№ 7 (2021)

В статье рассматривается решение вычислительно-трудоемкой задачи – расчета
распределений вероятностей значений статистик – с помощью современных вычисли-
тельных технологий. Для сокращения вычислительной сложности при обеспечении доста-
точного уровня эффективности критериев не ниже заданного порога предложено исполь-
зование Δ-точных приближений. Для расчета точных приближений используется метод
второй кратности, основанный на решении системы линейных уравнений, который позво-
ляет при заданном вычислительном ресурсе рассчитывать точные приближения для мак-
симальных значений параметров выборок. Наиболее трудоемкая часть метода второй
кратности состоит в процедуре последовательного получения векторов возможных реше-
ний и их проверки на принадлежность к самим решениям. Проверка векторов возможных
решений на принадлежность к решениям системы информационно независима, поэтому
алгоритм расчета можно распараллелить по данным. Приведена формула определения
алгоритмической сложности расчета точных приближений распределений вероятностей
значений статистик, на основе которой получены оценки сложности современных прак-
тических задач для выборок со следующими значениями (N, n) мощности алфавита и объё-
ма выборки: (256,1280), (128,640), (128, 320) и (192,3200) при точности расчета =10-5.
Вычислительная сложность расчета составляет от 9,68·1022 до 1,60·1052 операций, сред-
няя  порядка 4,55·1025 операций, число проверяемых векторов – от 6,50·1023 до 1,39·1050, а
число решений – от 4,67·1012 до 5,60·1025 соответственно. Общее время решения при круг-
лосуточном режиме вычислений не должно превышать 30 дней или 2,592·106 сек. Для полу-
ченных оценок сложности проанализированы возможности современных кластерных вы-
числительных систем на основе универсальных процессоров, графических ускорителей и
реконфигурируемых вычислительных систем на основе программируемых логических инте-
гральных схем. Для каждой технологии определено число вычислительных узлов, требуе-
мых для расчета точных приближений с указанными параметрами в заданное время. По-
казано, что ни одна из рассмотренных вычислительных технологий на современном уровне
развития техники не позволяет получить решение для необходимых параметров расчета
точных приближений распределений вероятностей значений статистик. В заключении
сделан вывод о необходимости анализа возможностей перспективных вычислительных
технологий на основе квантовых и фотонных компьютеров, а также гибридных вычисли-
тельных систем для расчета точных приближений распределений вероятностей значений
статистик с заданными параметрами в оперативно-приемлемое время.

Преимуществом перспективного метода пассивной радиосенсорной технической ди-
агностики (ПР Д) над существующими на сегодняшний день способами определения тех-
нического состояния (виброметрия, тепловой контроль, JTAG-тестирование, оптический
контроль) являются: отсутствие инерции, отсутствие затрат процессорного времени,
отсутствие гальванического контакта с объектом исследования. В современной научнойлитературе практически не уделяется внимания численным моделям электронных уст-
ройств, в том числе на биполярных транзисторах (БП ), которые описывают процесс
колебательного перераспределения энергии и излучения, используемого в ПР Д. Поэтому
целью данного исследования является развитие метода ПР Д посредством разработки,
анализа и сравнения схемотехнической и электродинамической моделей колебательного
перераспределения энергии в БП . В работе представлены и проанализированы упрощен-
ные схемотехническая и электродинамическая модели колебательного перераспределения
энергии в БП . Рассчитаны параметры моделей, получены численные сигнальные радио-
профили (СРП) электрической составляющей электромагнитных излучений, созданных
самим радиоэлектронным узлом, построенном на БП . Показаны способы корректировки
справочных параметров в зависимости от реальных условий включения БП . Установлено,
что взаимная корреляционная функция СРП, полученных в результате схемотехнического и
электродинамического моделирования, не ниже 0,93, что говорит о высоком сходстве
представленных моделей. На практике использование разработанных моделей при анализе
СРП, полученных путем регистрации собственных излучений радиотехнических узлов
электронных устройств, позволит с достаточно высокой точностью определить режим
функционирования БП и его быстродействие. Данный анализ может быть использован в
ПР Д, указывая на неисправности сигнальных цепей, либо на деградацию параметров са-
мого элемента на ранних стадиях.

