Computer systems and information technologies

РОЗПАРАЛЕЛЮВАННЯ АЛГОРИТМУ ГРАДІЄНТНОГО БУCТИНГУ ТА БЕГГІНГУ ДЛЯ ДІАГНОCТИКИ ДІАБЕТУ НА ОCНОВІ CUDA

Леся Мочурад — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Одну з найбільших складнощів в процесі роботи в медичній сфері становлять дані: їх об’єм, структура та форма представлення. Очевидно, що без інноваційних високотехнологічних інструментів аналізу даних, ймовірність помилки є дуже високою, адже легко пропустити якийсь важливий фактор, що є критичним, але загубленим серед іншої, менш важливої інформації. У роботі досліджено методи паралелізації алгоритму Градієнтного Бустингу у поєднанні з алгоритмом Беггінгу. Розглянуто задачу діагностичного прогнозування наявності у пацієнта діабету на основі певних вимірювань, включених до набору даних. Проведено детальний аналіз та попередню обробку обраного датасету. Розпаралелювання запропонованого алгоритму реалізовано за допомогою модуля Python – concurrent. Futures, а саме його класу – ThreadPoolExecutor та технології CUDA. Здійснено паралелізацію процесу навчання моделей та навчальної вибірки. Наведено теоретичну оцінку обчислювальної складності запропонованого паралельного алгоритму. Проведено порівняння часу виконання послідовного та паралельного алгоритмів при використанням ThreadPoolExecutor при варіації кількості потоків та алгоритмів в композиції. А також здійснено порівняльний аналіз часових витрат при послідовному та паралельному виконанні на основі CPU і GPU. Отримано показники прикорення: приблизно 7 при використанні ThreadPoolExecutor та восьмиядерної обчислювальної системи та 9,5 на основі технології CUDA. Обчислено показники ефективності, які прямують до одиниці. Що, в свою чергу, підтверджує ефективність запропонованого паралельного алгоритму. Ще одним важливим результатом дослідження є досягнення кращої точності алгоритму за рахунок збільшення кількості алгоритмів у композиції.

АНАЛІЗ АЛГОРИТМІВ ПОШУКУ СЛІВ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В СИСТЕМАХ МАШИННОГО ПЕРЕКЛАДУ ШТУЧНИХ МОВ

Олеся Барковська, Антон Гаврашенко — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Робота присвячена розробці організаційної моделі системи машинного перекладу штучних мов.Головною метою є аналіз алгоритмів пошуку слова в словник, які є значущими елементами розробленої системи машинного перекладу на етапі вдосконалення створених нових словників на основі вже існуючих словників. В ході виконання роботи була розроблена модель системи машинного перекладу, створені словники на основі текстів та на основі вже існуючих словників методами аугментації такими, як зворотній переклад та кросовер; вдосконалено створений словник на основі алгоритмів n-грамм, Кнута-Моріса-Пратта та пошуку слів у тексті (таких, як бінарний пошук, пошук в дереві, пошук в кореневій декомпозиції). Окрім того, в роботі реалізована можливість використання підготовленого словнику для перекладу. Отримані результати можуть покращити існуючі системи машинного перекладу тексту штучних мов. А саме – зменшити час роботи приблизно у 20 разів при переході від алгоритму збалансованого дерева до інших логарифмічних алгоритмів. Практичною значущістю даної роботи є аналіз та покращення алгоритмів аугментації тексту за допомогою алгоритмів бінарного пошуку, хешів, дерева пошуку, кореневої декомпозиції.

