Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 9.
-
РАЗРАБОТКА БИОЭВРИСТИК ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ NP- ТРУДНЫХ И NP-СЛОЖНЫХ КОМБИНАТОРНО-ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ГРАФАХ
Д.В. Заруба , Э.В. Кулиев , Д. Ю. Запорожец , М. М. Семенова2021-11-14Аннотация ▼Статья посвящена решению новых актуальных проблем, возникших в условиях со-
временного развития информационных и нанометровых технологий в области проектиро-
вания, а также разработке новых инновационных методов, обеспечивающих получение
эффективных решений за полиномиальное время. В статье рассматривается проблема
решения NP-сложных задач. Приведено описание процедуры измерения сложности задачи.
Описаны особенности NP- трудных и NP-сложных комбинаторно-логических задач. При-
ведены основные различия между задачами, а также проблемы, с которыми приходится
сталкиваться при решении такого вида задач. Представлена общая схема принятия реше-
ний, состоящая из формулировки проблемы; принятие решения; сигнала в автоматических
системах и обратной связи. На втором этапе (формирование и выбор вариантов решений)
решение основывается на биоинспирированном алгоритме поиска решений задачи комми-
вояжёра. Для решения поставленной задачи был разработан модифицированный биоинспи-
рированный алгоритм, основанный на поведении муравьиной колонии. В отличие от других
методов оптимизации, метаэвристические алгоритмы могут находить глобальные опти-
мальные решения для задач, где существует много локальных решений из-за их случайного
характера. Эти причины привели к широкому использованию таких алгоритмов при реше-
нии различных задач оптимизации. Биоинспирированные алгоритмы становятся новой
революцией в области решений оптимизационных задач. Представлена постановка задачи
коммивояжера, а также решение поставленной задачи на основе муравьиного алгоритма.
Алгоритмы, такие как генетические алгоритмы и PSO могут быть очень полезными, но
они все еще имеют некоторые недостатки в решении проблем мультимодальной оптими-
зации. Эти алгоритмы способны находить оптимальные решения независимо от физиче-
ской природы проблемы. В рамках экспериментальных исследований был произведен анализ
работы биоинспирированных алгоритмов: алгоритм стаи летучих мышей бактериальный
алгоритм и муравьиный алгоритм. -
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ВИДЕО-ДАЛЬНОМЕТРИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ РОБОТОВ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В. П. Носков , Ю. С. Баричев , О.П. Гойдин , А. Н. Курьянов2025-04-27Аннотация ▼Работа посвящена решению актуальных задач совместной автономной видеонавигации ро-
ботов воздушного и наземного применения в наиболее востребованных для проведения специаль-
ных операций урбанизированных средах, включающих плотную городскую застройку и здания, где
применение традиционных средств дистанционного управления ограничено наличием экраниро-
ванных зон. Задачи групповой навигации предлагается решать на основе данных бортовых сис-
тем технического зрения в процессе оперативной разведки рабочей зоны беспилотным летатель-
ным аппаратом, результаты которой обеспечивают автономные движение и полет, как отдель-
ных гетерогенных робототехнических средств, так и в группе. В основу алгоритмов навигации
положены методы выделения из объемного облака точек, формируемого бортовым лидаром,
опорной горизонтальной поверхности и горизонтальных сечений внешней среды, позволяющих с
высокой точностью и быстродействием определять все шесть координат объекта управления.