Рассматривается задача построения системы принятия решений в рамках автома-
тизированных систем безаварийного управления технологическими процессами на основе
моделей прогнозирования. Представлен анализ моделей и методов прогнозирования аварий-
ных ситуаций. Сформулирована задача разработки методики практической реализации
системы на основе интегрального критерия безаварийного управления, учитывающего
запасы времени на приведение процесса в нормальное состояние (система прогнозирования
аварийных ситуаций) и ресурсную составляющую (система планово-предупредительного
обслуживания). Сделан вывод о целесообразности построения систем принятия решений и
автоматизированных систем управления на основе моделей прогнозирования, как наиболее
перспективного подхода к решению задачи безаварийного управления технологическими
процессами. Принцип построения системы принятия решений основан на использовании
интегрального критерия безаварийного управления. Представлена блок - схема алгоритма
расчёта интегрального критерия безаварийного управления. Предложена гибридная мето-
дика практической реализации подобных систем на основе приоритетного регулирования,
включающего в себя и штатный регулятор. Описана процедура формирования приоритет-
ных регуляторов по данным прогноза. Приведена блок-схема алгоритма приоритетного
регулятора, определяющего критический параметр на основе теории чувствительности.
В случае положительного прогноза на аварию происходит выбор критического параметра
по максимуму коэффициента чувствительности и на штатный регулятор из матрицы
критических значений подается в качестве уставки минимальное или максимальное значе-
ние параметра в зависимости от знака скорости его изменения. Дана структура системы
принятия решения на основе концепции безаварийного управления технологическими про-
цессами. Станция безаварийного управления формирует данные для модуля принятия ре-
шения на основе композиционной модели прогнозирования аварийных ситуаций и инте-
грального критерия безаварийного управления. Приведена блок-схема алгоритма модуля
принятия решения по приоритетному регулированию.

При совместной работе рулевых приводов на поверхности управления (руле направле-
ния, в определенных случаях на элеронах и руле высоты) магистрального самолета возника-
ют силы их взаимонагружения, приводящие к ускорению расхода ресурса узлов крепления и
снижению показателей качества регулирования. Для уменьшения этих сил применяются раз-
личные методы, в том числе специальные алгоритмы снижения взаимонагружения.
В ходе исследования проведена оценка качества работы алгоритма и определено его влияние
на статические и динамические свойства системы из двух приводов. В статье представлена
программно-математическая модель совместной работы двух электрогидравлических руле-
вых приводов (ЭГРП) на аэродинамическом руле, учитывающая нелинейности ЭГРП (ограни-
чение по ходу и скорости золотника, нелинейность коэффициента расхода жидкости, огра-
ничение скорости и максимального перемещения штоков гидроцилиндров) и жесткости ме-
ханических креплений штоков ЭГРП к поверхности управления. Разработаны тестовые ре-
жимы, воспроизводящие наиболее тяжелые режимы работы привода. Проведена оценка
влияния алгоритма на переходные процессы отклоняемой поверхности управления, на запасы
устойчивости системы двух ЭГРП и отклоняемой поверхности управления, и на количест-
венные показатели снижения силового нагружения. Показано, что алгоритм на основе
ПИД-регулятора с обратной связью по перепаду давлений в полостях гидроцилиндров значи-
тельно (до 95%) снижает силовое взаимонагружение в системе одновременно работающих
приводов. При использовании разработанного алгоритма не выявлено уменьшение запасов
устойчивости системы из двух ЭГРП. Также показано, что в режимах работы с внешней
нагрузкой следует вводить ограничение величины корректирующего сигнала алгоритма для
уменьшения просадки штоков до определенных в техническом задании значений. Результаты
работы будут использованы для уточнения методики испытаний одновременно работающих
приводов и, в дальнейшем, для внедрения алгоритма снижения взаимонагружения на магист-
ральные отечественные летательные аппараты.

В настоящее время отечественные и зарубежные исследователи развивают в авиа-
ционной отрасли технологии, связанные с электрификацией функциональных систем воз-
душных судов. Тормозная система оказывает непосредственное влияние на безопасность,
устойчивость и функциональные возможности воздушного судна. Поэтому мотивация
замены гидравлической системы сопровождается результатами многосторонних исследо-
ваний архитектур электрических систем торможения, в том числе возможностью повы-
шения качества таких систем за счёт внедрения эффективного управления. Работа по-
священа методике аналитического синтеза алгоритма управления электрической систе-
мой торможения шасси воздушного судна, как многосвязного объекта управления, осно-
ванной на применении технологии вложения систем. Математическая модель содержит
описание электрических, механических и тепловых процессов системы. Требования к каче-
ству переходных процессов по угловой скорости колеса и температуре на поверхности
фрикциона задаются в виде ограничений на время регулирования и величину перерегулиро-
вания и далее преобразуются в форму эталонной модели. Показаны результаты компью-
терного моделирования динамики исходной и линеаризованной систем, а также системы с
синтезированным регулятором по полному вектору состояний. Приведены рассуждения о
робастности получаемого решения и показаны результаты компьютерного моделирования
системы с «упрощённым» регулятором.