ВИСОКОПРОДУКТИВНІ КОМПОНЕНТИ АПАРАТНИХ БАГАТОРОЗРЯДНИХ СПЕЦПРОЦЕСОРІВ СУМУВАННЯ ТА ПЕРЕМНОЖЕННЯ ДВІЙКОВИХ ЧИСЕЛ

Ярослав Николайчук, Володимир Грига, Наталія Возна, Ігор Пітух, Людмила Грига — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Акцентована актуальність вирішення проблеми пріоритетного удосконалення функціонально-обчислювальних компонентів мікроелектроніки арифметико-логічних пристроїв (АЛП) сучасних суперкомп’ютерів. Показано, що у структурах АЛП операції типу: порівняння, мультиплексування та додавання впливає на граничну продуктивність АЛП. Обгрунтовано, що математичні операції додавання, накопичення сум, перемноження та ділення є визначальними для забезпечення гранично високої швидкодії векторних та скалярних комп’ютерів. Метою роботи є розробка нових алгоритмів обчислень та мікроелектронних структур співпроцесорів багаторозрядних АЛП, які характеризуються гранично мінімаксними параметрами швидкодії, апаратної та структурної складності. Такі високопродуктивні співпроцесори широко застосовуються у якості компонентів АЛП при реалізації алгоритмічно-складних обчислень статистичного, кореляційного, спектрального, кластерного та ентропійного аналізу. Максимально-швидкодіючі співпроцесори перемноження та накопичення цифрових даних з властивостями криптозахисту телекомунікаційних каналів, ефективно застосовуються в умовах військових операцій та сучасного інформаційного фронту. Наприклад, у безпілотних літальних апаратів, наземних пускових установках та процесорах систем протиповітряної оборони. Викладені пріоритетні напрямки покращення системних характеристик мікроелектронних компонентів процесорів АЛП векторних та скалярних суперкомп’ютерів. Систематизовані структури комбінаційних та синхронізованих однорозрядних двійкових суматорів з характеристиками мінімальної апаратної складності та максимальної швидкодії. Викладені теоретичні основи бінарної двійкової арифметики. Запропонована нова структура високопродуктивного матричного перемножувача згідно алгоритму Бута, який характеризується підвищеною швидкодією у порівнянні з відомими структурами. Обгрунтовані перспективні напрямки подальшого розвитку та покращення базових характеристик досліджуваного класу компонентів обчислювальної техніки.

ЕФЕКТИВНЕ ПАРТНЕРСТВО З БІЗНЕСОМ ЯК ЗАСІБ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ОСВІТИ В ГАЛУЗІ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Андрій Переймибіда, Марія Рашкевич — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

The quality of education in the field of information technology depends on the use of modern tools of cooperation between universities and leading companies. Micro-credentials, which are rapidly spreading throughout the world, are among the new innovative tools. On the example of the SoftServe company, the experience of using dual study, non-formal study, professional training of teachers is analyzed. Problems are identified and models of SoftServe cooperation with universities are described, which increase the employability of graduates.

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ СТВОРЕННЯ СЕРВІСНО-ОРІЄНТОВАНИХ ПРОГРАМНИХ СИСТЕМ У AZURE

Олексій Макєєв, Наталя Кравець — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Сучасний розвиток сервісно-орієнтованих програмних систем супроводжується широким використанням хмарних технологій, які впливають на конкурентоспроможності компаній та їх систем, що надають можливості в розширенні клієнтської бази завдяки охопленню декількох областей міста чи країни.

Перевагою хмарних сервісів є доступність в будь-який точці світу, де є підключення до Інтернету. Хмарні провайдери надають великий обсяг сервісів для різних потреб: таких як хостинг, розгортання контейнерів, файлове сховище, бази даних тощо.

Зокрема всі найпопулярніші хмарні провайдери пропонують кілька варіантів створення сервісно-орієнтованих програмних систем, включаючи як стандартні технології так і власні розробки. У даній роботі виконане порівняння методів створення сервісно-орієнтованих програмних систем на базі хмарної платформи Azure: Azure Container Apps, Azure Kubernete Service та Azure Red Hat OpenShift. Розглянуто предметну область технологій реалізації сервісно-орієнтованої архітектури застосунків, запропоновано критерії для аналізу методів реалізації застосунків із такою архітектурою. Спроектовано та розроблено програмне рішення для порівняння методів створення сервісно-орієнтованих застосунків на базі хмарної платформи Azure. Розроблена програмна система надає можливість брати в оренду самокати, велосипеди та автомобілі.

Метою дослідження є порівняльний аналіз методів створення сервісно-орієнтованих програмних систем на базі сервісів Azure, а предметом дослідження – програмне рішення, яке реалізоване за допомогою цих методів.

Отримані результати даного дослідження над Azure сервісами: Azure Container Apps, Azure Kubernete Service та Azure Red Hat OpenShift, можна буде використовувати при створені нової програмної системи, при розширенні існуючої програмної системи, при перенесенні компонентів програмної системи з інших платформ на Azure платформу використовуючи дані сервіси.

ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ДЛЯ ГЕНЕРАЦІЇ ОКРЕМИХ ЕЛЕМЕНТІВ СТЕГАНОГРАФІЧНОЇ СИСТЕМИ У ЗАКЛАДІ ВИЩОЇ ОСВІТИ

Людмила Нечволода, Катерина Крикуненко, Катерина Парамонова — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

У статті представлено методику генерації окремих елементів стеганографічної системи на базі об’єднанні методів криптографії та стеганографії, що дає змогу підвищити рівень захисту інформації та розробити більш ефективні нові нетрадиційні методи забезпечення інформаційної безпеки у глобальній мережі. Зважаючи на невпинний розвиток та вдосконалення методів комп’ютерної криптографії та стеганографії дослідження саме цього напрямку стеганоаналізу є найбільш актуальним.

Запропоновано застосувати метод заміни молодших біт (LSB- метод), оскільки він, у комбінації з криптографічним алгоритмом RSA, дає змогу забезпечини високий рівень інформаційної безпеки та швидкість вбудовування і вилучення великого об'єму інформації.

Практична цінність полягає в можливості швидкої генерації стеганографічних контейнерів та забезпеченні надійного шифрування і дешифрування прихованої інформації в них. На етапі експериментальних досліджень запропонований метод заміни молодших біт був порівняний з іншими методами, що могли б використовуватись для генерації окремих елементів стеганографічної системи. За результатами досліджень метод LSB підтвердив наочно свою ефективність. Результати експерименту показали високу стійкість та якість отриманої методики шифрування та дешифрування даних при пересиланні їх відкритим каналом зв’язку (електронною поштою).

ГОЛОСОВИЙ ПОМІЧНИК ДЛЯ ПОШУКУ ТОВАРІВ У МАГАЗИНІ ОДЯГУ

Володимир Шиманський, Ніколетта Казьоннікова — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

У даній статті досліджено застосування машинного навчання в обробці аудіо файлів, використання нейронних мереж для розпізнавання голосових команд, створенню голосового помічника для пошуку товарів в магазині одягу, створенню набору даних для тренуванння нейронної мережі..

Метою роботи є розробка голосового помічника для пошуку товарів у магазині одягу.

У результаті було створено набір даних, що містить 30 категорій та 3095 аудіозаписів, натреновано модель нейронної мережі з використанням зібраних даних та досягнуто точності 96.02%; WER: 0.0398; CER: 0.0087. Було інтегровано модель разом із системою пошуку в API голосового помічника, який дозволяє зробити запис з мікрофону, конвертувати аудіо в текст, розбити текст на ключові слова та провести пошук по базі даних з використанням отриманих ключових слів. Система розпізнавання мови показала стабільну та високу точність під час запису з мікрофону. Це забезпечує користувачам надійність та точність результатів розпізнавання навіть при використанні простих мікрофонів. Пошук дозволяє знаходити результати за ключовими словами та назвою речей, є функціонал рекомендації схожих речей, у випадку, якщо нічого не було знайдено за запитом користувача. Гнучкість системи дозволяє розуміти мовні контексти та не залежить від порядку слів у фразі, оскільки пошук відбувається по ключовим словам окремо. В роботі було проаналізовано літературу та проведено порівняння існуючих підходів розпізнавання голосових команд. Описано методи обробки аудіо сигналів. Було розглянуто проблему пошуку товарів у магазині одягу та досліджено сучасний стан ринку та попит на технологію.

Практична цінність полягає у тому, що розроблений голосовий помічник є спеціалізований та оптимізований для пошуку товарів у магазині одягу, дозволяє вирішувати задачі пошуку товару за заданими критеріями, спрощує завдання пошуку для різних груп людей.

КОНЦЕПЦІЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ РЕСТАВРАЦІЇ ОБ’ЄКТІВ КУЛЬТУРНОЇ СПАДЩИНИ З ВИКОРИСТАННЯМ ДОПОВНЕНОЇ РЕАЛЬНОСТІ

