Научный архив: статьи

Активное применение имитационных и агент-ориентированных моделей выходит на принципиально новый уровень. Исследование развития этого направления в России с позиции публикационной активности было опубликовано в предыдущей работе. Подход с применением передового инструментария дает преимущества для разработчиков управленческих механизмов. На данный момент приобретают популярность языковые модели, которые способны генерировать ответы и решать задачи на высоком уровне сложности. Подобные разработки уже применяют вместе с агент-ориентированным подходом, что вызывает особый интерес с точки зрения перспектив прикладной значимости. Масштабирование исследований с помощью такого инструмента может быть скорректировано в нужный вектор, и настроено на разный уровень детализации - от отдельных модельных объектов в виде сущностей до параметрических особенностей каждого отдельного государства вместе с глобальными изменениями мировой экономики. Основой статьи является обзор различных моделей, где проанализированы российские и зарубежные разработки, сконструированные с помощью методологии компьютерных имитационных моделей. Данный метод позволяет специалистам внедрять новые подходы в структуру государственного управления за счет анализа и прогнозирования вызовов в различных сферах общественной жизни. Помимо этого, рассмотрены популярные программные обеспечения для работы с моделями подобного класса. В другом блоке приведена подборка прикладных моделей с индивидуальной настройкой под каждую из задач, и демонстрацией результатов, которые передают специфику разных сфер общественной жизни, начиная с демографической оценки населения стран, планирования в системе здравоохранения до военных столкновений и заканчивая программными продуктами для анализа космической обстановки. Примерами стали модели, где изучена демографическая ситуация в России, распространение пандемии. В результатах экспериментов некоторых моделей можно выделить социальную направленность, которая хорошо помогает разобраться в специфике демографических и социальных проблем - сокращение населения, уровень поддержки политической элиты, поведение людей в стрессовой ситуации, меры государственной поддержки, дающие положительный эффект для населения.

За последние десятилетия появился серьезный интерес к цифровым инструментам, способным демонстрировать интуитивно понятный интерфейс, который может быть полезен при принятии управленческих решений, а также способный совмещать в себе функционал ГИС-карт, цифровые двойники изучаемых объектов, отображать внутренние алгоритмы связанных элементов, механизмы искусственного интеллекта и нейронных сетей. Одним из таких направлений, с акцентом на прогнозную составляющую, являются имитационные модели разного уровня детализации и типологии. Повышенное внимание к таким разработкам можно объяснить тем, что данный вид моделирования несет в себе довольно широкий функционал для решения самых разнообразных задач: от экономики и политики до экологии и демографии, которые, в свою очередь, демонстрируют результаты прикладного характера. Эти методы имеют богатую историю, первые упоминания имитационного моделирования приходятся на середину прошлого века. В статье дан краткий экскурс истории появления имитационного моделирования как направления, проведен обзор функциональных возможностей, представлены преимущества и недостатки метода, проведена параллель с анализом отличительных черт от других инструментов подобного класса. Отдельно проведено исследование, посвященное динамике развития этого типа моделирования в России с 1998 по 2023гг. В качестве ключевых слов для составления аналитических данных были выбраны: цифровая. Основным источником статистикой базы стала российская электронная библиотека «eLibrary. Ru».

Технологическое развитие России в последние годы идет активными темпами в связи с внешними вызовами, которые диктуют необходимость поиска внутренних ресурсов и ставит перед научным сообществом серьезные задачи в части развития научно-исследовательского потенциала и достижения программно-технологического суверенитета, особенно подчеркивая важность IT индустрии и долгосрочного прогнозирования. Важной составляющей является поиск «технологических ключей» к созданию товаров и услуг следующих поколений. Чтобы занять лидирующие позиции, необходимо быть на шаг впереди, создавая собственные конкурентные технологии, товары и сервисы. Нанотехнологии вбирающие в себя понятие IT, являются надотраслевой технологией, то есть, это основа для достижения прогресса в любой сфере человеческой деятельности. Без применения информационных технологий достичь выдающихся результатов в динамично меняющемся мире будет крайне сложно. Появляется интерес к новым методам компьютерного моделирования, которые позволяют создавать экспериментальные цифровые двойники в виде имитационных моделей и способны отчасти нивелировать неполноту информации. Можно принимать управленческие решения, смоделировав критически важные динамические процессы государства, например: сформировать прогноз на 10 лет о демографическом положении страны, сымитировать внутреннее социально-экономическое развитие, оценить и спрогнозировать геополитическую обстановку в период глобальных торговых войн, рассчитать интегральные показатели национальной силы передовых держав. Рассмотренные в статье прикладные инструменты моделирования демонстрируют полезность таких средств управления с развитыми функциональными элементами в информационно-аналитических структурах управления. В ближайшей перспективе эта тенденция будет возрастать и, те страны, которые займут лидирующие позиции в этом направлении, смогут создавать сверхэффективные прогнозно-аналитические сценарии с различным уровнем детализации. Задействовав все функциональные возможности имитационного моделирования можно создавать действительно прикладные инструментальные комплексы с потенциальным заделом на имплементацию подобных решений в структуры систем распределенных ситуационных центров для будущего развития технологического суверенитета и внедрения принципиально новых методов стратегического прогнозирования в Российской Федерации.

