Журнал Труды НИИСИ РАН

Том 6 № 2

К списку номеров журнала

I. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Приближенное вычисление статистической суммы для модели Изинга на гиперкубе

Б.В. Крыжановский, Л.Б. Литинский

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Центр оптико-нейронных технологий, Москва, Россия

Ранее был разработан метод n-окрестностей для приближенного вычисления статистической суммы спиновой системы с произвольной матрицей связи. В настоящей работе эти результаты адаптируются для модели Изинга на гиперкубе произвольной размерности. Решается уравнение состояния, анализируется поведение свободной энергии. Для больших размерностей наша теория хорошо согласуется с результатами компьютерного моделирования. Для малых размерностей имеется заметное расхождение с точными результатами.

Ключевые слова: статистическая сумма, метод n-окрестностей, модель Изинга на гиперкубе.

Улучшение скалярного нейросетевого дерева, используемого для поиска ближайшего соседа в бинарном пространстве большой размерности

Б.В. Крыжановский, М.Ю. Мальсагов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Центр оптико-нейронных технологий, Москва, Россия

Аннотация. Рассматривается задача поиска ближайшего соседа в бинарном пространстве большой размерности, где искомая точка является искаженной версией одной из эталонных точек. Ранние исследования показали, что единственными алгоритмами способными решить поставленную задачу являются полный перебор и нейросетевое дерево поиска. В рамках данной задачи алгоритм превосходит по скорости работы полный перебор в десятки раз. Более того, на больших размерностях нейросетевое дерево поиска можно считать точным алгоритмом, т.к. вероятность ошибки не поддается измерению. В настоящей работе предлагается модификация скалярного нейросетевого дерева, которая повышает превосходство алгоритма над полным перебором до сотен раз без потери надежности работы. Получены аналитические оценки вероятности ошибки дерева, а также оценка оптимального числа выходов в корне дерева.

Ключевые слова: Поиск ближайшего соседа, персептрон, дерево поиска, иерархический классификатор, мульти-классовый классификатор.

Сценарное исследование сложных систем: уязвимость и чрезвычайные ситуации

Р.О. Пономарев, Д.А. Кононов, Н.О. Пономарев

ФГБУН "Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН", Москва, Россия

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация. Рассмотрены возможности сценарного исследования уязвимости сложных систем и анализа чрезвычайных ситуаций. Предложена иерархия понятий, вербальные и формальные описания характеристик уязвимости. Формализованы постановки задач анализа уязвимости сложной системы в ус-ловиях распространения возмущений при реализации угроз.

Ключевые слова: сценарное исследование, уязвимость, чрезвычайная ситуация, сложные системы.

Сценарный анализ уязвимости сложной системы: вычислительный эксперимент

Р.О. Пономарев, Д.А. Кононов, И.М. Хасанов

ФГБУН "Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН", Москва, Россия

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

ФГБОУВО "Московский технологический университет", Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики, Москва, Россия

Аннотация: Предложена методика сценарного анализа уязвимости сложной системы. Рассмотрен пример сценарного анализа уязвимости сложной системы "городская инфраструктура". Разработаны вычислительные алгоритмы реализации предложенной методики. Приведены результаты расчетов. Проведена классификация опасности возникновения чрезвычайных ситуаций.

Ключевые слова: сценарный анализ, уязвимость, городская инфраструктура, сложная система, вычислительный эксперимент.

Визуализация результатов моделирования неустойчивого вытеснения нефти из пористых сред

Н.Н.Смирнов, В.Ф.Никитин, М.В. Михайлюк, П.Ю.Тимохин, В.В.Тюренкова, Л.И.Стамов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

ФГБОУ ВО " Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова", Механико-математический факультет, Москва, Россия

Аннотация: В работе предлагается интерфейс для моделирования и визуального анализа результатов моделирования неустойчивого вытеснения нефти из пористых сред. Для визуализации поверхности уровня насыщенности вытесняющей жидкости предлагается использовать метод рейкастинга.

Ключевые слова: пористая среда, вытеснение нефти, моделирование, визуализация.

