В статье рассматривается подход к решению задачи оптимизации скорости агрегирующих запросов к непрерывному диапазону строк таблицы базы данных PostgreSQL. Создан программный модуль на базе расширения PostgreSQL Extensions, обеспечивающий построение дерева отрезков для таблицы и запросов к нему. Достигнуто увеличение скорости запросов более чем в 80 раз для таблицы размером 100 миллионов записей по сравнению с существующими решениями.

Ключевые слова: PostgreSQL, дерево отрезков, запрос, агрегация, оптимизация, PosgreSQL Extensions, асимптотика, индекс

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

В данной статье рассматриваются проблемы препроцессинга аудиоданных для дальнейшего применения при обучении нейронной сети. В качестве решения ряда проблем выбран метод с мел-частотными кепстральными коэффициентами, что позволило уменьшить входные данные для обучения, увеличить производительность, улучшить четкость распознавания.

Ключевые слова: машинное обучение, препроцессинг данных, аудиоанализ, мел-кепстральные коэффициенты, извлечение признаков, спектр голосового сигнала, преобразование Фурье, окно Ханна, дискретное косинусное преобразование, короткое преобразование Фурье

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

Путем численного моделирования проведены исследования влияния угла наклона пластин элемента регенеративного теплообменника на время нагрева и перепад давления. Исследования проведены для моделей теплообменных элементов с длинами 6 и 20 мм. В зависимости от длины элемента угол наклона пластин составлял: 10°, 20°, 30°, 40° (при L=6 мм) и 3°, 6°, 9°, 12° (при L=20 мм). На границе расчетной области задавали скорость и температуру потока воздуха, а именно: 1 и 3 м/с, 303 и 973 К. Результаты исследований показали, что увеличение угла наклона пластин способствует снижению времени нагрева регенератора на 38,56-49,1% в зависимости от длины теплообменного элемента, скорости и температуры потока воздуха.

Ключевые слова: регенерация тепла, сотовый теплообменник, численное моделирование, расчет, время нагрева, перепад давления, геометрия теплообменника, угол наклона пластин, скорость потока воздуха, температура потока воздуха

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

В статье рассмотрена исследованная ранее линейная по факторам и нелинейная по параметрам модель модульной регрессии, содержащая унарные операции модуль. За счёт применения бинарных, тернарных, …, l-арных операций модуль впервые предложено обобщение модульной регрессии. Рассмотрен частный случай обобщения – регрессия с мультиарной операцией модуль. Задача точного оценивания такой модели с помощью метода наименьших модулей сведена к задаче частично-булевого линейного программирования. По встроенным в эконометрический пакет Gretl данным о производительности ферм построена классическая линейная регрессия и модульная регрессия с мультиарной операцией. Качество аппроксимации предложенной модульной регрессии оказалось выше, чем качество линейной модели.

Ключевые слова: регрессионный анализ, модульная регрессия, метод наименьших модулей, мультиарная операция модуль, задача частично-булевого линейного программирования

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

На основе последних разработок в области параллельных вычислений, в частности на уровне абстракции SYCL , рассматривается применение оптимальных средств параллельных вычислений для построения приложений в области вычислительной и прикладной математики. Приводятся примеры, как простых алгоритмов вычислений, так и вычислений с использованием математических библиотек для задач вычислительной линейной алгебры.

Ключевые слова: параллельный код, гетерогенная среда, intel data parallel c++, intel oneapi, onemkl, sycl, fpga акселератор, графический процессор

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.2 - Вычислительные системы и их элементы

В статье представлена разработка программного средства для моделирования влияния физических процессов, происходящих в одномодовом оптическом волокне в результате воздействия на него деформации изгиба. Приведены классическая и уточненная модели деформации. Указаны специфики реализуемой программы, полученные в ходе вычислительного эксперимента.

