательной технологии», то есть включает в себя комплекс из трех взаимосвязанных составляющих: современное содержание, современные методы обучения, современная цифровая инфраструктура обучения. Разработанное мобильное приложение позволяет системно развивать такие лидерские качества, как уверенность в себе, ответственность, умение планировать время, креативность, умение действовать в ситуации неопределенности, целеустремленность. В основе логики приложения заложен принцип формирования индивидуальной образовательной траектории. Для построения индивидуальных траекторий обучения для каждого пользователя используется нейросетевая кластеризация анкетных данных. То есть при генерации индивидуальных траекторий развития лидерских качеств используются не только методы анкетирования, но и результат применения к совокупности анкет методов кластеризации. Для кластеризации используются самоорганизующиеся карты Кохонена. Получаемое разбиение на кластеры проанализировано экспертами, выявлено несколько четко обозначенных кластеров, для каждого из которых составлена модель индивидуального изменения траектории развития лидерских качеств. В результате экспертного анализа результатов кластеризации было выделено семь кластеров. Совместно с экспертами составлено описание каждого кластера.
Ключевые слова: кластеризация, сеть Кохонена, лидерские качества, индивидуализация траектории обучения, мобильное приложение
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.021
В статье показаны возможности применения методов машинного обучения для построения и анализа системы аутентификации на основе динамики нажатий клавиш. В работе обоснована необходимость улучшения многофакторной системы аутентификации. Предложен способ классификации работ поведенческой биометрии для сравнения и использования результатов исследований. Рассмотрены базовые возможности обработки и генерирования динамических и статических признаков динамики нажатий клавиш. Протестированы различные комбинации наборов признаков и выборок обучения, описана лучшая комбинация с равной частой ошибок (Equal Error Rate) 4,7%. Итеративный анализ качества системы позволяет установить важность первых символов последовательности ввода, а также нелинейную взаимосвязь степени ранжирования модели и EER. Высокие показатели, достигнутые бустинговой моделью, свидетельствуют о значительном потенциале поведенческой аутентификации для дальнейшего улучшения, развития и применения. Приводится значимость данного метода, его практическая полезность не только в задаче аутентификации, перспективы развития, включая использование нейросетевых методов и анализ динамики данных. Несмотря на достигнутые результаты, отмечается необходимость дальнейшей работы над моделью, включая разработку дополнительных моделей кластеризации, классификации, изменение набора признаков и построение каскада. Подчеркивается важность исследуемой области, способной принести значительный вклад в развитие информационной безопасности и технологий.
Ключевые слова: аутентификация, поведенческая биометрия, динамика нажатий клавиш, классификация, машинное обучение
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.013
В статье представлены алгоритмы реконструкции, расчета параметров камней и визуализации трехмерных объектов почек и камней по данным, полученным после детектирования нейросетью 2D-объектов на медицинских изображениях, полученных в результате компьютерной томографии внутренних органов человека. Алгоритмы позволяют выполнить восстановление (сборку) объектов почек и камней, расчет физических параметров камней, выполнить плоскую и трёхмерную визуализацию камней. Программная реализация алгоритмов позволяет получить размеры найденных конкрементов в почках, визуализировать распределение плотности внутри камня, визуализировать расположение найденных камней в почке, что упрощает поддержку принятия врачебных решений при постановке диагноза и последующего планирования оперативного вмешательства при проведении процедуры дробления камней с применением лазерной установки. Предложенные алгоритмы и модели были реализованы в прототипе системы поддержки принятия врачебных решений в хирургии и урологии с использованием технологий компьютерного зрения в составе программных модулей. Использование разработанных алгоритмов послойной сборки камней и почек в прототипе системы поддержки принятия врачебных решений в хирургии и урологии с применением компьютерного зрения сокращает время на постановку диагноза и планирование операции по дроблению камней, а также помогает избежать ошибок в определении расположения камней внутри почки и, тем самым, уменьшить вероятность травмирования пациента.
