Рассмотрена проблема повышения эффективности генетических алгоритмов оптимизации за счет применения методов самонастройки, которые изменяют параметры и поведение алгоритма в процессе поиска решения. Приведен обзор актуальных и наиболее эффективных методов самонастройки и адаптации, в рамках которого выделены их преимущества и недостатки. Предложен новый алгоритм, позволяющий объединить лучшие стороны отдельных методов. Он представляет собой расширенную версию SHAGA с усовершенствованной процедурой скрещивания, которая позволяет адаптировать его интенсивность, применять селективное давление на данном этапе и использовать многородительское скрещивание. Предложены различные варианты оператора скрещивания и метод самоконфигурирования генетических операторов на основе SelfCEA, который динамически корректирует вероятности их применения в зависимости от успешности. Предложенный алгоритм протестирован с применением статистических критериев для проверки значимости различий результатов и сравнения с другими подходами в задачах оптимизации с вещественными и булевыми переменными. В результате тестирования новый генетический алгоритм продемонстрировал более высокую эффективность и значительное улучшение надежности в большинстве тестовых задач
Предложен подход, позволяющий учитывать сферичность Земли при решении задач оптимизации маршрута полета летательного аппарата и обработки матрицы высот рельефа, используя исходную информацию на гномонической проекции. Применение основного свойства гномонической проекции — представление ортодромий в виде прямых — позволяет использовать общепринятые алгоритмы и подходы при оптимизации маршрутов и решать данные задачи в условиях ограниченных вычислительных возможностей на бортовых вычислителях летательных аппаратов, например, с использованием методов теории графов, широко применяемых при решении аналогичных задач на плоскости. Необходимость учета сферичности Земли в алгоритмах оптимизации маршрута вызвана особенностями траекторного управления летательным аппаратом (а именно, движением вдоль ортодромии) между поворотными пунктами маршрута. Приведены алгоритмы и зависимости, позволяющие обрабатывать исходную информацию, в том числе матрицы высот рельефа, на гномонической проекции: формулы для решения прямой и обратной геодезической задачи, упрощенная, с точки зрения вычислительных ресурсов, зависимость для определения расстояния между двумя точками на проекции, решения для выборки ячеек, принадлежащих заданному полигону или окружности. Для демонстрации применения полученных зависимостей при решении практической задачи определения кратчайшего пути между двумя точками на земной поверхности с обходом запретных зон, образованных путем анализа матрицы высот рельефа в рассматриваемой области, рассмотрен пример ее решения с помощью методов теории графов (алгоритма Дейкстры)
Микросервисная архитектура — это неотъемлемая часть распределенных программных систем, требующих постоянного масштабирования и независимого развертывания всех элементов. Преимущества микросервисов позволяют значительно повысить эффективность современных веб-приложений и открывают новые возможности для развития бизнеса. Однако динамическая изменчивость современных интернет-сервисов, эволюция пользовательских потребностей, а также различные внешние факторы могут нивелировать преимущества микросервисной архитектуры. Перспективным способом адаптивного управления ресурсами распределенных программных систем являются алгоритмы машинного обучения, в особенности алгоритмы глубокого обучения с подкреплением. Рассмотрена интеграция микросервисной архитектуры и мультиагентного обучения с подкреплением. Объединение указанных подходов позволяет оптимизировать работу веб-приложений в нестационарных средах, позволяя системе адаптироваться к изменениям и находить оптимальные решения. Приведены результаты обучения мультиагентного алгоритма независимого Q-обучения в сервисе выбора дорожного маршрута на основе текущего состояния погоды. Для оценки эффективности системы разработаны и введены дополнительные параметры качества обслуживания, позволяющие в полной мере оценить потенциал интеграции микросервисной архитектуры с мультиагентным обучением для решения комплексных задач в динамических средах