Ключевые слова: математическое моделирование, оптическое волокно, деформация изгиба, моделирование поведения деформированного волокна, вычислительный эксперимент, программное средство

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.6 - Оптика

В работе предложены математические модели, которые позволяют описать электропроводность нанокомпозита на основе углеродных нанотрубок с учетом эффекта волнистости и индекса дисперсии. В модели учитывается вклад различных параметров, таких как концентрация нанотрубок, длина, диаметр и ориентация трубок, а также электрические свойства матрицы нанокомпозита. С использованием предложенной модели проведены численные эксперименты, позволяющие оценить эффекты волнистости и индекса дисперсии на электропроводность нанокомпозита. Представлены сравнения модельных данных с экспериментальными, подтверждающими адекватность и точность модели. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации процесса создания нанокомпозитов на основе углеродных нанотурбок, а также для повышения эффективности их применения в различных областях, включая электронику и энергетику.

Ключевые слова: математическое моделирование, программный комплекс, нанокомпозиты, электропроводность, углеродные нанотрубки, вычислительный эксперимент

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.6 - Нанотехнологии и наноматериалы

Рак кожи является самой распространенной онкопатологией в организме человека и одной из ведущих причин смертности в мире. Технологии искусственного интеллекта способны сравняться и даже превзойти возможности дерматолога по эффективности визуальной классификации. Таким образом, актуальна разработка высокоточных интеллектуальных систем вспомогательной диагностики в области дерматологии, для выявления рака кожи на ранних стадиях. В работе предлагается ансамблевая интеллектуальная система анализа гетерогенных дерматологических данных на основе мультимодальных нейронных сетей с различными сверточными архитектурами. Точность средневзвешенной ансамблевой модели на основе мультимодальных систем с использованием сверточных архитектур AlexNet, SeNet_154, Inception_v4, Densenet_161, ResNeXt_50 и ResNeXt_101 для 10 диагностически-значимых категорий составила 87,38%.

Ключевые слова: машинное обучение, искусственный интеллект, сверточные нейронные сети, мультимодальные нейронные сети, ансамблевые нейронные сети, цифровая обработка данных, гетерогенные данные, рак кожи, меланома

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 3.1.6 - Онкология, лучевая терапия

Путем численного моделирования проведены исследования влияния длины пористого теплообменника на осаждение частиц пыли. Исследования проведены для моделей теплообменников с длинами: 5, 10, 20 и 30 мм. На границах расчетной области задавали скорость воздушного потока: 0,1; 1; 5 м/с и диаметр частиц пыли от 10-7 до 10-4 м. Результаты исследований показали, что с увеличением длины пористого теплообменника повышается эффективность осаждения частиц пыли, что может привести к снижению тепловых и гидравлических характеристик теплообменника.

Ключевые слова: пористая среда, теплообменник, численное моделирование, расчет, осаждение частиц пыли, длина теплообменника, скорость воздушного потока, диаметр частиц, воздушное охлаждение, микроэлектроника

1.1.9 - Механика жидкости, газа и плазмы , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Рассматриваются методы компьютерного формирования уравнений движения систем абсолютно твёрдых тел древовидной структуры и алгоритмы приведения их к нормальной форме обыкновенных дифференциальных уравнений. Уравнения движения выписываются с использованием формализма Гамильтона относительно расширенного набора переменных состояния механической системы. Уравнения представлены в наглядной матричной форме. Выписаны рекуррентные формулы для определения всех коэффициентов уравнений. Представлены алгоритмы редукции этих уравнений к уравнениям Гамильтона в обобщенных координатах и обобщенных импульсах. Приводится алгоритм решения полученных уравнений движения систем твердых тел, использующий LTDL-разложение. Выписаны формулы, позволяющие вычислить объем арифметических операций, требуемых для приведения уравнений движения к нормальной форме с помощью рассмотренных алгоритмов. На основе этих формул проведен сравнительный анализ эффективности алгоритмов для систем твердых тел различной структуры и с различными типами связей между телами. Результаты анализа представлены в виде диаграмм. На диаграммах выделены области, в которых проявляется преимущество того или иного метода в зависимости от типа механической системы.