Ключевые слова: детектирование, визуализация, 3D-воксельная реконструкция, DICOM-изображения, сеть YOLO
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.016
В статье показаны возможности применения семантического анализа постов пользователей социальной сети ВКонтакте для мониторинга и прогнозирования депрессии. Подчеркивается серьезность проблемы депрессии, ее негативное влияние на здоровье и социум, а также актуальность ранней диагностики и помощи. В работе также обоснована необходимость и перспективы анализа данных русскоязычных социальных сетей для предотвращения развития депрессии у пользователей. В статье предложен подход, который позволяет проводить анализ текстовых данных и использовать логистическую регрессию для классификации пользователей по наличию депрессии. Результаты исследования показывают высокую точность модели с использованием логистической регрессии, что представляет потенциал для автоматизации процессов выявления и поддержки пользователей, страдающих депрессией по данным пользовательской информации в социальных сетях. Также приводится значимость данного метода, его практическая полезность для персонализированных интервенций, преимущества и перспективы развития, включая использование нейросетевых методов и анализ динамики данных. Несмотря на достигнутые результаты, отмечается необходимость дальнейшей работы над моделью, включая изучение других методов машинного обучения и учет изменений в психическом состоянии пользователя со временем. Развитие методов прогнозирования депрессии на основе данных социальных сетей, предложенных в статье, является важным направлением, способным принести значительный вклад в области психологии, здравоохранения и информационных технологий.
Ключевые слова: прогнозирование, депрессия, психическое расстройство, логистическая регрессия, классификация, социальная сеть, машинное обучение
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.044
Работа посвящена проблеме планирования маршрутов судов на акваториях с интенсивным движением. В условиях насыщенного трафика навигационная безопасность может быть обеспечена только при координации движения судов и реализации ими определенной схемы движения. В статье рассматривается задача планирования маршрута таким образом, чтобы он соответствовал практике судоходства, сложившейся в конкретном районе. Предлагаемый в работе метод планирования маршрутов основан на кластеризации данных о движении судов. Выделенные кластеры представляют собой области в трех- или четырехмерном фазовом пространстве с близкими значениями скоростей и курсов судов, на основе которых формируется граф возможных маршрутов. Особенностью подхода к построению графа является уменьшение числа вершин и ребер за счет моделирования выделенных кластеров охватывающими многоугольниками. В работе показано, что во многих случаях могут использоваться не только вогнутые, но и выпуклые многоугольники, что может дополнительно уменьшить мощность графа. В статье дается метрика расстояния между точками в фазовом пространстве, по которой ведется кластеризация данных, обсуждаются проблемы выбора параметров метрики и алгоритма кластеризации. Отмечается перспективность использования алгоритма DBSCAN. Работа сопровождается расчетами планируемых маршрутов судов на данных реальной акватории (Сангарский пролив). Приводятся результаты кластеризации данных о движении, выделения местоположения кластеров путем построения охватывающих многоугольников, вычисления маршрута судна. Отмечается, что рассматриваемая задача может быть актуальна в контексте перспективного развития автономного судовождения. В этом случае рассчитанный маршрут судна будет соответствовать движению других судов, находившихся на акватории ранее. Это позволит снизить вероятность возникновения опасных ситуаций при движении автономного судна в общем судопотоке.
Ключевые слова: безопасность судоходства, управление движением судов, система установления путей движения, интенсивное движение, планирование маршрутов, кластеризация, алгоритмы на графах
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.043
В статье рассматривается задача построения туристического маршрута с заранее заданными точками начала и конца маршрута. Объекты делятся на два типа. Первые – обязательные, которые наверняка должны войти в результирующий маршрут. Вторые – дополнительные, посещение которых не является необходимым. Маршрут формируется с учетом приоритетов, заранее заданных для объектов туристом исходя из его интересов и предпочтений, при этом суммарное время посещения объектов не должно превышать заданного крайнего срока прибытия в конечную точку маршрута. Для решения поставленной задачи в статье предлагается подход, основанный на построении известными методами маршрута по основным объектам и дальнейшем его расширением с использованием муравьиных стратегий. С этой целью вводится понятие «сытости» муравья и вероятности возврата к основному маршруту, чтобы была возможность контроля оставшегося времени. В завершении статьи приводятся результаты вычислительного эксперимента, направленного на оценку влияния параметров муравьиного алгоритма на полученный маршрут и разработку рекомендаций по настройке этих параметров в зависимости от размерности задачи. Кроме того, проводится сравнительный анализ маршрутов, полученных предложенным алгоритмом и точным методом ветвей и границ по заданному набору объектов, по результатам которого сделан вывод об эффективности предложенного алгоритма.