Рассмотрены случаи, обусловленные возможными характеристиками внешней среды, когда нави-
гационная задача решается не полностью, и предложены методы их исключения путем дополне-
ния дальнометрических данных лидара видеоданными телекамеры. Приведена оценка точности
решения задач видеонавигации, полученная путем математического моделирования внешней сре-
ды и формирования видеоданных. Предложены методы снижения ошибки видеонавигации, осно-
ванные на использовании специально банка опорных изображений с известными координатами их
формирования, позволяющие обеспечить безопасные автономные полет и движение робототех-
нических средств в урбанизированной среде. Эффективность используемых методов и предлагае-
мых алгоритмов видеонавигации подтверждается результатами экспериментальных исследова-
ний соответствующих программно-аппаратных средств в реальных урбанизированных средах -
УПРАВЛЕНИЕ ГРУППОЙ БПЛА ПРИ ОТРАБОТКЕ КРИЗИСНЫХ ПОЛЕТНЫХ СИТУАЦИЙ В РЕШЕНИИ ТРАНСПОРТНЫХ ЗАДАЧ
А.И. Савельев , В.В. Лебедева , И.В. Лебедев , К.В. Камынин , Л.Д. Кузнецов , А.Л. Ронжин2022-04-21Аннотация ▼В работе обоснована актуальность разработки алгоритмов управления группой БпЛА
при возникновении кризисных ситуаций, влияющих на выполнение поставленной задачи по
доставке грузов в труднодоступные места. Описан алгоритм автономного коллективного
(децентрализованного) управления группой БпЛА при выполнении целевой задачи транспор-
тировки грузов, а также комбинированного управления при возникновении кризисных ситуа-
ций, когда режим автономного управления невозможно реализовать в полном объеме. Под-
робно описан алгоритм отработки кризисной ситуации при нехватке энергетического ресур-
са на борту БпЛА и возврате агентов группы на стартовую позицию. Представлены резуль-
таты моделирование движения группы БпЛА мультироторного и самолетного типов и от-
работки кризисной ситуации по управлению группой БпЛА на основе информации о запасах
энергетических или топливных ресурсов. В ходе проведения экспериментов итеративно вы-
полнялся расчет остатка топлива при движении БпЛА в точку посадки, а также количест-
ва топлива, доступного БпЛА в данный момент времени. В результате экспериментов было
выявлено, что время расчета остатка энергетического ресурса не превышает 6,792 мс.
В случае, если топливо заканчивается у лидера, миссия транспортировки груза завершается
досрочно, поскольку не может быть выполнена без участия лидера. При выходе из строя
нескольких ведомых миссия может быть продолжена в том случае, если их количество не
превышает заданного значения, критичного для продолжения миссии доставки груза. Приве-
дены результаты экспериментальных исследований моделированию полета БпЛА с грузом, в
ходе которых выполнялось построение полетной маршрута, имитирующего криволинейную
траекторию движения в городских условиях от точки старта до конечной точки, где проис-
ходит посадка БпЛА и передача груза. В экспериментах использовался разработанные БпЛА
и бортовая система крепления термоконтейнера. При проведении летных испытаний сред-
няя скорость горизонтального движения БпЛА была задана 10 м/с. Протяженность полета
составляла 5350 м. Время, затраченное на полет, составило 13 мин. 51 с. -
ГИБРИДНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Л. А. Гладков, Н.В. Гладкова , М. Д. Ясир2021-11-14Аннотация ▼Рассматривается задача размещения элементов цифровой вычислительной техники.
Проведен анализ современного состояния исследований по данной теме, отмечена актуаль-
ность рассматриваемой задачи. Подчеркнута важность разработки новых эффективных ме-
тодов решения подобных задач. Показано место задачи размещения в общем цикле конструк-
торского этапа проектирования. Отмечена важность качественного решения задачи разме-
щения с точки зрения успешного выполнения последующих этапов проектирования. Отмечена
важность минимизации задержек соединений в процессе проектирования устройств большой
размерности. Проведен обзор и анализ различных моделей и критериев оценки решения задачи
размещения. Подчеркнуто, что важнейшим критерием является длина соединений, она оказы-
вает существенное влияние на применяемые при проектировании технологии. Выполнена ком-
плексная математическая постановка задачи размещения элементов цифровой вычислитель-
ной техники. Приведена целевая функция и ограничения рассматриваемой задачи размещения
как задачи оптимизации. Проанализированы перспективные подходы к решению задач проек-
тирования, описаны гибридные методы и модели решения сложных многокритериальных задач
оптимизации и проектирования. Описаны принципы работы и модель нечеткого логического
контроллера. Приведено описание используемой схемы нечеткого управления. Определены
функции различных блоков нечеткого логического контроллера. Предложена структура много-
слойной нейронной сети, реализующей функцию Гаусса. Описано взаимодействие блоков нечет-
кого генетического алгоритма. Предложена модель гибридного алгоритма решения задачи
размещения. Определены управляющие параметры нечеткого логического контроллера. Пред-
лагаемый гибридный алгоритм реализован в виде прикладной программы. Были проведены серии
вычислительных экспериментов для определения эффективности разработанного алгоритма и
выбора оптимальных значений управляющих параметров. -
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ НАХОЖДЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ПОТОКА В ЗАДАЧАХ ЭВАКУАЦИИ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКИХ КОЛЕБЛЮЩИХСЯ ОПЕРАТОРОВ АГРЕГИРОВАНИЯ
Е. М. Герасименко , Е. В. Нужнов2021-11-14Аннотация ▼Моделирование эвакуации – актуальная проблема, которая вызывает все больший
интерес в последние годы. Сегодня подходы к макроскопической эвакуации, основанные на
теории потока, позволяют исследователям находить решение проблем оптимизации, рас-