Ключевые слова: система твёрдых тел, уравнения движения, динамика, обобщённые импульсы, математическое моделирование, вычислительная эффективность

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В статье построена динамическая матрица жесткости для прямоугольной ортотропной пластины в фиксированной системе точек на ее границе. Таким образом, удается связать в заданной системе точек значения граничных смещений (прогиб, углы поворота) и значения силовых характеристик (моменты, сдвиговые силы). При этом, как и в формулах спектральной динамической жесткости, по-прежнему имеются аналитические выражения для всех характеристик, выраженные через значения величин в заданных граничных точках, а построенное выражение для функции прогиба точно удовлетворяет дифференциальному уравнению колебаний. Связь между значениями кинематических и силовых характеристик в фиксированной системе точек и первыми коэффициентами Фурье их спектральных представлений получена при помощи метода наименьших квадратов, и при достаточном количестве точек на границе дает эффективное представление решения для различных параметров задачи при возрастании частоты колебаний. Скорость сходимости данного подхода оказывается почти вдвое выше, чем у его спектрального аналога. Проводилось численное моделирование для различных типов граничных условий, включая различные комбинации классических граничных условий и разрывные граничные условия. для вычисления собственных частот и собственных форм колебаний пластины.

Ключевые слова: пластина, колебания, собственные частоты, метод динамической жесткости, бесконечная система линейных уравнений

1.1.8 - Механика деформируемого твердого тела , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Рассмотрено построение и дано обоснование конечно-элементной модели процесса обкатки капиллярной трубы, которую получили волочением на неподвижной оправке. Обкатные валки приняты цилиндрическими и абсолютно жесткими. Условием выполнения работы принято сравнение получаемого зазора между трубой и оправкой и образующейся при деформации граненности. Твердотельная модель процесса описана адаптивной сеткой. В этих условиях получена информативная модель, использованная при параметрическом анализе.

Ключевые слова: волочение с оправкой, капиллярная труба, извлечение, раскатка, построение модели, выбор обжатия, допуск на размеры трубы

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.4 - Обработка металлов давлением

В статье рассматривается построение алгоритма непараметрической оценки плотности распределения вероятностей переходов для марковской модели динамики численности сотрудников вуза. Решается задача восстановления плотности распределения вероятности перехода по ретроспективной выборке малого объема. Результатом решения является матрица вероятностей перехода, элементы которой суть случайные величины с законами распределения, полученными по ретроспективным данным. Отличительной особенностью алгоритма является одновременный учет областных и функциональных ограничений на значения вероятностей перехода. Экспериментально подтверждена сходимость алгоритма.

Ключевые слова: плотность вероятности, непараметрическая оценка, марковская модель, малые выборки, имитационное моделирование, движение кадров вуза, публикационная активность

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 5.8.7 - Методология и технология профессионального образования

В статье представлены исследования компьютерной имитационной статистической модели между характеристиками потоков по линейной плотности и по доле компонентов в смешанном потоке. Приведены результаты оценки влияния заправочной доли компонента на среднее и среднеквадратическое отклонение доли 1-го компонента в смеси, определен вид автокорреляционных функций линейной плотности смешанного потока и доли 1-го компонента в смешанном потоке, показаны оценки спектральная плотность дисперсии для линейной плотности смешанного потока и доли 1-го компонента в смешанном потоке.

Ключевые слова: смешивание волокон, линейная плотность, доля компонента, автокорреляционная функция, спектральная плотность дисперсии, среднеквадратическое отклонение

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.16 - Технология производства изделий текстильной и легкой промышленности

В данной статье рассматривается задача об определении температурного поля вблизи теплонагруженного источника в виде поля диполя. Решение данной задачи позволит выявить общие закономерности распространения температурного поля по мере удаления от источника. Что даст возможность обеспечить нормальное функционирование мощных электронных компонентов в силу обеспечения необходимой интенсивности отвода теплового потока, в основном, в непосредственной близости к теплонагруженному источнику, то есть в зоне максимальной плотности теплового потока.