Христина Ліп’яніна-Гончаренко, Софі Шауер, Юрген Зік, Анатолій Саченко, Іван Кіт — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Культурна спадщина є ключовою для ідентичності та розвитку. Багато цінних об'єктів загрожують час, природні стихії і фінансова відсутність. Інноваційні технології є вирішальними для їх збереження. Стаття розробляє інформаційну систему, засновану на доповненій реальності (AR), для реставрації культурної спадщини. Це розширює підхід AURA, спрямований на збереження музичних просторів, застосовуючи AR для культурних об'єктів. Нові методи покращують AURA, дозволяючи точну реставрацію об'єктів, що зазнають впливу часу. 3D-моделювання та машинне навчання дозволяють створювати віртуальні копії з точністю до деталей. Доповнена реальність та машинне навчання відкривають нові перспективи для збереження культурних цінностей. Стаття пропонує інноваційний підхід використання AR для реставрації культурної спадщини. Автори пропонують унікальні рішення для точного моделювання 3D-моделей об'єктів. Мета статті - розробити інформаційну систему для реставрації культурної спадщини через AR. Це дозволить збільшити можливості збереження та дослідження цінностей. З використанням AR та 3D-моделювання можна покращити реставрацію об'єктів та забезпечити доступ для дослідників і публіки. У подальших дослідженнях запропоновані підходи та методи будуть реалізовані для розширення функціональності інформаційної системи. Це включатиме розробку інтерактивних інтерфейсів для взаємодії з віртуальними моделями культурної спадщини, аналіз даних для глибшого розуміння процесів реставрації та виявлення тенденцій, а також інтеграцію передових інформаційних технологій, таких як віртуальна реальність та системи розпізнавання природної мови, з використанням штучного інтелекту. Основною метою є вдосконалення процесів збереження та вивчення культурної спадщини шляхом використання сучасних інформаційних технологій.

ТЕОРЕТИЧНА ОСНОВА ДЛЯ СТВОРЕННЯ АРХІТЕКТУРИ REAL WORLD DATA LAKE

Маркіян Пиц, Іванна Дронюк — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Data Lake — це методи зберігання та керування великою кількістю неструктурованих даних. Сучасні середні та малі підприємства, незалежно від їх розміру, можуть використовувати ці дані, щоб отримати важливу інформацію про свій бізнес, наприклад, удосконалення процесів або використання продукту.

У статті представлено широкий огляд налаштування Data Lake на AWS (веб-сервіси Amazon). Він охоплює налаштування інтерфейсу прикладного програмування (API) для споживання даних, зберігання даних, візуалізації даних і можливості швидкого створення Data Lake для кількох облікових записів AWS за допомогою однієї команди інтерфейсу командного рядка (CLI).

Запропонований підхід корисний для створення масштабованого Data Lake або налаштування сховища даних, яке не вимагає багато ручної роботи. Для досягнення цього використано підхід до інфраструктури як коду. Запропонована AWS архітектура для вирішення задачі ефективності зберігання даних. Стаття демонструє діаграму запропонованої архітектури та її високорівневий опис з теоритичним підгрунтям.

МОДЕЛЮВАННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ ПРЕДМЕТНИХ ПОДІЙ В ПРЕДМЕТНО-ОРІЄНТОВАНІЙ АРХІТЕКТУРІ НА ПЛАТФОРМІ .NET CORE

Володимир Тихоход, Антон Пасічнюк — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Архітектура програмного забезпечення, в центрі якої знаходиться модель предметної області, здатна принести значні переваги в довгостроковій розробці та підтримці систем зі складною логікою предметної області в порівнянні з іншими типами архітектур. В той же час предметно-орієнтоване проектування та підходи до програмної реалізації систем є відносно новими концепціями та продовжують розвиток в застосунку до різних платформ, технологій та мов програмування, та становлять значний інтерес у проектувальників та розробників. В представленій роботі розглянуто існуючі підходи до моделювання та реалізації предметних подій на платформі .NET Core в предметно-орієнтованій архітектурі, що є одним з найновіших шаблонів. Існує два підходи до реалізації поведінки предметних подій: миттєве та відкладене розповсюдження подій. Ці два підходи проаналізовано та детально описано їх особливості. Описана реалізація миттєвого розповсюдження подій предметної області в межах транзакції виконання команди в архітектурі CQRS. Дана реалізація дозволяє позбавитись зовнішніх залежностей, досягти чистоти сутностей домену, оскільки позбавляє необхідності у впровадженні сервісів, репозиторіїв у сутності, а також дозволяє запобігти витокам пам’яті та безпечна при багатопотоковому режимі використання. Схематично зображено абстрактний процес надходження зовнішньої команди в модель предметної області, яка спричиняє зміну стану агрегату та розповсюдження побічних ефектів з подіями домену. Цей процес враховує можливості каркасу об’єктно-реляційного відображення Entity Framework для отримання об’єктів контексту, що були змінені в процесі роботи. Весь стек об’єктів, що задіяні в цій діяльності, розташовані в пам’яті спільного процесу, а взаємодія відбувається в синхронному режимі. Для концептуального виявлення подій та агрегатів використовують техніку штурм подій, особливості якої розглянуті в роботі.