Президент России в своем послании Федеральному собранию в 2024 году дал Указание придерживаться преемственности и полноценного сотрудничества образовательных организаций и работодателей, а именно согласованности действий трехуровневой системы при подготовке кадров. Руководство ЦЭМИ РАН реализуя указ, инициировало и поддержало проект молодых ученых «РОСМИМ», вместе с этим было подписано 3 трехсторонних соглашения с ВУЗом (ГАУГН) и московскими школами: «Школа на проспекте Вернадского», школа №2087 «Открытие», школа №1538, тем самым соединив - НИИ, ВУЗ и школы. Идет полноценная работа со школьниками и специалисты института курируют 4 междисциплинарных исследовательских проекта. Российская Мастерская Инновационного Моделирования (РОСМИМ) - это общеобразовательный и просветительский проект, направленный на популяризацию компьютерного и имитационного моделирования среди молодежи. Проект инициирован в рамках нацпроектов «Кадры» и «Молодежь и дети», выполняется при содействии ведущих научных институтов и государственных структур. За два года слушателями данных курсов стали более 800 школьников и студентов, из них более 200 создали первые имитационные модели, а 25 стали выпускниками школы «РОСМИМ». Также юные исследователи представили свои проекты общественности, опубликовали научные статьи и стали соавторами книги молодых ученых ЦЭМИ РАН - «Программно-аналитические решения и концепции имитационных моделей молодых ученых ЦЭМИ РАН для государственного администрирования социально-экономических процессов», а некоторые учащиеся стали победителями престижных конкурсов. За два года существования проекта было проведено множество апдейтов: внедрили новые методики, усовершенствовали схему обучения, создали 4 учебные модели: «Московский метрополитен», «Солнечная система», «Ракета», «Эпидемия». Отдельные элементы проекта прошли успешную апробацию в государственных органах, включая, Счетную Палату РФ, Правительство Кемеровской области, Министерство жилищно-коммунального хозяйства Республики Узбекистан, Высшую школу государственного аудита МГУ им. М. В. Ломоносова, а также Финансовый университет при Правительстве РФ. Также авторы проекта стали финалистами всероссийских конкурсов и победителями в номинации для молодых ученых «Научные достижения в области информатизации образования».

Качество жизни населения является латентной категорией, которую, в силу невозможности прямого измерения, приходится оценивать как интегральный индикатор множества переменных. Согласно устоявшейся методологии, одним из основных инструментов при этом является первая главная компонента, то есть линейная свертка переменных, обладающая свойством минимизации вариации исходных признаков. Тот факт, что вариация признаков учитывается с одинаковым весом, может вызывать критику экономистов. Лишенным этого недостатка развитием метода можно считать применение взвешенной главной компоненты, где весовые коэффициенты признаков при минимизации суммарной вариации задаются экспертно. Однако в этом случае возникает закономерный вопрос: не окажет ли экспертная субъективность существенное влияние на итоговый интегральный индикатор, как это происходит в случае его построения путем простой линейной свертки с экспертными весами? Целью данной работы является проверка применимости взвешенной первой главной компоненты как основного инструмента при построении интегрального индикатора качества жизни населения. В частности, предстоит проверить гипотезу о несущественности влияния неоднородности весов экспертных оценок на итоговый интегральный индикатор. При этом было бы полезно не только проиллюстрировать наличие или отсутствие, но и численно оценить меру этого влияния. В работе на основании эмпирических экспертных весов взвешенной главной компоненты по данным макростатистики проводится имитационное моделирование для оценки латентной переменной «качество жизни населения». При этом в отличие от большинства близких по тематике работ значения интегрального индикатора (и, соответственно, ранжирование наблюдений) представляются как интервальная оценка. Иными словами, результат оценивания представляется как случайная величина, где элементом случайности служит субъективность экспертного выбора весов взвешенной главной компоненты. Оказывается, даже в этом случае удается получить робастные и содержательные результаты, хорошо согласующиеся с выводами известных исследований в этой области.

Город Москва имеет одну из самый развитых сетей метрополитена в мире. На данный момент насчитывается 294 станции, которые соединяют практически все районы города и облегчают жизнь многим миллионам жителей мегаполиса. Однако первоначально существовала только одна ветка метро - Сокольническая линия. С развитием метрополитена открывалось всё больше и больше станций. В данной статье будет рассмотрена и смоделирована станция «Черкизовская». Данный объект является одним из ключевых на всей линии, так как включает в себя три основных транспортно-логистических объекта - станцию метро «Черкизовская», станцию Московского центрального кольца (МЦК) «Локомотив» и железнодорожную станцию «Восточный вокзал». В статье проанализированы инфраструктурные особенности, размеры пассажиропотока и расположение станции. С помощью инструмента имитационного моделирования AnyLogic построена рабочая модель станции «Черкизовская» c элементами управления для экспериментальной оценки работы станции. Эксперименты с имитационной моделью станции позволили выявить наиболее загруженные участки и «узкие» места станции. Наиболее загруженным участком является левый вестибюль станции в направлении «Преображенская площадь», а узким местом - эскалатор на этом направлении.

