Аннотация: Разобрана задача сортировки данных, отношение порядка между которыми описано в виде отношения смежности вершин на произвольном графе. Выделены подзадачи и вопросы, относящиеся к «окрестности» проблемы; их решение представляет собой своеобразные уровни «погружения» в решение общей задачи. Обсуждены алгоритмы решения отдельных подзадач для графов специального вида, а также различные подходы к решению проблемы сортировки в общем случае. Задача сортировки такого типа предлагалась на Кубке международной школы ISI-Junior по спортивному программированию в июле 2019 года (г. Иннополис).

Аннотация:

В работе рассматривается задача о существовании дерева с определенными числовыми характеристиками. Если задано дерево, то можно определить количества узловых вершин дерева и листьев, а также определить их степени. Тем самым для дерева можно определить набор пар, составные которых есть числа, соответствующие количествам узловых вершин и их степеней. Можно сформулировать обратную задачу: задаются пары натуральных чисел, вторые компоненты которых больше 1, и следует определить, найдется ли хотя бы одно дерево, что количества его узловых вершин и их степеней совпадают с данными парами. Решение этой задачи представлено в данной работе.

Аннотация:

Одними из основных компонентов Единого Цифрового Пространства Научных Знаний (ЕЦПНЗ) являются предметные онтологии отдельных тематических подпространств, включающие в себя основные понятия, относящиеся к данному научному направлению. Задача построения предметных онтологий на первом этапе требует формирования массива ключевых терминов в заданной области науки с последующим установлением связей между ними. Аналогичная задача стоит и при формировании энциклопедий в части определения перечня статей (слотов), определяющего их содержание. Одним из источников формирования массива ключевых терминов могут являться метаданные статей, опубликованных в ведущих научных журналах, а именно, авторские ключевые термины («ключевые слова» – в терминологии редакций журналов), сопровождающие в обязательном порядке эти статьи. Чтобы сделать заключение о возможности использования этого подхода к формированию предметных онтологий, необходимо провести предварительный анализ массива авторских ключевых терминов как с точки зрения реального соответствия основным направлениям исследований в данном разделе науки, так и с точки зрения распределения частоты встречаемости тех или иных терминов. В данной статье приведены результаты частотного анализа встречаемости авторских ключевых терминов на русском и английском языках, проведенного на основе программной обработки нескольких тысяч статей из ведущих российских журналов по математике, информатике и физике, отраженных в базе данных MathNet и на сайтах ряда издательств. Проведена оценка соответствия распределения ключевых терминов (как словосочетаний) и отдельных слов закону Брэдфорда, выявлены ядра ключевых терминов внутри тематических направлений.

Аннотация:

Исследована задача построения отображения между спайковой активностью сверточной спайковой нейронной сети и классом входного изображения. Такая задача появляется после обучения сети без учителя: сверточный слой формирует событийное представление изображения, но сама сеть не содержит готового механизма выдачи метки класса. В работе проведена проверка, насколько информативны счетчики спайков сверточного слоя после обучения по правилу STDP (пластичность, зависящая от времени возникновения импульсов, – биологически правдоподобное правило обучения для импульсных (спайковых) нейронных сетей), и оценено качество линейного считывающего классификатора при увеличении числа обучающих предъявлений.

Эксперименты проведены на наборе MNIST – стандартном наборе изображений рукописных цифр. Использована однослойная архитектура: один сверточный слой с 32 картами признаков, ядром 5 × 5 и выходной размерностью 32 × 24 × 24, что соответствует 18432 нейронам LIF (модель «интегратор с утечкой и порогом»). Входные изображения кодировались детерминированным пуассоновским кодировщиком; мультипликатор пуассоновского кодирования был равен 0.006. Длительность предъявления (время демонстрации объекта сети) составляла 100 тактов. Обучение выполнялось по правилу STDP с нуля, без возобновления из ранее сохраненного состояния. Для оценки использовался протокол сбора счетчиков спайков на 10000 обучающих и 10000 тестовых изображениях.