Приводится описание типовых методов реализации кворум-контроля параметров
воздушных данных, и анализ их возможностей по определению параметрических отказов,
возникающих в системе воздушных сигналов. Для выполнения расчетов были выбраны наи-
более часто встречаемые виды отказов тракта восприятия и измерения воздушных давле-
ний системы воздушных сигналов, вызывающие катастрофические последствия, описаны
физические принципы их возникновения, реализация которых позволила построить мате-
матические модели искажения сигналов. По результатам моделирования работы типовых
методов кворум-контроля, и их реакции на искусственно введённых в систему отказов
определены достоинства и недостатки используемых методов. С целью устранения обна-
руженных в результате анализа недостатков предложен альтернативный метод опреде-
ления отказов датчиковой группы системы воздушных сигналов путем реализации пере-
крестного контроля параметров, полученных от пневматической и флюгерной датчиковой группы системы. Для предложенного метода приведены результаты моделирования, про-
веденного на основе реальных полетных данных магистрального самолета с искусственно
введенными в них параметрическими отказами. Оценена возможность использования ал-
горитма перекрестного контроля в одноканальных системах воздушных сигналах малораз-
мерных летательных аппаратов. Постановка задачи исследования формулируется сле-
дующим образом: с целью обеспечения безопасности полетов летательного аппарата при
использовании в контуре управления информации от одноканальной системы воздушных
сигналов необходимо обеспечить обнаружение и исключение недостоверных данных из
массива информации, выдаваемой системой потребителям информации. При этом задачу
обнаружения и исключения данных необходимо решить собственными средствами самой
системы воздушных сигналов, без использования дополнительных данных от других систем
самолета. Математический анализ, численное моделирование, определение корректирую-
щих коэффициентов и подготовка исходных данных проводились в программно-
математическом комплексе MathCAD. Анализ результатов исследования алгоритма пере-
крестного контроля, реализованного в ПМК MathCAD, показал, что задача определения
достоверности информации может быть решена автономно и при реализации в лета-
тельном аппарате одноканальной системе воздушных сигналов.

Целью исследований явилось управление электрической сетью гибридной системы
энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата, предназначенного для
перемещения на сверхдальние расстояния свыше десятка тысяч километров. Для преодо-
ления сверхдальних расстояний остро стоит задача минимизации удельного потребления
электроэнергии при условии обеспечения всех потребителей электроэнергией. Актуаль-
ность работы определяется новизной использования в автономных необитаемых подвод-
ных аппаратах гибридной системы энергообеспечения, состоящей из разнородных источ-
ников электроэнергии, работающих на различных физических принципах. Ввиду отсутст-
вия на сегодняшний день исследований, связанных с управлением гибридной системой энер-
гообеспечения, согласованным с режимами движения аппарата в широком диапазоне ско-
ростей, возникла задача разработки алгоритмов управления гибридной системой энерго-
обеспечения. Для решения задачи проанализированы причины изменения токопотребления
при движении аппарата, сформированы необходимые условия подключения потребителей
к токопроводам, включающие в себя обеспечение всех потребителей электроэнергией в
полном объеме, исключение превышения номинальных токов каждого токопровода токами
потребления, минимизация потерь электроэнергии при прохождении по токопроводу и
через оборудование. В связи с этим были проанализированы возможные конфигурации по-
строения электросети с использованием токопроводов и оборудования, проведены оценки
потерь на токопроводах и на используемом оборудовании. По результатам исследований
был сформирован граф подключений потребителей к токопроводам, и для определения
пути подключения каждого потребителя к источнику энергии посредством электросети
был определен путь подключения, обеспечивающий минимизацию потерь. Задача была
формализована как поиск кратчайшего пути в графе, и для ее решения в качестве основы
был использован алгоритм Дейкстры. По результатам исследований был сформирован
алгоритм формирования путей подключения потребителей к источникам электроэнергии
посредством электросети и алгоритм управления переключениями ключей в электросети
при изменении токов потребления. Разработанные алгоритмы были программно реализо-
ваны, и с использованием имитационной модели проведен численный эксперимент. Резуль-
таты эксперимента показали правильность разработанных алгоритмов, и могут быть в
дальнейшем использованы для реализации в разрабатываемых аппаратах для перемещения
на сверхдальние расстояния.