Повышена эффективность эволюционных алгоритмов решения дорогостоящих многокритериальных задач оптимизации путем внедрения эффективных регрессионных моделей машинного обучения, аппроксимирующих целевые функции, для ускорения сходимости к истинному фронту Парето при ограниченном числе вычислений критериев (так называемый суррогатный подход). За основу разработанного метода многокритериальной оптимизации с суррогатным подходом взят эволюционный алгоритм MOEA/D. В качестве суррогатных моделей рассмотрены метод регрессионного анализа, основанный на гауссовых процессах, — кригинг (KRG), и метод опорных векторов (SVM), предназначенный для решения задач классификации и регрессии. Показано, что модифицированный эволюционный алгоритм многокритериальной оптимизации MOEA/D демонстрирует сравнимые или лучшие результаты на всех тестовых задачах международного соревнования алгоритмов многокритериальной оптимизации. Сравнение эволюционного алгоритма MOEA/D с другими участниками соревнования не проводилось, в частности, из-за уменьшенного вычислительного ресурса. Предложенный подход с кригингом показал лучшие средние результаты по метрике IGD, которая предназначена для оценки качества работы алгоритмов многокритериальной оптимизации. Разработанный подход с кригингом также показывает более разнообразные решения по сравнению с методами опорных векторов и алгоритмом MOEA/D
Исследован диодный субгармонический смеситель частот СВЧ-диапазона на второй гармонике гетеродина. В качестве нелинейного элемента применен AlGaAs резонансно-туннельный диод. Показано, что, используя резонансно-туннельный диод, можно повысить показатели назначения — мощность однодецибельной компрессии, точку пересечения продуктов интермодуляции 3-го порядка, верхнюю границу рабочего диапазона частот — по сравнению со смесителем частот на базе двух диодов с барьером Шоттки. Исследованы вероятностные характеристики и кинетика электрических параметров смесителя в результате действия технологических и эксплуатационных факторов для получения оценки гамма-процентного ресурса. В качестве технологических факторов рассмотрены конструкторско-технологические погрешности на этапах производства диода и смесителя, а также деградационные процессы в элементах конструкции диода, в качестве дестабилизирующего фактора эксплуатации — высокая температура. Необратимые изменения электрических характеристик смесителя приведены как результат деградационных процессов, протекающих в многослойной полупроводниковой гетероструктуре диода, вследствие чего меняются форма его вольт-амперной характеристики и параметры смесителя. Построена кинетика вольт-амперной характеристики диода и электрических характеристик смесителя с учетом их технологического разброса. Получена оценка гамма-процентного ресурса смесителя для заданных условий эксплуатации. Даны рекомендации по повышению надежности смесителя посредством конструкторско-технологической оптимизации параметров конструкции диода и смесителя
Увеличение объема грузоперевозок и скорости движения поездов требует создания средств контроля состояния железнодорожного пути для своевременного выявления дефектов. Описаны принципы действия высокоскоростной прецизионной аппаратуры для оперативного контроля прямолинейности поверхности катания железнодорожных рельсов, выполнена экспериментальная оценка погрешности аппаратуры, основанной на этих принципах. Высокая производительность процедуры контроля обеспечивается за счет регистрации изображений структурированной подсветки в поперечных сечениях рельса линейной камерой основного канала. При скорости движения путеизмерительного вагона 180 км/ч практически исключаются пропуски коротких дефектов поверхности, в том числе дефектов в виде ступенек на стыках рельсов. Предложен метод компенсации погрешностей при колебаниях путеизмерительного вагона, основанный на информации о его вертикальных колебаниях в дополнительном канале, регистрирующем смещение изображения головки рельса относительно установочной базы аппаратуры регистрации, и использовании методики тарировки системы контроля. Приведено описание методики тарировки двухканальной оптико-электронной системы. Результатами натурных испытаний опытного образца оптико-электронной системы контроля прямолинейности железнодорожных рельсов подтверждена правильность технических решений, положенных в ее основу