В основном эксперименте при 15000 обучающих предъявлениях STDP достигнута точность 0.8883. Базовый способ по карте меток, близкий к методу Diehl и Cook, в той же конфигурации дал около 0,48. Покрытие калиброванной карты меток составило 219 из 18432 нейронов, средняя активность – 4146.9416 спайка на изображение. Соседняя точка масштаба при 10000 обучающих предъявлениях дала точность 0.8876. Полученные результаты показывают, что выбранный способ считывания активности существенно влияет на итоговое качество классификации: линейный считывающий классификатор по полному вектору счетчиков сети извлекает распределенную информацию, которая теряется при простом назначении меток отдельным нейронам.

Аннотация:

Электронные библиотеки (ЭБ) и архивы аккумулируют гигантские объемы разнообразной информации. Задача данной работы – не стараясь охватить необъятное, попытаться на сравнительно небольшом количестве ярких примеров проследить, как в ЭБ отражаются вопросы научного творчества; обсудить и развеять стереотипные представления об ученых как о нелюдимых педантичных формалистах либо эксцентричных рассеянных чудаках; показать, как особенности их мыслительных процессов в сочетании с высоким интеллектом могут вызвать непонимание в быту. В то же время эти качества в сочетании с оригинальностью мышления, порой переходящей в парадоксальность, проявляются в нестандартных подходах к задачам, нетривиальных решениях, ироничном отношении к окружающей действительности. Как следствие, наряду с серьезными результатами рождаются неожиданные ассоциации и аналогии, шутки, остроты, анекдоты. В работе рассмотрены примеры творчества ученых в профессиональной сфере, а также произведения в таких жанрах, как фантастика, утопия, юмор, авторская песня. Использованы материалы 20+ электронных библиотек.

Аннотация:

Рассмотрена задача нахождения наиболее релевантных документов в результате расширенного и уточненного запроса. Для ее решения предложены модель поиска и механизм предварительной обработки текста, а также совместное использование поисковой системы и модели, построенной на основе индекса с помощью алгоритмов word2vec для генерации расширенного запроса с синонимами и уточнения результатов поиска на основе подбора похожих документов в цифровой семантической библиотеке. В работе исследуется построение векторного представления документов применительно к массиву данных цифровой семантической библиотеки LibMeta. Решалась задача обогащения пользовательских запросов синонимами. При построении модели поиска совместно с алгоритмами word2vec использован подход «сначала индексация, затем обучение», что позволяет получить более точные результаты поиска. Обучение модели проводилось на базе контента библиотеки для предметной области «Математика». Приведены примеры расширенного запроса с использованием синонимов.

Аннотация:

Исследована обратная задача идентификации безразмерного коэффициента теплопроводности  для уравнения Грина – Нагди III типа, которое описывает распространение тепловых возмущений с конечной скоростью и учитывает инерционные эффекты теплового потока. Для обратной задачи нарушается требование устойчивости (критерий Адамара), в результате чего даже минимальные искажения данных ведут к значительным ошибкам идентификации параметра.
В качестве метода решения задачи идентификации использован подход на основе физически информированных нейронных сетей (ФИНС), сочетающий возможности глубокого обучения с априорными знаниями о структуре дифференциального уравнения. Параметр  включен в число обучаемых переменных, а функция потерь сформирована на основе дифференциального уравнения, граничных условий, начальных условий и зашумленных экспериментальных данных с точечного датчика. Представлены результаты вычислительных экспериментов, демонстрирующие высокую точность восстановления параметра (погрешность менее 0.03%) и устойчивость метода к наличию аддитивного гауссовского шума в данных. Метод ФИНС показал себя как эффективный инструмент решения некорректных обратных задач математической физики.

Аннотация:

Представлен формализованный метод автоматического обнаружения изменений требований к программному обеспечению в процессе эволюции версий технической документации. Исходными данными служат множества требований, извлеченных и классифицированных на функциональные и нефункциональные, с дополнительной детализацией типов нефункциональных требований (производительность, безопасность, доступность и др.) для каждой версии документации. Задача сопоставления требований между версиями сведена к построению частичного отображения между множествами требований и присвоению каждому требованию статуса: неизмененное (Unchanged), измененное (Modified), новое (New) или удаленное (Deleted). Предложена композитная функция сходства пар требований, объединяющая семантическое сходство на основе векторных представлений (эмбеддингов), лексическое сходство, совпадение класса требования и структурный контекст документа. Представлены результаты применения метода на открытом наборе пар требований. Разработан прототип системы анализа изменений требований в технических документациях.