Целью исследований является возвращение автономного необитаемого подводного ап-
парата на маршрутную траекторию в кратчайший срок после проведения обсервации при
возникновении отказов в исполнительных устройствах, обеспечивающих движение аппарата.
Необходимость решения задачи вызвана тем, что при преодолении аппаратом расстояний в
несколько тысяч километров возникает отклонение его положения от маршрутной траекто-
рии ввиду накопления погрешности счисления координат бортовой инерциальной навигацион-
ной системой. В результате аппарат вынужден возвращаться на маршрутную траекторию,
в ходе которого возможно возникновение отказа в исполнительных устройствах, обеспечи-
вающих движение аппарата. Ранее в такой постановке задача не рассматривалась, а подхо-
ды, используемые в аналогичных ситуациях к беспилотным летательным аппаратам, оказа-
лись непригодными. Наиболее характерными причинами, отличающими подводный аппарат
от беспилотника, являются: различие в причинах отклонения от маршрутной траектории
(инерциальная система у аппарата и ветер у беспилотника), отсутствие навигации по сигна-
лам спутниковых радионавигационных систем и невозможность контроля своего местопо-
ложения при возвращении на маршрут, низкая маневренность аппарата по сравнению с бес-
пилотником. Для решения задачи обеспечения движения аппарата к маршрутной траектории
в случае возникновения отказа исполнительного устройства, обеспечивающего движение ап-
парата, предложено взамен отказавшего устройства выбрать альтернативное из числа дуб-
лирующих. Выбор дублирующего устройства определен, прежде всего, моментом, создавае-
мым устройством для маневрирования аппарата по курсу. При этом показано, что ввиду ог-
раничений на возможности дублирующего устройства обеспечить аппарату требуемый ма-
невр по курсу, необходимо выбирать также и траекторию движения аппарата при возвраще-
нии на маршрутную траекторию. Для этого были проанализированы пять возможных мето-
дов возвращения, отличающихся динамикой изменения курса, протяженностью пути, про-
должительностью маневрирования. С учетом плавности изменения курса для каждой траек-
тории были определены наиболее подходящие исполнительные устройства, способные обеспе-
чить движение аппарата по выбранной траектории. Основным критерием при выборе тра-
ектории, наряду с учетом ограничений, являлась минимизация пройденного пути до маршрут-
ной траектории с целью экономии энергоресурса аппарата. После выбора исполнительного
устройства и траектории движения аппарата для восстановления на маршрутной траекто-
рии приведена последовательность вычислений для определения параметров исполнительного
устройства в каждый момент времени на всем протяжении возвращения аппарата на мар-
шрутную траекторию. Результаты проведенных исследований позволили решить задачу вос-
становления положения автономного необитаемого подводного аппарата на маршрутной
траектории за кратчайшее время при возникновении отказа в исполнительных устройствах,
обеспечивающих его движение.

Представлены некоторые результаты исследований, направленных на разработку
человеко-машинных интерфейсов, учитывающих мультимодальный характер человеческо-
го восприятия, для использования в бортовом оборудовании воздушного судна. В частно-
сти, речь идет о возможности более широкого применения звуковых каналов для ввода и
вывода информации. Преимущества звуковых интерфейсов по отношению к зрительным и
тактильным заключаются, прежде всего, в отсутствии необходимости направленного
внимания пилота, в возможности создавать слуховые объекты в трехмерном простран-
стве и указывать направление на несколько разных объектов одновременно. В эксперимен-
тах были протестированы возможности пространственного разделения речевых инфор-
мационных потоков в самолетном переговорном устройстве в ситуациях, когда уровень
помехи существенно превышал уровень целевого речевого сообщения. Оценивались показа-
тели распознавания целевого сообщения на фоне двух типов звуковой помехи: звук другого
речевого сообщения и шум авиационного двигателя. Результаты показали, что простран-
ственное разделение звуковых сообщений существенно повышает способность оператора
распознавать их содержание, независимо от типа помехи. Максимальное количество оши-
бок при распознавании целевого сообщения соответствует его пространственному поло-
жению в том же направлении, что и звук помехи. При этом, распознавание сообщения
значимо лучше, если оно произнесено женским голосом. Обнаружен также факт про-
странственной асимметрию правильных распознаваний: сообщения, поступающие справа,
распознаются лучше, чем в случаях их поступления слева. Практическая значимость иссле-
дования касается возможности создания переговорных устройств с повышенной защи-
щенностью от конфликтов между разными информационными потоками, а также от
воздействия внешних акустических шумов. Перспектива видится в использовании трех-
мерных звуковых интерфейсов не только в составе переговорного устройства, но и для
систем навигации и управления самолета, а также контроля его состояния.