Рассмотрена методика алгоритмической коррекции, применяемая для совмещения базисов инерциального измерительного блока и звездного датчика в составе астроинерциальной навигационной системы. Описаны принципы построения астронавигационной системы. Отмечены различия в характере погрешностей определяемых навигационных параметров и преимущества применения звездных датчиков в качестве средств получения дополнительной информации для коррекции навигационных параметров. Определены и описаны системы координат астронавигационной системы. Предложены математические соотношения, методика проведения алгоритмической коррекции на основе преобразования координат через углы Эйлера, матрица сопряжения приборных базисов инерциального измерительного блока и звездного датчика, а также условия выполнения необходимых измерений. Рассмотрена последовательность действий в ходе эксперимента. Выполнено сравнение результатов эксперимента, полученных с помощью алгоритмической коррекции и без нее. Экспериментально оценены результирующие погрешности астроинерциальной навигационной системы. Показано, что алгоритмическая коррекция позволяет достичь погрешностей определения географических координат не более 0,03… deg;. Приведен вывод о необходимости процедуры алгоритмического сопряжения базисов составных частей астроинерциальной системы для достижения точностных и эксплуатационных характеристик
Описана методика тестирования нового программного обеспечения EliSa, предназначенного для моделирования аксиально-симметричных электронных пушек, построенного на базе метода контрольных объемов на неструктурированных сетках и метода частиц в ячейке. Методика состоит из двух этапов. На первом этапе численные результаты, полученные с помощью программного обеспечения OperaFEA для планарной пушки Пирса, сопоставляются с результатами точного аналитического решения для оценки погрешности численного метода решения задачи траекторного анализа, реализованного в OperaFEA. На втором этапе численные результаты траекторного анализа и вольтамперные характеристики, полученные для аксиально-симметричной пушки с применением EliSa, сопоставляются с результатами, полученными с помощью OperaFEA для той же модели. Это позволяет оценить погрешность численного моделирования электронного потока с нулевым фазовым объемом, поскольку определенная на первом этапе погрешность в OperaFEA, не превышает 0,5 %. Сравнение вольтамперных характеристик, рассчитанных с помощью EliSa, с характеристиками, рассчитанными с использованием программного обеспечения EOS2, разработанного в конце 70-х годов прошлого века, показывает, что программное обеспечение EliSa демонстрирует повышение точности более чем на порядок П
Рассмотрено использование метода нелинейного программирования при решении задачи восстановления сигналов. Предполагается, что входной сигнал представлен в виде взвешенной суммы элементов заданного базиса, после чего коэффициенты разложения определены методами численной оптимизации из условия наилучшего соответствия выходам системы. Решена задача восстановления перегрузок летательного аппарата, для которого известны углы ориентации и проекции скорости в нормальной земной системе координат. Проведено сравнение полиномов Чебышева и эрмитовых кубических сплайнов в качестве базиса для представления сигналов, приведены их преимущества и недостатки при численном решении выбранной задачи. Применен модифицированный метод Ньютона для определения коэффициентов разложения. Оценено влияние различных видов погрешностей измерений на точность решения. Рассмотрены погрешности в оценках проекций скоростей, распределенные по нормальному закону, постоянные погрешности при определении скоростей и углов рыскания, граничных условий для перегрузок. Предлагаемый метод не подвержен влиянию постоянных погрешностей в проекциях скорости, а погрешности граничных условий перегрузок оказывают ограниченное влияние на точность решения, в основном сконцентрированное в начале и конце участка. Качество решения ухудшается при внесении случайных шумов в проекции скорости и постоянных погрешностей в угол рыскания, что позволило сравнить выбранные способы аппроксимации сигналов. Численный эксперимент показал, что полиномы Чебышева в общем случае позволили добиться более точной аппроксимации сигнала, чем эрмитовы кубические сплайны, несмотря меньшее число параметров