Ключевые слова: туристический маршрут, муравьиный алгоритм, приоритет, задача коммивояжера, вероятностный выбор
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.042
Актуальность исследования обусловлена низким уровнем применения диалога на естественном языке в дистанционном обучении. Создание таких средств на основе искусственного интеллекта сделает процесс дистанционного обучения более доступным и привлекательным. В статье предлагается строить диалог на основе эталонных вопросов к содержанию дистанционного курса. Ответ выбирается на основе близости вопроса пользователя к эталону. В качестве множества ответов рекомендуется использовать структурные единицы дистанционного курса, а в качестве эталонных вопросов – соответствующие заголовки. Данные учебного диалога запоминаются и используются для расширения списка эталонных вопросов и обучения системы. Для контроля усвоения используется мера близости ответов обучаемого на контрольные вопросы и правильных вариантов ответов. Для формирования контрольных вопросов можно использовать словари дистанционных курсов и тестовые задания. Определение меры близости двух текстов предлагается выполнять с использованием косинуса эмбеддингов наиболее близких термов. Данные сравнения текстов по предложенной методике подтверждают ее возможность правильно оценивать близость текстов и обосновывают ее применение для организации диалога на естественном языке в дистанционном обучении.
Ключевые слова: дистанционное обучение, ранжирующий чат-бот, диалог на естественном языке, эмбеддинг, мягкое тестирование, мера близости предложений
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.041
Технология одновременной многопоточности считается малоприменимой в программах, занимающихся интенсивными вычислениями, в частности, при умножении матриц – одной из основных операций машинного обучения. Целью данной работы является определение границ применимости этого типа многопоточности к интенсивным вычислениям на примере блочного матричного умножения. В работе выделен ряд характеристик кода умножения матриц и архитектуры процессора, влияющих на эффективность использования одновременной многопоточности. Предложен способ определения наличия структурных ограничений процессора при исполнении более чем одного потока и их количественной оценки. Рассмотрено влияние используемого примитива синхронизации и его особенности применительно к одновременной многопоточности. Рассмотрен существующий алгоритм разделения матриц на блоки, предложено изменение размеров блоков и параметров циклов для лучшей утилизации вычислительных модулей ядра процессора двумя потоками. Создана модель оценки производительности выполнения идентичного кода двумя потоками на одном физическом ядре. Создан критерий определения возможности оптимизации кода с интенсивными вычислениями с помощью этого типа многопоточности. Показано, что разделение вычислений между логическими потоками с использованием общего кэша L1 оправдано как минимум на одной из распространенных архитектур процессоров.
Ключевые слова: одновременная многопоточность, умножение матриц, интенсивные вычисления, микроядро, BLAS, BLIS, синхронизация, иерархия кэша, спинлок
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.015
Проблема распределения и эксплуатации парковочных мест является важной частью исследований в области интеллектуального транспорта. В последние годы в связи с резким увеличением числа автомобилей выразилась проблема ограниченности ресурсов парковочных мест. Эффективное управление парковками требует анализа огромного массива данных и проведения моделирования для оптимизации использования парковочных мест. Внедрение и функционирование умного платного парковочного пространства в г. Владивостоке создает интересную прикладную область для интеллектуального анализа данных и машинного обучения. В исследовании используются масштабный набор данных об исторических транзакциях по парковке во Владивостоке, включая тип транспортного средства, время, местоположение, продолжительность сессии и другие критерии для создания модели данных, отражающей взаимосвязь между ценами на парковку, спросом и доходами. В статье описывается механизм создания модели данных, включающей в себя все важные аспекты функционирования платных парковок и факторы, влияющие на заполняемость. Использование этой модели позволит проводить машинное обучение, применять модели и оценивать эффективность их применения. Исследование также определяет ключевые факторы, влияющие на спрос на парковку, такие как время суток, день недели, местоположение и др. Модель данных и идеи, полученные в результате этого исследования, могут быть использованы правительствами и собственниками для оптимизации использования платных парковок и улучшения управления дорожным движением в умных городах. Подход, представленный в этой статье, можно применить к другим городам для создания систем ценообразования на основе данных, отвечающих конкретным потребностям и характеристикам каждого города.