В условиях множественности операторов и собственников подвижного состава на
сети железных дорог России имеют место следующие проблемы: излишняя загрузка про-
пускных и провозных способностей участков, встречный перепробег порожних вагонов
одного типа, излишний пробег порожних вагонов, снижение участковой скорости и др. Для
решения указанных проблем необходимо более эффективное взаимодействие участниковперевозочного процесса на принципах логистики, моделирования рынка грузовых перевозок,
формирования математических моделей с использованием методов цифровизации и интел-
лектуализации управления. Данная работа посвящена исследованию вопросов актуализации
принципов моделирования мультиагентного взаимодействия в припортовых транспортных
системах. Методической основой исследования являются методы статистического, мор-
фологического, регрессионного и системного анализа, математического и аналитического
моделирования. Исследование и моделирование параметров распределения грузо- и вагоно-
потоков в условиях мультиагентности транспортного комплекса, при котором применя-
ется разработанный авторами экономико-географический метод разграничения «облас-
тей влияния» станций позволяет создавать аналитические модели процесса перевозок на
основе комплексной оценки транспортно-технологической инфраструктуры железнодо-
рожного полигона и стоимости транспортных услуг. Особенностью является построение
компьютерной географической модели распределения подвижного состава по видам пере-
возок для припортовых станций аналитическими кривыми высших порядков. «Области
влияния» станций погрузки, получаемые методом экономико-географического разграниче-
ния, позволяют сформулировать ряд предпочтительных направлений при распределении
вагонопотоков. Полученная территориальная картина распределения вагонопотоков явля-
ется основой для решения многокритериальной задачи оптимизации регулирования направ-
лений вагонов с учетом многооператорского рынка подвижного состава, цифровизации и
интеллектуализации отрасли. Помимо решения задач регулирования рынка транспортных
услуг в форме распределения подвижного состава, вопросы технологического, экономиче-
ского, финансового и цифрового взаимодействия на принципах логистики в мультиагент-
ных системах остаются ключевыми. Формируемые в этой связи модельные и методологи-
ческие предложения должны обеспечить снижение транспортно-логистических издержек
с параллельным улучшением количественных, качественных и временных показателей реа-
лизации интегрированных логистических цепей поставок.

Одним из основных факторов, существенно затрудняющих понимание, перевод и
анализ текстов, полученных при автоматическом распознавании речи или изображений
текстов, являются содержащиеся в них искажения в виде ошибочных символов, слов и
словосочетаний. До недавнего времени не существовало эффективных программных
средств коррекции текстов со значительными искажениями, хотя эта задача является
актуальной как для русского, так и для других распространенных языков в условиях актив-
ного использования систем распознавания в перспективных системах дополненной реаль-
ности. Авторами был предложен новый многоэтапный метод коррекции искаженных тек-
стов, значимо повышающий точность коррекции (количество правильно скорректирован-
ных слов в тексте) и основанный на последовательном определении ошибок и их исправле-
нии. В настоящей работе оцениваются точность и трудоемкость предложенного метода
коррекции искаженных текстов при различных уровнях искажений, определяется его ме-
сто среди других современных подходов к коррекции. Наиболее характерными ошибками
систем распознавания являются: – замена слова на похожее по звучанию или графическому
написанию; – замена нескольких слов на одно; – замена одного слова несколькими; – про-
пуск слов; – вставка или удаление коротких слов (в т.ч. предлогов и союзов). В результате
распознавания получается текст, имеющий искажения и состоящий, в основном, из сло-
варных слов, в том числе и в местах искажений. При большом количестве искажений тек-
сты становятся практически нечитаемыми. В связи с тем, что подобрать в необходимом
количестве тексты с широким диапазоном уровней искажений по результатам реального
машинного распознавания речи и изображений текстов представляется проблематичным,
использовалось программное моделирование искажений. Предложена и программно реали-
зована методика искажений текста, моделирующая результаты работы систем распо-
знавания в широком диапазоне искажений, в необходимом количестве подготовлены иска-
женные тексты. При работе предложенного многоэтапного метода коррекции искажен-
ными считаются несловарные словоформы и словоформы, вероятность появления кото-
рых в тексте в соответствии с выбранной вероятностной моделью текста меньше за-
данного порога. Для них строится список возможных вариантов слов, в который попада-
ют только те словоформы из словаря, которые находятся от исследуемого слова на опре-
деленном расстоянии Левенштейна. Скорректированный текст из вариантов слов получа-
ется в результате поиска наиболее вероятной цепочки словоформ. Метод коррекции со-
стоит из нескольких этапов, на каждом этапе корректируются лишь те фрагменты тек-
ста, которые остались искаженными после предыдущего этапа коррекции. По результа-
там проведенных экспериментов по коррекции искаженных текстов сделан вывод, что
предложенный метод коррекции показал хорошие результаты со средним значением
1 F -меры >50 % в диапазоне искажений от 0 до 75 %. Эксперты-лингвисты подтвердили
плодотворность предложенного подхода к коррекции и его предпочтительность по срав-
нению с другими современными подходами, зафиксировав, что при количестве искажений