В статье представлены этапы исследования комплексного формирования транспортно-логистической системы Вьетнама, включающие разработку системы критериев, многокритериальное оценивание, системно-динамическое имитационное моделирование и дискретно-событийное имитационное моделирование. В работе выполнен анализ логических взаимосвязей между указанными этапами, что позволило разработать комплексный метод формирования сети логистических центров Вьетнама.

Данная статья посвящена проблеме алгоритмизации процесса управления роем беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), функционирующего в условиях неопределенности и динамичности окружающей среды. Актуальность исследования обусловила перспективность применения роев БПЛА, высокий приоритет развития и появление беспилотных авиационных систем в Российской Федерации, а также стремительно растущий интерес к изменению научно-технического направления в последние годы. Целью исследования является разработка действенного и работоспособного алгоритма перемещения перемещения в составе роя по заранее заданным маршрутам. Исследование разработанного алгоритма управления выполняется в рамках имитационной модели Роя БПЛА, реализованной в симуляторе CoppeliaSim. Результаты компьютерного эксперимента подтвердили работоспособность разработанного алгоритма. В ходе расследования предполагается разработать алгоритмы следования Роя БПЛА за ведущим дроном при перемещении по общему маршруту с ограничением освещения.

В данной работе рассматривается применение методов имитационного и математического моделирования к решению классической медицинской задачи - прогнозированию развития заболеваемости. Качественный прогноз распространения заболевания достижим только на основе адекватных математических моделей.

Статья посвящена анализу современного состояния и перспектив развития контрейлерных перевозок в Европе и России. В работе представлено описание работы контрейлерных терминалов в Европе, разработки инновационных технологий для работы с контрейлерными поездами, а также предпосылки использования этого вида транспорта. Статья также затрагивает проблемы, с которым сталкивается Россия при организации контрейлерных перевозок, а именно дорогостоящие испытания, отсутствие нормативно-правовой базы, и самое главное – малое количество платформ для контрейлеров. Приведены способы развития данного вида перевозок в нашей стране. Для анализа и прогнозирования динамики развития контрейлерных перевозок используется имитационное моделирование. Модель позволяет оценить влияние различных факторов на развитие отрасли, а также разработать сценарии для оптимизации транспортных процессов.

В федеральной рабочей программе по информатике для XI класса (углубленный уровень) указано на необходимость рассмотрения вопросов построения имитационных моделей, предусмотрено выполнение практических работ на моделирование движения и обработку результатов эксперимента. Интересным и понятным для школьников является разработка и анализ имитационных моделей, связанных с организацией дорожного движения. Реализовать указанные модели можно в среде AnyLogic, для чего целесообразно предложить школьникам построить модель знакомого им перекрестка и проанализировать: при какой интенсивности движения транспорта нет необходимости устанавливать светофор, когда светофор необходим, какие временные фазы работы светофора обеспечивают наибольшую пропускную способность перекрестка. В статье описаны алгоритмы создания моделей нерегулируемого и регулируемого перекрестков; представлены задания на анализ пропускной способности перекрестка при различных значениях количества автомобилей на каждом направлении движения в час; даны задания на оптимизацию фаз работы светофора для увеличения пропускной способности перекрестка; приведены примеры тем проектов для организации самостоятельной работы учащихся.

Обоснование. Многие современные системы связи работают по каналам с межсимвольной интерференцией. В этом плане представляет интерес сравнительный анализ алгоритмов поэлементного приема при работе в таких каналах.

Цель. Целью данной работы являются характеристики качества субоптимальных демодуляторов на основе правила обобщенного максимального правдоподобия и демодуляторов на основе линейных выравнивателей.

Методы. Для получения этих характеристик качества был использован метод имитационного компьютерного моделирования. При моделировании были использованы модели однолучевого и двухлучевого канала связи при повышенной удельной скорости манипуляции (быстрее чем скорость Найквиста).

Результаты. Были рассмотрены оптимальные и субоптимальные алгоритмы переборного типа, а также алгоритмы на основе линейных выравнивателей. Получены характеристики качества на основе имитационного компьютерного моделирования.

Заключение. Результаты имитационного моделирования показали, что применение обратной связи по решению улучшает помехоустойчивость переборных алгоритмов, несмотря на эффект размножения ошибок. Демодуляторы на основе линейных выравнивателей имеют характеристики качества, сопоставимые с демодуляторами переборного типа. При этом также наблюдалось положительное влияние обратной связи по решению.