Аннотация:

В условиях перехода образовательных систем на дистанционное обучение, а также развития тренда на удалённую работу, возникла острая потребность в разработке надежных технологий биометрической идентификации и аутентификации для верификации исполнителей работ в режиме удаленной работы. Такие технологии позволяют обеспечить высокую степень защиты и удобство использования, что делает вопросы их разработки и оптимизации крайне важными.

Проблема заключается в необходимости повышения точности и эффективности систем распознавания движений манипулятора «мышь» без использования специализированных устройств в максимально короткий промежуток времени. Для ее решения требуется эффективная предобработка таких движений, чтобы упростить их траектории, сохранив при этом их ключевые особенности.

В статье предложено использование алгоритма Дугласа–Пеккера для предварительной обработки данных траекторий движений «мыши». Этот алгоритм позволяет значительно уменьшить количество точек в траекториях, упрощая их при сохранении основной формы движений. Данные с упрощенными траекториями затем используются для обучения нейронных сетей.

Экспериментальная часть работы показала, что применение алгоритма Дугласа–Пеккера позволяет сократить количество точек в траекториях на 60%, что приводит к увеличению точности распознавания движений с 70% до 82%. Такое упрощение данных способствует ускорению процесса обучения нейронных сетей и повышению их операционной эффективности.

Проведенное исследование подтвердило эффективность использования алгоритма Дугласа–Пеккера для предварительной обработки данных в задачах распознавания движений «мыши». Полученные результаты могут найти применение в разработке более интуитивно понятных и адаптивных пользовательских интерфейсов.

Предложены также направления для дальнейших исследований, включая оптимизацию параметров алгоритма для различных типов движений и исследование возможности его комбинирования с другими методами машинного обучения.

Аннотация: В эпоху изменения структуры занятости населения в сторону уменьшения доли рутинного труда особо актуальна задача формирования у студентов проектного мышления и навыков организации своей деятельности. В статье на основе технологического, деятельностного и компетентностного подходов проведен анализ образовательных и развивающих возможностей одного из способов организации самостоятельной работы студентов при изучении курса высшей математики. Выявлено, что в процессе применения данного педагогического приема формируются все элементы рассматриваемой компетенции. Кроме того, описанный метод способствует улучшению качества математической подготовки студентов без существенного увеличения нагрузки преподавателя.

Аннотация:

Рассмотрена актуальная задача разработки интеллектуального агента для моделирования характеристик экранов защиты электронной аппаратуры, который позволит упростить анализ различных проектных решений и обеспечить поддержку принятия решения инженером-проектировщиком. Разработан интеллектуальный агент, позволяющий автоматизировать процесс подготовки описания альтернативного проектного решения для последующего моделирования с использованием программного пакета Geant4. Интеграция программного модуля в вычислительные платформы даст возможность усовершенствовать работу инженера-проектировщика за счет сокращения рутинных ручных операций, минимизировать человеческие ошибки и гарантировать воспроизводимость результатов.

Аннотация:

Применение современных методов тематического анализа для аналитической обработки больших объемов информации используется в настоящие время практически во всех сферах человеческой деятельности, в том числе, в наукометрии. Многие наукометрические системы и системы цитирования, включая всемирно известные WoS, Scopus, Google Shcolar, разрабатывают тематические рубрикаторы для поиска и обработки информации. Важными практическими задачами, которые могут решаться с применением методов тематической классификации, являются: оценка динамики развития тематических направлений в организации, отдельной стране и мировой науке в целом; поиск статей по заданной тематике; поиск и оценка авторитетности экспертов; поиск журналов для публикации и другие актуальные задачи. Авторами созданы программные реализации алгоритмов для решения некоторых из перечисленных задач и ведутся научные исследования с целью создания новых эффективных математических моделей и алгоритмов в этой области.