Моделирование поверхности виртуального полигона

М.В. Михайлюк, П.Ю.Тимохин

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается технология моделирования поверхности (земного рельефа) виртуального полигона для колесных и гусеничных робототехнических средств, включающая создание геометрической модели рельефа и его текстурирование путем смешивания нескольких текстур.

Ключевые слова: виртуальный полигон, робототехнические средства, сетка высот, мульти-текстурирование.

Определение коллизий аппроксимирующих капсул и сфер трехмерных виртуальных динамических объектов

А.М. Трушин, М.В.Михайлюк

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Трехмерные виртуальные динамические объекты в системах компьютерного моделирования могут сталкиваться друг с другом. Определение таких столкновений (коллизий) является важной и неотъемлемой частью моделирования динамики виртуальных объектов. В настоящей работе предлагаются алгоритмы определения коллизий аппроксимирующих капсул между собой, а также капсул со сферами.

Ключевые слова: определение коллизий, аппроксимирующие контейнеры, моделирование динамики.

Мониторинг заводнения нефтяных пластов с помощью суперэлементного моделирования трассировки закачиваемой воды

И.В.Афанаскин, Н.П.Ефимова, О.В.Ломакина, Ю.М. Штейнберг, Д.Т. Миронов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Рассмотрена суррогатная модель прослеживания закачиваемой в нефтяной пласт воды на базе концепции суперэлементов. Для аппроксимации системы уравнений использована полностью явная численная схема. Модель может быть использована для решения задач контроля заводнения нефтяных месторождений и оперативного управления разработкой.

Ключевые слова: прослеживание закачиваемой воды, заводнение, экспресс-моделирование, суррогатная модель, суперэлементная модель, сетка Вороного.

Составление расписаний в многопроцессорной системе с учетом затрат на прерывания

М.Г. Фуругян

Вычислительный центр имени А.А.Дородницыны Федеральгого исследовательского центра "Информатика и управление" РАН, Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается задача планирования вычислений в многопроцессорной системе с одинаковыми директивными интервалами с учетом затрат на обработку прерываний и переключений. Разработан алгоритм построения допустимого расписания, который при фиксированном числе процессоров является псевдополиномиальным, а от числа работ имеет линейную оценку сложности.

Ключевые слова: планирование вычислений, многопроцессорная система, оценка сложности.

Об использовании элементов нёчеткой логики в оценке алгоритмов идентификации лиц

А.С. Осипов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: В статье рассматривается ряд вопросов, связанных с исследованием производительности алгоритмов распознавания лиц, в рамках разработанного в НИИСИ РАН эмпирического подхода к оценке алгоритмов компьютерного зрения. В частности, изучается возможность применения эталонных изображений и мер оценки качества, созданных с использованием элементов теории нечётких множеств. При этом одному тестовому изображению может соответствовать несколько нечётких эталонов, разработанных с целью тестирования различных свойств алгоритма. Приводятся примеры, демонстрирующие содержательность данного подхода.

Ключевые слова: оценка производительности, анализ изображений, распознавание лиц, ground truth образы, теория нечётких множеств.

II. МОДЕЛИРОВАНИЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Программный комплекс для теплового проектирования интервально стохастических температурных полей в электронных модулях STF-ElectronMod

П.И. Кандалов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается программный комплекс "STF-ElectronMod" для теплового проек-тирования стационарных интервальных трехмерных температурных полей в электронных модулях. Опи-сывается структура программного комплекса, приводятся результаты численного моделирования по про-граммному комплексу "STF-ElectronMod".

Ключевые слова: программный комплекс, математическое моделирование, темпера-турные поля

Численное моделирование свободного конвективного теплообмена в корпусах электронных систем

М.Ж. Акжолов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Приведены результаты численного моделирования конвективного теплообмена тепловыделяющих элементов и воздушной среды в электронных системах при различных граничных условиях.

Ключевые слова: электронные системы, тепловыделяющие элементы, конвективный теплообмен.

Характеристики двух затворных КМОП нанотранзисторов c градиентно-легированной рабочей областью

Н.В.Масальский

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: При помощи численного моделирования исследуются электро-физические характеристики двух затворных транзисторных КНИ наноструктур с неравномерно-легированной рабочей областью. Предложенная математическая модель имплементирует подход численного решения 2D уравнения Пуассона. На основании полученного распределения потенциала вычисляются пороговое напряжение, подпороговый наклон и вольт-амперные характеристики суб-50 нм структур.