Приведен численный метод оценки птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов, основанный на использовании аппарата теории планирования эксперимента и регрессионного анализа. Приведены результаты оценки птицестойкости остекления (изделий конструкционной оптики) в виде полиномиальной зависимости численного значения напряжения растяжения материала остекления от комплекса входных независимо действующих факторов (скорости полета летательного аппарата, массы птицы и угла встречи с преградой). Опыт разработки, создания, испытаний и эксплуатации изделий остекления самолетов подтверждает необходимость исследований в таком научно-практическом направлении. Численно соударения птиц с элементами самолетных конструкций, выступающих в набегающий воздушный поток, исследуются давно и успешно. В “машинном” эксперименте, в соответствии с теорией планирования эксперимента, воспроизведено одновременное изменение всех факторов. Проведено исследование о пригодности методического и алгоритмического обеспечения процедур оценки птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов на всех этапах испытаний, включая государственные, а также возможности использования указанного метода, позволяющего оптимизировать сам процесс испытаний при выполнении критериев ротатабельного центрального композиционного планирования эксперимента. Наличие значимых коэффициентов при взаимодействиях факторов и квадратичных значениях факторов указывает на правильность выбора формы аппроксимирующего уравнения и ротатабельного центрального композиционного планирования второго порядка в качестве плана эксперимента. Предложено использовать аппроксимационную модель соударения птицы с остеклением кабин летательных аппаратов для решения задач оценки птицестойкости конструкции и рекомендовать ее заинтересованным предприятиям и организациям к практическому применению
Предложена имитационная компьютерная модель гетерогенного транспортного потока, основанная на подходе клеточных автоматов. В модели присутствуют три типа агентов — участников дорожного движения: транспортные средства, управляемые человеком, беспилотные и девиантные транспортные средства. В основе динамики движения лежат правила поведения, сформулированные в усовершенствованной модели S-NFS. Предложены и проанализированы три правила поведения девиантных агентов: два правила связаны с перестроением, и одно — с намеренным снижением скорости. Показано, что при средней плотности транспортного потока на него в основном влияют девиантные транспортные средства. Рассмотрена задача выявления девиантного поведения в транспортных потоках с использованием нейронных сетей. Исследование проводилось на созданной обучающей выборке, которая получена с помощью разработанной имитационной модели. Наблюдения в выборке включали в себя данные о скорости отслеживаемого транспортного средства, относительных положениях и скоростях соседних транспортных средств, а также информацию о перестроениях. Эти данные организованы в виде матриц, что позволило эффективно внедрить их в архитектуру нейронной сети. Полученные результаты демонстрируют, что нейронные сети, даже с относительно простой архитектурой, эффективно классифицируют транспортные средства в потоке и выявляют их девиантное поведение, что подчеркивает перспективность применения нейронных сетей в интеллектуальных транспортных системах
Проанализированы результаты разбора нештатных ситуаций, возникающих при передаче информации по магистральному последовательному интерфейсу при летно-конструкторских испытаниях ряда современных космических аппаратов. Предложены общие требования к протоколам взаимодействия. Выявлено, что к нештатным ситуациям приводит отсутствие в бортовых вычислительных системах следующих функций: установки признака “Абонент занят”, проверки командного слова на допустимость, работы с командами управления “Передать ответное слово”, “Установить оконечное устройство в исходное состояние”, с контрольными суммами, сбором и накоплением диагностической информации, локализацией места отказа. Рассмотрены неисправности, возникающие при взаимодействии бортовых вычислительных систем и центрального бортового компьютера по магистральному последовательному интерфейсу, описаны их проявления. Приведен перечень сообщений взаимодействия по магистральному последовательному интерфейсу, необходимых для локализации и устранения неисправностей. Определены требования по сбору и накоплению диагностической информации, взаимодействию центрального бортового компьютера с вычислительными системами бортового комплекса управления. Отмечено, что при контроле на заводах-изготовителях бортовых вычислительных систем необходима проверка устойчивости на пороговых значениях сигналов и взаимодействия бортовых вычислительных систем и центрального бортового компьютера при наличии неблагоприятных факторов (сбоев и отказов), возникающих при работе по магистральному последовательному интерфейсу
- 1
- 2