<50 % скорректированный текст читается с гораздо меньшими усилиями, чем искажен-
ный, а при количестве искажений до 70% слов скорректированный текст еще позволяет
выделить полезную информацию о содержании текста.

В настоящее время для решения больших вычислительных задач используются не
только многопроцессорные вычислительные системы, но и различные виды распределенных
систем. Распределенные вычислительные системы имеют ряд особенностей: возможное
наличие отказов узлов и каналов связи, непостоянное время работы узлов, возможные ошиб-
ки в расчетах, гетерогенность вычислительных узлов. Под гетерогенностью вычислитель-
ных узлов будем понимать не только различную вычислительную способность и различные
архитектуры центральных процессоров, но и наличие на узле других компонентов, способных
проводить вычисления. К таким компонентам можно отнести видеокарты и математиче-
ские сопроцессоры. Узел распределенной вычислительной системы будем называть гетеро-
генным, если помимо одного или нескольких центральных процессоров в его составе есть
дополнительные вычислительные устройства. При решении вычислительной задачи на рас-
пределенной системе необходимо максимизировать использование всех доступных вычисли-
тельных ресурсов. Для этого необходимо не только распределить вычислительные подзадачи
на узлы в соответствии с их вычислительной способностью, но и учесть особенности допол-
нительных вычислительных устройств. Исследованию методов максимизации использования
ресурсов на гетерогенных узлах распределенной вычислительной системы посвящена эта
работа. Основной целью данной работы является создание переносимого приложения, произ-
водящего параллельные вычисления с использованием многопоточной модели выполнения. При
разработке приложения акцент делается на наиболее полном использовании доступных ап-
паратных ресурсов. Одним из основных требований к реализации является оптимизация про-
изводительности приложения для различных компьютерных архитектур, а также возмож-
ность параллельного выполнения приложения на разнородных вычислительных устройствах,
входящих в состав гетерогенного вычислительного комплекса. Была исследована возмож-
ность применения ряда методов программно-алгоритмической оптимизации для многопро-
цессорных архитектур различных поколений. А также была проведена оценка эффективно-
сти их использования для высоконагруженных многопоточных приложений. Представлено
решение проблемы квазиоптимального динамического распределения вычислительных зада-
ний между всеми доступными на данный момент вычислительными устройствами гетеро-
генного вычислительного комплекса.