Ключевые слова: симметричный двух затворный КНИ КМОП нанотранзистор, 2D уравнение Пуассона, градиентно-легированная рабочая область, вольт-амперные характеристики

Моделирование сбоев информационной безопасности в сложных технических системах

М.Ш. Сургуладзе

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация. Рассмотрены и предложены методы активной диагностики сбоев аппаратнопрограммных систем: интеллектуальные, электромагнитной совместимости. Представлена концепция комплексного решения задачи повышения надежности космической радиоэлектронной аппаратуры в С- диапазоне частот.

Ключевые слова: моделирование, сбои, техническая система, информационная безопасность.

Анализ причин неработоспособности кристаллов Ethernet контроллера 1990ВГ3Т

В.Ю. Троицкий, М.В. Орешков, А.А. Захарченко, А.П. Трепалин, Т.В. Петлицкая, В.А. Филипеня

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

НТЦ "Белмикросистемы", ОАО "Интеграл", Минск, Белоруссия

Аннотация. Разработана и успешно опробована методика поэтапного исследования физикотехнологических причин неработоспособности кристаллов интегральной микросхемы (ИМС) Ethernet контроллера 1990ВГ3Т с применением неразрушающих и разрушающих методов:

• локализации дефектов по результатам функционального тестирования и регистрации фотоэмиссии,
• послойного удаления слоёв металлизации,
• нанозондирования электрофизических характеристик транзисторных структур,
• исследования локализованной области на ионно-электронном микроскопе.

Получены важные результаты, раскрывающие технологическую причину неработоспособности ИМС.

Ключевые слова: анализ брака, локализация дефектов

III. ВОПРОСЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Разработка банка алгоритмов и основ языка описания проблемы с целью минимизации числа программных ошибок

Ю.А. Семенов, А.П. Овсянников, Т.В. Овсянникова

НИЦ "Курчатовский институт", ФГБУ "Государственный научный центр РФ, Институт Теоретической и Экспериментальной физики" - Московский физико-технический институт, Факультет нанотехнологии и информатики, Москва, Россия

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Межведомственный Суперкомпьютерный центр, Москва, Россия

Аннотация: Программное обеспечение становится неотъемлемой составляющей всех современных технологий. По этой причине становится крайне важно минимизировать число программных ошибок. . Рассмотрены некоторые пути, которые могут помочь решить эту проблему, включая возможность создания языка описания проблемы, а не алгоритма.

Ключевые слова: качество программного обеспечения, банк алгоритмов, язык описания проблемы

Внедрение в библиотеку FFTW собственных модулей, применяющих специализированный сопроцессор для ускорения операций преобразования Фурье

А.А. Бурцев

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: В составе созданного в ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН микропроцессора ВМ8 семейства КОМДИВ MIPS-архитектуры предусмотрен арифметический специализированный 128-разрядный сопро-цессор, позволяющий ускорять вычисления над векторами комплексных и вещественных чисел одинарной и двойной точности. В статье представлены результаты внедрения в широко известную и общедоступную библиотеку FFTW собственных модулей, которые позволяют применять этот специализированный сопроцессор для повышения производительности операций преобразования Фурье над векторами комплексных чисел.

Ключевые слова: MIPS-архитектура, микропроцессоры семейства КОМДИВ, сопроцессор комплексной арифметики, векторный сопроцессор (CPV), цифровая обработка сигналов (ЦОС), операция быстрого преобразования Фурье (БПФ), библиотека FFTW.

Способ интеграции табличных данных с целью оптимизации поиска

Г.Л. Левченкова

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается метод слияния табличных данных из нескольких документов с целью оптимизация поиска информации. В качестве исходных документов могут использоваться файлы, подготовленные вручную либо полученные путем экспорта из баз данных.