сматривая пострадавших как однородную массу. Основная трудность при построении
сценариев эвакуации заключается в необходимости учитывать внутреннюю неопределен-
ность сети. В дополнение к присущей неопределенности узлы сети имеют ограниченную
пропускную способность и могут хранить поток, а также направлять дополнительный
поток в сток в заданном порядке. Таким образом, эксперт – это ключевая фигура в нечет-
ком моделировании, который должен оценить порядок промежуточных узлов для получе-
ния потока. Если лицо, принимающее решение, сомневается в выборе функции принадлеж-
ности альтернативы по отношению к атрибуту из-за возможных податрибутов, он / она
может изложить все возможные оценки альтернативы. Поэтому в данной статье рас-
сматривается задача максимальной эвакуации с промежуточным хранением в узлах и со-
ставление списка-порядка укрытий. Колеблющийся нечеткий гибридный оператор агрега-
ции с усреднением используется для определения приоритета промежуточных узлов. Этот
сценарий эвакуации является наиболее безопасным, поскольку максимальное количество
потерпевших может быть отправлено в наиболее безопасные убежища, используя воз-
можности промежуточных узлов, таким образом, что величина входящего потока в про-
межуточном узле может превышать исходящий поток. После нахождения приоритетно-
го списка вершин выполняется построение транспортной сети, советующей остаточной
сети, поиск потока с учетом хранения потока в убежищах. Для иллюстрации предложен-
ного алгоритма приведен численный пример -
ПРОГРАММНАЯ ПОДСИСТЕМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ NP-СЛОЖНЫХ КОМБИНАТОРНО-ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ГРАФАХ
В.В. Курейчик , Вл. Вл. Курейчик2021-07-18Аннотация ▼Работа посвящена созданию программной подсистемы для решения NP- трудных и
NP-сложных комбинаторно-логических задач на графах. В статье приведено описание
комбинаторно-логических задач на графах. Для эффективного их решения предлагаются
новые многоуровневые архитектуры поиска, такие как простая комбинированная, парал-
лельная комбинированная, двухуровневая, интегрированная и гибридная. Данные архитек-
туры основаны на методах, инспирированных природными системами. Ключевым отличием данных архитектур является разделение поиска на два или три уровня и применение на
них различных алгоритмов эволюционного моделирования и биоинспирированного поиска.
Это позволяет получать наборы квазиоптимальных решений выполнять параллельную
обработку и частично устранять проблему преждевременной сходимости. В статье при-
ведено подробное описание разработанной программной подсистемы и ее модулей. В каче-
стве модулей в подсистеме имеется пять разработанных архитектур и набор разрабо-
танных алгоритмов эволюционного моделирования и биоинспирированного поиска, таких
как эволюционный, генетический, пчелиный, муравьиный, светлячковый и обезьяний. Благо-
даря модульной структуре в подсистеме имеется возможность конструировать более 50
различных вариантов комбинаций поиска. Это позволяет использовать все достоинства
методов биоинспирированной оптимизации для эффективного решения NP-сложных ком-
бинаторно-логических задач на графах. Для подтверждения эффективности разработан-
ной программной подсистемы был проведен вычислительный эксперимент на тестовых
примерах. Проведенные серии тестов и экспериментов показали преимущество использо-
вания программного продукта для решения комбинаторно-логических задач на графах
большой размерности, по сравнению с известными алгоритмами, что говорит о перспек-
тивности применения такого подхода. Временная сложность разработанных алгоритмов
в лучшем случае O(nlogn), в худшем случае – О(n3). -
МЕТОД РЕШЕНИЯ ГРАФОВЫХ NP-ПОЛНЫХ ЗАДАЧ НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ПО ИТЕРАЦИЯМ
А. В. Касаркин2021-02-25Аннотация ▼При решении графовых NP-полных задач на многопроцессорных системах рост обо-
рудования не приводит к пропорциональному росту производительности системы, поэто-
му не всегда удается решить задачу за приемлемое время. Целью работы, описанной в
статье, является минимизация времени решения задачи поиска максимальных клик графа с
использованием реконфигурируемых вычислительных систем (РВС). При решении задачи
на РВС методом распараллеливания по слоям рост производительности также замедля-
ется, несмотря на лучшую степень масштабируемости по сравнению с многопроцессор-
ными реализациями. В статье предложен метод создания параллельно-конвейерных про-
грамм для реконфигурируемых вычислительных систем на основе распараллеливания по
итерациям для решения графовых NP-полных задач. Рассмотрено, что использовать би-
товый способ представления множеств (как в методе распараллеливания по слоям) для
метода распараллеливания по итерациям не является эффективным. Новый метод отли-
чается организацией вычислений, а именно – обработкой неупорядоченных множеств,
доступ к элементам которых осуществляется не по адресам (как в массивах), а по значе-
ниям (именам вершин и именам дуг графа). Показано, что новый метод на основе распа-
раллеливания по итерациям, несмотря на более низкую удельную производительность, свя-
занную с тем, что вычислительным подструктурам из-за символьного представления
множеств необходимо обработать большее число промежуточных данных, обеспечивает
практически линейный рост реальной производительности РВС при значительно большем
количестве вычислительного ресурса по сравнению с методом распараллеливания по слоям. -
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛИ С ИММЕРСИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
И.И. Левин, А. М. Федоров, Ю. И. Доронченко, М. К. Раскладкин2021-02-25Аннотация ▼Рассматриваются перспективны создания высокопроизводительных реконфигурируемых
вычислительных устройств на основе современных ПЛИС фирмы Xilinx семейства UltraScale+.