Аннотация:

Представлена информационно-аналитическая система (ИАС) для высокоскоростной сегментации изображений в градациях серого, основанной на модифицированном методе дефаззификации с использованием треугольных функций принадлежности. Цель исследования заключается в анализе влияния упрощения формулы дефаззификации на точность и контрастность выделения объектов. Предложенный подход включает адаптивное обучение весового коэффициента, позволяющее динамически корректировать процесс дефаззификации в зависимости от целевых значений. Проведено сравнение базового метода усреднения значений принадлежности и модифицированного варианта с учетом нелинейных весов. Эксперименты, проведенные на изображениях формата 1024x720, продемонстрировали, что разработанная ИАС обеспечивает высокую точность сегментации и улучшенную контрастность объектов при минимальных вычислительных затратах. Результаты подтверждают превосходство предложенного метода над традиционными подходами, подчеркивая перспективы применения искусственного интеллекта в задачах компьютерного зрения.

Аннотация:

Построение расписания – это распределение дискретного множества событий в заданном временном интервале, с соблюдением заданных ограничений. Целью работы является описание математической модели автоматизации процесса составления расписания в образовательном учреждении. Рассмотрены также подходы к составлению оптимального расписания. В исследуемых задачах используется большое количество первоначальной исходной информации, различающейся по своему составу, и содержится большое количество требований, которые должны быть обязательно учтены. Поэтому составление расписания относится к классу NP-полных задач целочисленного программирования, который подразумевает, что с ростом числа значений заданных переменных сложность решения будет расти экспоненциально. Отметим, что качество сформированного расписания занятий напрямую влияет на эффективность учебного процесса вуза.

Описан процесс формирования расписания занятий: на первом этапе нужно сформировать начальное расписание на основе имеющихся студенческого контингента и преподавателей, учебных аудиторий, а также ряда дополнительных ограничений; на втором этапе происходит оптимизация первоначального расписания; на третьем этапе допускается корректировка полученного расписания сотрудниками вуза.

Аннотация:

 

Решена задача повышения качества интеллектуального поиска в корпусе документов образовательных учреждений, включающем учебные планы, рабочие программы дисциплин и нормативные акты. Классические архитектуры подхода «генерация, дополненная поиском» (Retrieval-Augmented Generation, RAG), основанные на единственном модуле поиска по обычному тексту, демонстрируют низкую точность работы на документах, включающих таблицы, логические связи между сущностями и строгие формулировки нормативных документов. Предложена адаптивная RAG-архитектура из четырех слоев, каждый из которых учитывает специфику хранения данных в подобных документах. Результаты показали, что учет структуры документов и адаптивная маршрутизация запросов существенно повышают фактическую корректность ответов. Предложенная архитектура может быть использована при проектировании интеллектуальных ассистентов для административных и учебно-методических сервисов высших учебных заведений.

Аннотация:

Работа посвящена проблеме настройки пользовательских интерфейсов информационной системы, осуществляющей интеграцию данных. Настраиваемый интерфейс служит одним из средств организации представления данных предметной области. Изучен вопрос об использовании семантических связей онтологии для подбора данных, соответствующих задачам исследований. Рассмотрена модель адаптивного интерфейса, который позволяет наиболее точно отразить потребности исследователя в рамках определенной предметной области. Показано, как средствами, заложенными в модели семантической библиотеки, формируется адаптивный интерфейс.

Аннотация:

В последние годы широкое распространение получило представление полных текстов научных статей в формате HTML, обладающем для онлайн-публикаций рядом преимуществ по сравнению с традиционно используемым форматом PDF за счет имеющихся в HTML более развитых средств для структуризации материала, встраивания мультимедийного контента и реализации разного рода интерактивных и динамических возможностей. В связи с этим актуальной становится задача преобразования рукописей из традиционно используемых авторами форматов MS Word и LaTeX в полноценную HTML-версию, способную реализовать преимущества такого формата. В работе представлены результаты применения к препринтам ИПМ им. М. В. Келдыша подхода к конвертации научных статей из формата MS Word в HTML, предложенного в предыдущих работах. Описаны интерактивные возможности полученных HTML-версий.