Ключевые слова: информация, база данных, табличные данные, импорт

Повышение надёжности и масштабирование многопроцессорных систем в ОС РВ Багет

А.Н.Годунов , В.А.Солдатов

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Аннотация: При построении многопроцессорных вычислительных систем на основе коммуникационной среды RapidIO для пользователей возникает ряд специфических задач, связанных с конфигурированием и масштабированием системы, прокладкой маршрутов, повышения надёжности функционирования за счёт резервирования части оборудования системы. В работе рассматриваются основные средства операционной системы реального времени (ОС РВ) Багет, предназначенные для решения этих задач.

Ключевые слова: RapidIO, резервирование, подсистема, маршрутизация, ОС РВ Багет.

IV. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВОПРОСЫ ЧИСЛЕННОГО АНАЛИЗА

Особые множества и их связь с особенностями решений уравнения эйконала

И.Г. Царьков

ФГБОУ ВО " Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова", Механико-математический факультет, Москва, Россия

Аннотация: Изучаются геометрические свойства особого множества приближаемых множеств, полученные результаты применяются при изучении гладких решений уравнения Эйконала.

Ключевые слова: особые и регулярные множества, точки солнечности, уравнение эйконала.

Об интерполяции функций обобщённо-полиномиальными сплайнами, построенными на базе гладких чебышёвских систем

В.Б. Демидович

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН" - ФГБОУ ВО " Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова", Механико-математический факультет, Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается задача интерполяции функций обобщённополиномиальными сплайнами, построенными на базе гладких чебышёвских систем. Предложена структурная формула для соответствующих интерполяционных сплайнов и сформулированы условия их однозначного существования в поставленной задаче.

Ключевые слова: гладкие чебышёвские системы, обобщённые полиномы, обобщённо-полиномиальные сплайны, интерполяция.

Быстрое вычисление значений многочлена на "мультимножестве" точек

О.Ю. Сударева

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН", Москва, Россия

Анннотация. В статье рассматривается вычисление значений многочлена на заданном "мультимножестве" точек, т.е., на наборе точек с натуральными кратностями. Назовём значением многочлена в точке с кратностью набор, состоящий из значений в этой точке самого многочлена и всех его производных порядков меньше кратности точки. Пусть n - число геометрически различных точек, N - сумма всех кратностей. Для многочлена степени не более N-1 и мультимножества, состоящего из единственной точки либо только из точек кратности 1, известны алгоритмы вычисления, которые требуют O(N log₂(N +1)log₂(n +1) операций. Под операциями понимаются четыре арифметических операции над комплексными числами и операции сравнения натуральных чисел. В статье предлагается алгоритм вычисления в общем случае, когда на количество и кратности точек не накладывается никаких ограничений. Доказывается, что для этого алгоритма справедлива та же по порядку оценка количества операций, что и в частных случаях, и даётся формула для оценки количества операций с точно подсчитанной муль типликативной константой. Автором была разработана вычислительная процедура для микропроцессора КОМДИВ128-РИО, которая реализует описанный алгоритм. Результаты тестирования этой процедуры приведены в статье.

Ключевые слова: алгоритм, многочлен, сложность

Ускорение степенного метода нахождения максимальных собственных значений и их векторов для сверхбольших заполненных матриц

М.Л.Бахмутский

Аннотация: В работе предложен новый вариант степенного метода для нахождения нескольких максимальных собственных значений и, соответствующих, собственных векторов сверхбольших (порядка тысяч и десятков тысяч строк и столбцов) заполненных матриц. Предлагаемый метод заключается в использовании вейвлет - преобразования Хаара и теории возмущений для построения вектора близкого к искомому собственному в качестве начального приближения.

Ключевые слова: степенной метод, начальное приближение

V. К ИСТОРИИ НАУКИ И ТЕХНИКИ

К 70-ЛЕТИЮ ВЛАДИМИРА БОРИСОВИЧА БЕТЕЛИНА

В.Б. Демидович

ФГУ "ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН" - ФГБОУ ВО " Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова", Механико-математический факультет, Москва, Россия

Аннотация: Приводится интервью автора с научным руководителем ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, академиком РАН, Владимиром Борисовичем Бетелиным по случаю его 70-летия.

Ключевые слова: системное программирование, Мехмат МГУ, НИИСИ РАН.

Том 6 № 2