Ключевые слова: моделирование, платные парковки, анализ данных, гауссово распределение, оптимизация
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.040
Статья посвящена выбору технологического подхода к задаче переноса Windows-приложения, разработанного с использованием некроссплатформенной библиотеки компонентов пользовательского интерфейса и имеющего плагинную архитектуру, на операционную систему Linux. Описывается подход, который может применяться в случаях, когда гибкость и низкие накладные расходы более важны, чем возможность использования готового решения. В работе использованы методы системного анализа. Рассмотрены существующие варианты готовых решений и их элементов. Итоговое решение состоит в использовании разработки, управляемой моделями, для разделения компонентов, специфичных для платформы и независимых от нее, хорошо определенными программными интерфейсами. Разработанный вариант технологии порождения исходного кода из декларативного описания модели объектно-ориентированных интерфейсов позволяет организовать взаимодействие объектов, разделенных границей модулей, компиляторов и библиотек времени выполнения. С использованием стека технологий XML обеспечены валидация, автодополнение и преобразование декларативного описания модели в исходный код на языке С++. Представление интерфейсов основано на таблицах виртуальных методов, каждый из которых является функцией в стиле C. В качестве ссылки на интерфейс объекта используется структура, содержащая указатель на объект и указатель на таблицу виртуальных методов. Для каждого интерфейса генерируются определения функций, описания структуры таблицы виртуальных методов и ссылки на интерфейс, обертки для ссылок и базовые классы реализаций на C++. Технология успешно использована при разработке геоинформационной системы INTEGRO.
Ключевые слова: плагинная архитектура, объектно-ориентированное программирование, двоичный интерфейс приложений, c++, INTEGRO
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.012
Методы машинного обучения широко используются для построения медицинских прогностических моделей. В то же время, наряду с методами, основанными на классической статистике, применяются байесовские методы, которые наиболее эффективны при малых объемах выборки. В данной работе построен ряд моделей прогнозирования биовозраста пациента на основе его функциональных данных с использованием как классических методов машинного обучения, так и байесовского подхода. В качестве данных использовались результаты кластеризации, проведенной нами ранее в предыдущем исследовании на материале медицинских организаций "Свердловский областной клинический психоневрологический госпиталь для ветеранов войн" и «Институт медицинских клеточных технологий» за 1995–2022 гг. в объеме 6440 записи, где было получено 4 кластера, разделенных по полу и статусу пациента (стационарный и амбулаторный). Исходя из предположения, что пациенты в амбулаторном статусе имеют наименьшую разницу биологического и календарного возраста и, поэтому, вносят меньшую ошибку в точность модели, чем пациенты в стационарном статусе, принято решение строить модели только для пациентов в амбулаторном статусе. В работе построен набор моделей для 2 кластеров – кластера мужчин в амбулаторном статусе (объем выборки 344 записи) и кластера женщин в амбулаторном статусе (объем выборки 991 запись). Анализ распределения возраста в каждой группе показал двумодальное распределение с границей при значении 40 лет. Поэтому группы были разделены по возрасту на две части: до 40 лет и после. Для выбора классических моделей машинного обучения использовалась платформа lazypredict. Для каждой группы выбирались 4 метода, дающие наибольшую точность и строились модели на их основе, а также использовались ансамбли моделей – stacking и votinmg. Точность моделей на тестовых данных составила от 4,1 до 6,3 лет. В байесовском подходе построена линейная многофакторная модель регрессии с заданным априорным распределением коэффициентов регрессии. Точность моделей составила от 4,9 до 6,6 лет.