Ключевые слова: численные методы, энергосбережение, теплотехника, тепловой режим аппаратуры, теплонагруженный источник, ближняя зона, численное моделирование, температурное поле, тепловые процессы, метод конечных элементов

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Данное исследование посвящено разработке новой математической модели, клиновидной опоры скольжения с нестандартным упругодеформированным опорным профилем поверхности ползуна, при учете нелинейных факторов, в условиях течения двухслойной смазки, обеспечивающее эффективное смазывание и снижение износа рабочей поверхности. Для разработки этой модели мы будем использовать методы математического моделирования и анализа данных, чтобы учесть все необходимые факторы и параметры Для достижения данной цели использованы общеизвестные нелинейное уравнения: движения вязкой несжимаемой жидкости для «тонкого слоя», уравнение неразрывности и уравнение Ламе с соответствующими граничными условиями, учитывающие упругодеформированность и адаптированность опорной поверхности ползуна, а также равенство скоростей на границе раздела стратифицированных слоев, равенства давление на концах интервала и равенство скоростей на поверхности направляющей. В результате были выявлены основные рабочие характеристики рассматриваемой пары трения.

Ключевые слова: нелинейные факторы, упругодеформированная, нестандартная поверхность, течение двухслойной смазки, зависимость вязкостных характеристик смазочных слоев, отношение плотностных характеристик

1.1.7 - Теоретическая механика, динамика машин , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В статье рассматривается задача криптоанализа системы защиты информации, основанной на трудно решаемой задаче диофантовых уравнений. Описывается математическая модель такой системы защиты и предлагается решение задачи криптоанализа с использованием искусственной иммунной системы, адаптированной для решения диофантовых уравнений. В работе рассматриваются основные принципы построения искусственных иммунных систем и приводятся результаты экспериментов по оценке эффективности предложенной системы на диофантовых уравнениях степени, не превышающей шести. Полученные результаты демонстрируют возможность применения искусственных иммунных систем для решения задачи криптоанализа систем защиты информации, основанных на диофантовых уравнениях.

Ключевые слова: криптоанализ, система защиты информации, диофантовы уравнения, искусственная иммунная система, адаптивный алгоритм, оценка эффективности

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

Изучено влияние примеси на проводимость аллотропной модификации фосфорена (ε-P). Для расчётов использовался пакет квантово-химического моделирования Quantum Espresso. Исследование проводилось на базе имитационного моделирования. На основе Quantum Espresso моделируется трехмерные структуры. В работе была адаптированна модель для двумерного ε-фосфорена путём выбора вектора элементарной ячейки настолько большим, чтобы исключить взаимодействие слоёв.

Ключевые слова: фосфорен, аллотроп, полупроводник, примесь, адсорбция, проводимость, теория функционала плотности, моделирование, Quantum Espresso, кристаллическая структура

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.8 - Физика конденсированного состояния

В статье описывается методика построения неронечеткой модели выделения контурных точек на изображении. Методика включает следующие шаги: формирование лингвистических переменных «разность яркостей пикселей» и «признак принадлежности пикселя к контуру», формирование базы знаний нейронечеткой модели при помощи бинарного изображения, формирование обучающей выборки с использованием как полутонового, так и контурного изображения, обучение нейронечеткой модели с использованием генетического алгоритма. Особенностью представленного генетического алгоритма является - проверка условий на корректность значений параметров функций принадлежностей, получаемых при генерации хромосом. Описывается структура нейронечеткой модели принятия решения о принадлежности пикселя контуру. Приводится результат применения нейронечеткой модели для построения контуров изображений.

Ключевые слова: нейронечеткая модель, контурное изображение, выделение контура, контурный пиксель, лингвистическая переменная, нечеткое множество, функция принадлежности, генетический алгоритм, логический вывод Цукамото, обучение нейронечеткой модели

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Рассмотрена задача разработки интеллектуальной автоматизированной системы обнаружения дефектов текстильных материалов. Проведен анализ алгоритмов машинного обучения и глубокого обучения применительно к решению задачи контроля качества изделий. Рассмотрена реализация искусственной нейронной сети, реализованной в микрокомпьютере Raspberry Pi и получающей набор входных данных в виде большого потока изображений от высокоскоростной цифровой камеры. Описываются этапы создания модели на языке Python с применением библиотек TensorFlow и Keras. Процесс разработки включает подготовку исходных данных, предназначенных для обучения и тестирования системы, а также проверку работы полученной нейросети, заключающейся в распознавании изображений дефектов на ткани по классификационным признакам.