Аннотация: Предложены методы семантического анализа документов в системе управления цифровыми научными коллекциями, в том числе электронными научными журналами. Рассмотрены методы обработки документов, содержащих математические формулы, а также способы конвертации этих документов из формата OpenXML в формат TeX. Разработан алгоритм поиска по формулам в коллекциях математических документов, хранящихся в формате OpenXML. Алгоритм реализован в виде онлайн-сервиса на платформе science.tatarstan.

Аннотация:

Рассмотрена задача извлечения семантических связей между математическими формулами и концептами из неструктурированных PDF-документов, включая сканированные. Предложен сквозной конвейер обработки, объединяющий оптическое распознавание, восстановление структуры параграфов, выделение формул и переменных, а также их связывание с концептами на основе синтаксических шаблонов русского языка. Разработаны формальные модели для двух типов связей: «переменная – концепт» и «переменная – главная формула». Проведена экспериментальная оценка качества на коллекции из 150 математических статей; достигнуто повышение точности связывания на 18% по сравнению с предшествующей версией. Описаны архитектурные решения прототипа веб-сервиса, обеспечивающие асинхронную обработку и масштабируемость.

Аннотация:

Работа посвящена изучению когнитивной функции, связанной с генерацией эллиптических предложений в русском языке. Исследование проводилось на основе тестирования этой когнитивной способности с помощью компьютерной системы, специально разработанной авторами для этой цели. Тестирование этой когнитивной способности предложено и реализовано впервые. Система является расширением Moodle и открыто размещена в репозитории github. Эллиптические конструкции ограничиваются глагольными и именными эллипсисами, которые теоретически возможно полностью восстановить на основе контекста предложения. Исследование проводилось с участием в качестве респондентов студентов СПбПУ. В качестве предметной области были выбраны тексты планиметрических задач. В результате анализа данных тестирования получены следующие результаты: установлено влияние знаний респондента предметной области (планиметрии) на результаты тестирования; обнаружена тенденция к самообучению респондентов, что проявляется в сокращении времени и увеличении баллов по мере прохождения тестов; показано, что респонденты слабо мотивированы, если не видят отзыв на ответ по выполненному заданию.

Обсуждены проблемы дальнейшего развития системы тестирования и её применения при адаптации опросников (заданий) для оценки знаний студентов СПбПУ в области автоматизации обнаружения ошибок в программах, а также диагностики функционального состояния специалистов операторского профиля и экспресс-диагностики деменции. Перспективным представляется также применение системы для совершенствования процессов синтаксического разбора эллиптических предложений и автоматизации восстановления эллипсисов в предметной области планиметрии.

Аннотация: Статья посвящена проблемам развития информационной поддержки космических исследований в области наук о Земле и спутникового экологического мониторинга. Основное внимание при этом сфокусировано на разработке электронной библиотеки спутникового мониторинга окружающей среды. Анализируется актуальная проблема интеграции информационных ресурсов в мировые системы космического экологического мониторинга. Показано, что с оздание масштабной геоинформационной инфраструктуры занимает ведущее место в задачах информатики аэрокосмического дистанционного зондирования Земли.

Аннотация:

Рекомендательные системы в научном информационном пространстве являются инструментом поиска и навигации при работе с научными документами. Программный код в настоящее время рассматривается как объект научного знания, и, как следствие, важной задачей является создание систем поддержки жизненного цикла программ, в частности поиска близких программных решений, обнаружения заимствований программного кода, анализа и оценки качества кода. В работе предложена рекомендательная система, формирующая для пользователя персонализированный список фрагментов кода, функционально эквивалентных входному коду-запросу, представленному на одном из языков программирования из установленного набора. Базовый алгоритм системы основан на представлении программного кода в виде абстрактного синтаксического дерева с последующим построением векторного пространства программных кодов. Семантическое сходство программных кодов определяется по расстоянию между векторами кодов в многомерном пространстве. Персонализация выдачи достигается за счет модуля фильтрации, который ранжирует найденные фрагменты с учетом профиля пользователя. Рассматриваемыми факторами являются языковые предпочтения пользователя и его области научных интересов, извлекаемые посредством интеграции с ORCID. Для обеспечения работы системы на основе корпуса CodeNet создан специализированный набор фрагментов программного кода. Решена также задача автоматического определения языка программирования по фрагменту представленного кода на одном из языков, входящих в текущий рейтинговый список языков программирования.