КОМП'ЮТЕРНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ РЕЖИМІВ ПРОДУВКИ РОЗПЛАВУ НА МЕХАНІЧНУ ЕРОЗІЮ ФУТЕРІВКИ КОВША

Кирило Красніков, Танзіля Фатихова — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Під час транспортування з одного цеху в інший температура розплаву у ковші зберігається завдяки шару вогнетривкої футерівки всередині на стінках і дні. У процесі продування турбулентні потоки розплаву розмивають футерівку і товщина її шару зменшується через механічну ерозію. Особливістю ерозії є неоднорідність розмиття, викликану анізотропією поля швидкості. Дослідження різних конфігурацій фурм і витрат газу дозволить визначити оптимальні технологічні умови для збереження вартісної футерівки. Метою роботи є математичне моделювання механічного зносу футерівки ковша потоками розплаву під час продування аргоном за допомогою розробленого програмного забезпечення наукових досліджень. Ступінь розмиття залежить від швидкості дотичного розплаву. При виробництві сталі намагаються уповільнити це зношування, бо кожний ремонт футеровки вартує значного часу і ресурсів. Цій проблемі науковці приділяли увагу у публікаціях, зокрема, по математичному моделюванню зносу футеровки. Дослідженню підлягає велика кількість умов цього процесу, зокрема, кількість і розташування фурм продування, а також потужність продування. По-перше треба і домішку швидко перемішати у розплаві, а по-друге і футеровку ковша зберегти. Комп’ютерна візуалізація і аналіз означеного процесу передбачають його хід і результати у вигляді розрахованих полів, зокрема, зносу. Поля зберігаються у базі даних і додавання та їх обробка здійснюється через спеціально розроблений вебсайт. Він надає можливість дослідникам зареєструватися і заповнювати форму досліду, а також додавати літературні джерела даних. Перелік літератури використовується практично у всіх дослідах для порівняння результатів. Моделювання процесу в умовах потужності продування 40, 60 і 90 л/хв та кількістю пробок продування від однієї до трьох показало: найбільше розмиття прогнозується на дні, поблизу фурм продування, причому перехід на кожну вищу потужність продування підвищує інтенсивність розмиття приблизно на 15%. Вимикання фурм після 1 хвилин продування значно зменшує розмиття мінімум на 35%. Якщо ж розглядати стінку ковша, то без відключення фурм витрати 90 л/хв є найбільш руйнівними.

СИСТЕМА РОЗПОДІЛУ ТА ОЦІНЮВАННЯ ЗАВДАНЬ У ПРОЦЕСІ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Дмитро Окрушко, Антоніна Каштальян — Thu, 29 Jun 2023 00:00:00 +0000

Стаття присвячена вдосконаленню розподілу та оцінювання завдань у розробці програмного забезпечення. Розглядаються прикладні аспекти розробки системи розподілу та оцінювання завдань у процесі розробки програмного забезпечення для подальшого аналізу, яка забезпечує максимально точне визначення особи, яка має виконати завдання, та відповідні теги класифікації завдань на основі його опису. Запропонована система забезпечує точну та швидку ідентифікацію особи та групи тегів на основі опису завдання. Основна мета роботи – надати огляд поточного стану техніки в цій галузі, переваги та недоліки існуючих підходів та запропонувати вдосконалення рішення.
До проблем, пов’язаних з розподілом і оцінкою завдань у розробці програмного забезпечення, належать необхідність точної оцінки завдання, складність забезпечення контролю якості та потреба в ефективній комунікації між розробниками. З цією метою проведено аналіз сучасного стану розподілу та оцінювання завдань, розглянуто різноманітні інструменти та методи, доступні для розподілу та оцінки завдань, включаючи системи відстеження завдань, програмне забезпечення для управління проектами та засоби автоматичного тестування. Також розглянуто різні методи, що використовуються для оцінювання завдань, наприклад експертну перевірку, перевірку коду та автоматичне тестування. Розглянуто майбутнє розподілу та оцінки завдань у розробці програмного забезпечення, зокрема потенціал для подальшої автоматизації та потребу в покращенні зв’язку між розробниками, а також потенціал використання штучного інтелекту для покращення розподілу та оцінки завдань. Також розглянуто методи, які використовуються для вимірювання ефективності розподілу та оцінки завдань, наприклад відстеження часу, відсоток виконання завдань і відсоток дефектів. В роботі запропоновано підходи на основі ШІ, такі як обробка природної мови, машинне навчання та глибоке навчання.