Ключевые слова: машинное обучение, нейронная сеть, изображения дефектов, текстильный материал, обучение, тестирование, точность

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.16 - Технология производства изделий текстильной и легкой промышленности

Данная статья представляет исследование, посвященное применению нейросетевой модели YOLOv8 для обнаружения дорожных знаков. В ходе исследования была разработана и обучена модель на основе YOLOv8, которая успешно детектируют дорожные знаки в реальном времени. Статья также представляет результаты экспериментов, в которых модель YOLOv8 сравнивается с другими широко используемыми методами обнаружения знаков. Полученные результаты имеют практическую значимость в области безопасности дорожного движения, предлагая инновационный подход к автоматическому обнаружению дорожных знаков, что способствует улучшению контроля скорости и снижению аварийности на дорогах.

Ключевые слова: машинное обучение, дорожные знаки, сверточные нейронные сети, распознавание образов

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

В статье описывается методика разработки нейросетевых моделей регуляторов управления техническим объектом, аппроксимирующих зависимость между управляющим воздействием и отклонением состояния объекта от задающего воздействия, его скорости и ускорения. Рассматривается применение методики для управления температурой водонагревателя водяной ванны. Технический объект описывается дифференциальным уравнением второго порядка и имеет гладкое монотонное поведение.

Ключевые слова: технический объект, водяная ванна, водонагреватель, нейрорегулятор, управление, поведение объекта, модель, нейронная сеть, обучающая выборка, персептрон

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Работа посвящена исследованию воздействия электрических импульсов на процессы транспорта цисплатина через плазматическую мембрану. Технические устройства, основанные на применении данной технологии, используются для повышения клеточного поглощения цитотоксических агентов в рамках определенных стратегий лечения рака. В статье представлены результаты математического моделирования, выполненного с использованием компьютерных методов, которые позволяют изучить влияние различных параметров импульсов (амплитуды, длительности, частоты) на эффективность транспорта цисплатина. Проведены численные эксперименты с использованием различных разностных схем и математических моделей, учитывающих физические свойства плазматической мембраны. Полученные результаты позволяют лучше понять механизмы воздействия электрических импульсов на процессы транспорта цисплатина, что может иметь практическое значение для разработки новых методов доставки лекарственных препаратов и лечении рака.

Ключевые слова: математическое моделирование, программный комплекс, электропарация, транспорт циспластина, плазматическая мембрана, вычислительный эксперимент

1.1.10 - Биомеханика и биоинженерия , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Задача планирования отправки сообщений известных объёмов из исходных пунктов в пункты назначения c известными потребностями. При этом предполагается, что затраты на передачу информации с одной стороны пропорциональны передаваемым объёмам и стоимости передачи единицы информации по выбранным каналам связи, а с другой стороны связаны с фиксированной абонентской платой за использование каналов, не зависящей от объёма передаваемой информации. Показателем качества плана при такой постановке являются суммарные затраты на отправку всего запланированного объёма сообщений. Проведена сравнительная характеристика эффективности методов получения оптимальных планов с помощью линеаризованной целевой функции и точного решения одним из комбинаторных методов.

Ключевые слова: передача сообщений, транспортная задача, критерий минимума суммарных затрат, вычислительная сложность алгоритма, линеаризация целевой функции

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

В статье описывается способ оптимизации процесса оптимизации траектории, путем замены рёбер траектории, на пространственные кривые Безье с годографом Пифагора.

Ключевые слова: алгоритмы генерации траекторий, методы построения формации групп БПЛА, математические модели БПЛА, многоагентные системы, кривые Безье, годограф Пифагора

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