Ключевые слова: байесовский подход, случайный лес, ансамбли моделей, voiting, stacking, геропрофилактическое воздействие, прогнозирование эффективности лечения, биовозраст
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.001
В статье рассмотрены особенности использования социальных сетей как инструмента взаимодействия пользователя с организационной системой высшего образования. Делается вывод о востребованности и доступности инструмента на основе анализа рынка и целевых задач. Представлен анализ рынка онлайн-платформ в России с точки зрения использования социальных сетей пользователями. Формируются основные требования для внедрения социальной сети как инструмента взаимодействия с организационной системой, а также делается вывод о необходимости избегания дублирующих каналов передачи информации в организационной системе. Определены требования к использованию инструмента, а именно социальной сети, на основе которых стало возможным применение социальной сети как основного канала коммуникации с пользователем для поддержки принятия решений в организационной системе. Данные изменения продемонстрированы в рамках типового варианта информационной архитектуры организации на примере организации высшего образования. Показано интегрирование социального сетевого сервиса для поддержки принятия решений в информационную архитектуру организации. Сделан вывод о новых возможностях применения социального сетевого сервиса как инструмента для поддержки принятия решений, а также положительном влиянии данного исследования на информационную архитектуру организации и деятельность сотрудников.
Ключевые слова: умный помощник, организационная система, социальный сетевой сервис, информационная архитектура, слой приложений, чат-бот
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.039
Статья посвящена разработке и возможности применения в регрессионном анализе новой математической формы связи между выходной переменной и входными факторами. Для этого использованы ранее изученные более простые модели модульной линейной регрессии, в которых один или несколько входных факторов преобразуются единожды с помощью операции модуль. Предложен симбиоз линейной регрессии и модульной регрессии с мультиарной операцией модуль. На его основе сформулирована многослойная модульная регрессия, выстроенная по принципу «модуль в модуле», т. е. на каждом новом слое используется модуль от величины предыдущего слоя. Задача оценивания многослойной модульной регрессии с заданным числом слоев методом наименьших модулей сведена к задаче частично-булевого линейного программирования. С помощью предложенных регрессий решена задача моделирования запасов древесины в Иркутской области. При этом построены однослойная, двухслойная и трехслойная модульные регрессии. Новые модели по качеству оказались существенно лучше линейной регрессии, причем, с увеличением количества слоев наблюдалось снижение суммы модулей остатков. В трехслойной модели все остатки получились нулевыми. Разработанный математический аппарат может успешно применяться для решения многих задач анализа данных.
Ключевые слова: регрессионный анализ, многослойная модульная регрессия, метод наименьших модулей, задача частично-булевого линейного программирования, древесина
DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.038
На протяжении последних десятилетий одной из ключевых проблем эксплуатации магистральных нефтепроводов является образование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и их оседание на внутренней стенке трубопроводов при перекачке высокопарафинистой нефти. Данный процесс характерен как для новых месторождений, расположенных в Западной Сибири, так и для находящихся на III стадии разработки месторождений с высокой степенью разведанности и постепенно снижающимся объемом добываемой нефти и ее качеством. Процесс парафинизации труб является негативным фактором как для процессов транспорта нефти, так и последующей диагностики магистральных нефтепроводов, снижая надежность нефтетранспортной системы. На сегодняшний день на практике борьба с АСПО осуществляется по двум направлениям: удаление сформировавшихся отложений путем пропуска внутритрубных очистных устройств и предотвращение их образования путем применения соответствующих ингибиторов. По результатам исследований, проведенных рядом ученых, в том числе авторами статьи, была рассмотрена и подтверждена экономическая обоснованность идеи об эффективности использования формируемого слоя АСПО на внутренней стенке трубопровода как дополнительного внутреннего теплоизоляционного слоя. На данный момент в промышленной эксплуатации отсутствует устройство, конструктив которого позволяет сформировать равномерный слой АСПО.
Ключевые слова: моделирование, магистральный нефтепровод, очистное устройство, АСПО, мехатроника, прототип, arduino, теплоизоляция