Целью работы является достижение в одном изделии с конструктивом 3U 19’ вычислительной
плотности до 128 ПЛИС высокой степени интеграции при обеспечении соответствующих
электропитания и охлаждения вычислительных элементов системы для решения вычислитель-
но трудоемких задач. Обеспечение требуемых характеристик изделия в заданном конструкти-
ве потребовало усложнения топологии печатных плат и технологии изготовления его состав-
ных частей. Для охлаждения компонентов вычислительной системы используется иммерсион-
ная (погружная) технология. Особенностью разрабатываемых вычислительных систем явля-
ется широкие возможности информационного обмена внутри блока и между блоками для ре-
шения сильносвязанных задач, в которых количество пересылок данных между функциональ-
ными устройствами больше, чем количество таких устройств. В качестве основных связей
между ПЛИС используются дифференциальные линии с подключенными к ним мульти-
гигабитными трансиверами (MGT). Разработанная на основе оптических каналов система
информационного обмена между блоками обеспечивает пропускную способность более
2 Тбит/с. Разработан и изготовлен опытный образец вычислительного модуля на основе ПЛИС
UltraScale+. На его основе изготовлен прототип реконфигурируемого вычислительного блока.
Вычислительный блок содержит в своем составе универсальный процессор и необходимые ин-
терфейсы ввода-вывода, являясь функционально законченным устройством. На вычислитель-
ном модуле нового поколения был реализован ряд алгоритмов различных научно-технических
задач, что подтвердило возможность широкого применения вычислителей. Разработана мо-
дернизированная иммерсионная подсистема охлаждения, которая обеспечивает отвод выде-
ляемой суммарной тепловой мощности до 20 кВт. Для достижения такого уровня теплоотво-
да реализованы технические решения по всем компонентам системы охлаждения: хладагенту,
радиаторам, насосу, теплообменнику. Объединение множества блоков в единый вычислитель-
ный контур позволит создавать вычислительные комплексы с производительностью до не-
скольких десятков петафлопс. Такие комплексы требуют наличия соответствующей инже-
нерной инфраструктуры. -
ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД К СОВМЕСТНОМУ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ РАЗМЕЩЕНИЯ И ТРАССИРОВКИ
Л.А. Гладков , Н.В. Гладкова , Джаббар Ясир Ясир Муханад2020-11-22Аннотация ▼В статье предложен интегрированный подход к решению задач размещения и трас-
сировки элементов схем электронной вычислительной аппаратуры. Подход основан на
совместном решении задач размещения и трассировки с использованием нечетких генети-
ческих методов. Приведено описание рассматриваемой проблемы и выполнен краткий ана-
лиз существующих подходов к ее решению. В статье рассматриваются интегрированные
подходы к решению оптимизационных задач автоматизированного проектирования схем
цифровой электронно-вычислительной аппаратуры. Подчеркнута актуальность и важность
разработки новых эффективных методов решения подобных задач. Отмечено, что важным
направлением развития методов оптимизации является разработка гибридных методов и
подходов, сочетающих достоинства различных методов вычислительного интеллекта.
В статье описаны следующие основные моменты: структура предлагаемого алгоритма и
его основные этапы; модифицированные генетические операторы кроссовера; предложены
модели формирования текущей популяции; модифицированные эвристики, операторы и
стратегии поиска оптимальных решений. Приведены результаты вычислительных экспе-
риментов. Проведенные эксперименты подтверждают эффективность предложенного
подхода. В заключении приводится краткий анализ полученных результатов.
1 - 9 из 9 результатов