При проведении исследований в области обнаружения вредоносного программного
обеспечения основной фокус делается именно на методах, игнорируя то, как эти методы
практически могли бы быть реализованы. С другой стороны, есть работы, которые рас-
крывают некоторые технические подробности реализации или оптимизации процесса ана-
лиза исследуемого образца и сбора данных о его работе. Однако, необходимо соединять
результаты концепций экспериментальных систем и те возможности реализации, которые имеются. Целью работы является описание реализации автоматизированной системы
обнаружения вредоносного программного обеспечения на основе предложенного ранее ав-
торами метода, таким образом, дополняя результаты прошлых исследований и реализуя
на практике предложенный метод обнаружения и кластеризации вредоносного программ-
ного обеспечения. В результате, раскрыты технические требования к проектируемой сис-
теме обнаружения вредоносного программного обеспечения, обусловленные предложенным
ранее методом обнаружения и кластеризации. Произведено сравнение существующих
средств поведенческого анализа, в качестве наиболее подходящей выбрана Сuckoo Sandbox,
основным ее достоинством является открытость исходных текстов, что обеспечило
возможность доработки как ее клиентской части, так и серверной части. В частности
выполнено расширение списка контролируемых системных функций, определение модуля-
источника вызова, определение контекста вызова. Так же, на основе Сuckoo Sandbox было
разработано расширение, которое реализует предложенный авторами метод. Далее в
статье раскрывается возможность портирования описанной системы для работы с об-
разцами вредоносного программного обеспечения, разработанными под различные плат-
формы. В частности, показано, что предложенные методы, могут быть адаптированы
под такие платформы как .NET или Android, при этом доработки носят технический, а не
принципиальных характер. С практический точки зрения, система представляет из себя
программный комплекс для специалиста по безопасности и позволяет осуществлять опе-
ративное обнаружение неизвестных ранее угроз и вместе с тем, за счет проведения кла-
стеризации, идентифицировать конкретную угрозу для реализации наиболее подходящих
мер защиты от этой угрозы. В предложенном виде, может быть использована как часть
инфраструктуры предприятия для обеспечения антивирусной безопасности.

Квантовый компьютинг в общем и квантовое глубокое обучение, в частности, пред-
ставляют собой перспективную область, связанную с исследованиями современных мето-
дов и алгоритмов квантовых вычислений, применяемых с целью обучения и разработки
новых архитектур искусственных нейронных сетей. В последнее время наблюдается тен-
денция, состоящая в том, что исследования, проводимые в области квантового глубокого
обучения, получают всё большее распространение среди специалистов. Это можно объяс-
нить тем, что было установлено – квантовые схемы способны функционировать подобно
искусственным нейронным сетям, демонстрируя при этом лучшие результаты при реше-
нии ряда задач, среди которых, например, актуальная задача классификации объектов на
изображении или в видеопотоке. Благодаря стремительному развитию квантовых вычис-
лений в области глубокого обучения были найдены оптимальные способы решений для та-
ких актуальных задач, как – проблема исчезающего градиента, нахождение локального
минимума, повышение эффективности функционирования крупномасштабных параметри-
ческих алгоритмов машинного обучения, устранение декогеренции и квантовых ошибок и
пр. В рамках данной работы описан процесс функционирования квантовой вариационной
схемы, установлены её основные характеристики и выявлены недостатки. Также проана-
лизированы ключевые особенности квантовых вычислений, на которых основывается про-
цесс реализации квантового глубокого обучения с подкреплением свёрточной нейросети.
Кроме того, осуществлено квантовое глубокое обучение свёрточной нейронной сети с по-
мощью применения вариационной квантовой схемы, что приводит к повышению произво-
дительности свёрточной нейросети в решении задачи обработки изображения, а именно
его классификации, за счёт использования квантовой среды вычислений. Актуальность
данной статьи состоит в реализации алгоритма квантового глубокого обучения с подкре-
плением свёрточной нейросети для обработки изображений, а также большом значении
тематики данного исследования для будущей разработки квантовых вычислительных уст-
ройств, которые могут быть использованы в системах искусственного интеллекта и т.п.,
что соответствует приоритетному направлению развития отечественной науки.

Множество вычислительных задач может быть представлено в виде последова-
тельного информационного графа. В общем случае такой информационный граф не может
быть приведён к параллельному виду с целью ускорения выполнения его операций. Но в слу-
чае если вершины этого графа обладают свойствами ассоциативности, дистрибутивно-
сти и т.д., такой граф можно преобразовать в параллельно-конвейерную форму. Эти пре-
образования могут быть произведены не только над графами, содержащими элементар-
ные операции – сложение, умножение, логическое И и т.д. – но и над графами, содержа-
щими макрооперации. Одним из примеров таких графов является информационный граф
решения СЛАУ методом прогонки (методом Томаса). В статье рассмотрено решение для
трёхдиагональных СЛАУ. Информационный граф метода прогонки состоит из двух час-
тей: прямого хода, в котором выполняется переход от трёхдиагональной формы к двух-
диагональной, и обратного хода, в котором непосредственно вычисляются значения неиз-
вестных. Несмотря на то, что операции, составляющие базовую макрооперацию метода
прогонки, обладают свойством ассоциативности, простое преобразование графа к пира-
мидальному виду не даст необходимого результата. Необходимо преобразовать базовые
макрооперации особым образом и изменить то, какие данные на них поступают. После
этого возможно будет привести граф к пирамидальному виду. Для обратного хода приме-
няется аналогичное преобразование графа и составляющих его базовых подграфов. По-
скольку для того, чтобы начать вычисления в обратном ходе, нам необходимо полное за-
вершение вычислений прямого хода, следует перейти от двух специализированных типов
вычислительных блоков к одному универсальному, и построить на его основе универсаль-
ную вычислительную структуру.