Аннотация:

Сигнатурные методы представляют собой мощный инструмент анализа временных рядов, который преобразует их в форму, удобную для задач машинного обучения. В статье рассмотрены основные понятия сигнатуры пути, ее свойства и геометрический смысл, а также методы вычисления для различных типов временных рядов. Приведены примеры применения сигнатурных методов в различных областях, включая финансы, медицину и образование, продемонстрированы их преимущества перед традиционными подходами. Особое внимание уделено генерации синтетических данных на основе сигнатур, что особенно актуально в условиях ограниченного объема исходных данных. Представлены результаты экспериментальных исследований по генерации и предсказанию траекторий цифрового следа обучения студентов, подтверждающие эффективность сигнатурных методов для применения в задачах машинного обучения по анализу и прогнозированию временных рядов.

Аннотация: Рассмотрены основные проекты, которые были реализованы в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына Российской академии наук (ВЦ РАН) за последние 20 лет, т. е. с 1998 года. Одним из первых был реализован пилотный проект «Интегрированной системы информационных ресурсов (ИСИР) РАН». Успешное завершение этого проекта позволило развернуть работы по интеграции разнородных научных информационных ресурсов в общеакадемическую научную информационную систему. Важным этапом был проект создания Единого Научного Информационного Пространства (ЕНИП) РАН. Этот проект основывался на подсистеме «Научный институт РАН», созданной в ВЦ РАН и Центре научных телекоммуникаций (ЦНТК) РАН. Учитывая важность формирования цифровых библиотек, Российская академия наук приняла в 2006 году целевую научную программу «Создание ЦБ «Научное наследие России»», в соответствии с которой была реализована цифровая библиотека. Созданный портал «ГеоМета» – это стандартизированная и децентрализованная среда управления пространственной информацией, разработанная для доступа к базам геоданных, картографическим продуктам и связанным с ними метаданным из различных источников, облегчающая обмен пространственной информацией между организациями и ее совместное использование посредством интернета. В настоящее время основное направление работ – цифровая персональная семантическая библиотека LibMena. Основная задача этой системы заключается в предоставлении пользователю унифицированного представления для возможности автоматизированного извлечения интересующей его информации по определенной предметной области.

Аннотация:

Представлена пионерская работа в области изучения химического состава на микропримесном уровне медных археологических монет как информационной основы для выявления особенностей денежного обращения в средневековом государстве.

Проведено междисциплинарное исследование нумизматического материала с Болгарского городища из 98 медных монет, представленного 91 золотоордынской, шестью иноземными монетами того же периода и одной монетой домонгольского времени династии Зенгидов. Статья содержит атрибуцию с изображениями аверса и реверса монет, а также данные археометрического изучения денежных артефактов на предмет химического состава двумя независимыми методами – рентгенофлуоресцентным и эмиссионным спектральным.

На настоящий момент это первое междисциплинарное исследование в нашей стране, охватившее представительную коллекцию медных денег различных правителей и монетных дворов из археологических материалов Болгарского городища. В результате изучения химического состава монет были определены соотношения примесей в медных сплавах, что позволило разделить коллекцию на десять основных групп, включающих монеты различных чеканных дворов и правителей определенной датировки. Определение примесного состава позволяет не только классифицировать монеты по группам, но и выдвигать обоснованные гипотезы о географическом расположении месторождений меди, использовавшейся для чеканки.

База данных, сформированная по результатам исследования и объединяющая нумизматическую атрибуцию, изображения монет и данные об их химическом составе, опубликована как открытый набор данных в репозитории Zenodo и предназначена для применения методов машинного обучения и искусственного интеллекта в задачах автоматической идентификации и провениенс-анализа средневековых монет.