С усложнением моделей исследуемых объектов и процессов в разных областях науки
и техники появляется большое количество задач, для которых необходимо применять вы-
сокопроизводительные вычислительные системы. Так, для обработки матричных массивов
используют кластерные многопроцессорные вычислительные системы с применением спе-
циальных методов, направленных на организации параллельных вычислений, и в большинст-
ве случаев производительность вычислительной системы является достаточно высокой.
Однако такая эффективность вычислений наблюдается не на всех видах матриц. Мат-
ричная структура может содержать большое количество незначимых элементов, боль-
шую размерность, и ее портрет может быть неструктурированным. Решение такого
рода матриц на кластерных МВС не позволяет получить производительность, близкую к
пиковой, поскольку методы обработки никак не учитывают такую сложную структуру
обрабатываемой матрицы, в результате чего производительность системы многократно
снижается. Разработка методов для кластерных МВС не позволяет в полной мере обеспе-
чить высокую производительность на классе задач, посвященной обработке больших раз-
реженных неструктурированных матриц. Жесткая архитектура связей процессоров не
учитывает особенности таких матриц, что приведёт к неоднородности загрузки вычис-
лительного процессора. Для обеспечения производительности, близкой к пиковой на зада-
чах обработки больших разряженных неструктурированных матриц, необходимо приме-
нять реконфигурируемые вычислительные системы, архитектура которых позволяет
адаптироваться под структуру решаемой задачи. Это позволяет организовывать конвей-
ерную обработку так, чтобы вычислительный ресурс РВС был использован только на ин-
формационно значимые операции. Помимо использования общепринятых методов струк-
турной организации высокопроизводительных вычислений для РВС, необходимо разрабо-
тать формат хранения и передачи больших разреженных неструктурированных матриц,
определить принципы построения базовых матричных макроопераций и возможность
организации составных дискретно-событийных матричных функций для решения приклад-
ных задач. В результате проведенных исследований положено начало метода, позволяюще-
го организовать вычисления, операндами которых являются большие разреженные не-
структурированные матрицы. Применение этого метода для организации вычислений
позволяет существенно повысить производительность и обеспечить повышение эффек-
тивности работы такой системы.

При исследовании природных объектов часто возникает проблема моделирования сложных систем, обладающих структурой, не поддающейся описанию посредством инструментов евклидовой геометрии, поэтому для их представления используют фрактальную геометрию и соответствующей ей математический аппарат. Так модель переноса радона в неоднородной среде, использующая супердиффузию, отображает реальные данные точнее классической. Повышение концентрации радона в воздухе является одним из признаков приближающихся землетрясений, что обусловливает необходимость моделирования распространения этого радиоактивного инертного газа в реальном времени. Реконфигурируемые вычислительные системы обладают большим потенциалом для решения задач в реальном времени, но существующие на данных момент средства решения систем линейных алгебраических уравнений имеют низкую эффективность из-за нерегулярной структуры матриц, полученных при дискретизации модели супердиффузии радона с применением адаптивных сеток. Базовый подграф метода Якоби преобразуется следующим образом: входные данные векторизуются, структура кадра, в котором производится вычисление значения одного неизвестного, разделяется на несколько микрокадров, распараллеливая вычисления в первом микрокадре, где производится сумма произведений коэффициентов матрицы и значений неизвестных с предыдущей итерации. Полученные результаты буферизируются для последующей выдачи на второй микрокадр, где происходит окончательная обработка и выдача результата итерации. Описанные подход позволяет сократить простой оборудования при решении системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с разреженными нерегулярными матрицами, и дает выигрыш по скорости в 5-15 раз по сравнению с существующими методами решения СЛАУ на реконфигурируемых вычислительных системах.