CC BY
11
Комлева Екатерина Романовна, студентка, komleva62rus2014@,yandex.ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина,
Никифоров Михаил Борисович, канд. техн. наук, доцент, директор НОЦ «СпецЭВМ», nikiforov.m.h@mail.ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина
PHYSICALLY NON-CLONED FUNCTIONS. PROBLEMS AND PROSPECTS
E.R. Komleva, M.B. Nikiforov
The article provides a review of domestic and foreign literature on one of the new and promising areas of scientific research - physically unclonahle functions (FNF). The history of the development of this direction, the basic concepts, the possibilities of application for solving cryptographic prohlems in various applications, including for marking electronic components when they are rejected, are considered.
Key words: physically unclonahle functions (FNF), security methods," fingerprint " of the chip, hardware implementation of hash functions, intercrystal and intracrystal uniqueness of integrated circuits, cryptographic primitive.
Komleva Ekaterina Romanovna, student, komleva62rus2014@,yandex.ru, Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin,
Nikiforov Mikhail Borisovich, candidate of technical sciences, docent, director of REC «SpetsEVM», nikiforov.m.h@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin
УДК 504.2 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-69-73
ОЦЕНИВАНИЕ КАЧЕСТВА УЧАСТКОВ МЕСТНОСТИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПО КРИТЕРИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ
Ю.Н. Тиличко, А.В. Спесивцев
Предложено применение нечетко-возможностного метода построения математической модели на основе экспертных знаний для оценивания экологической безопасности участков местности при строительстве объектов различного назначения.
Ключевые слова: экспертные знания, нечетко-возможностный метод, математическое моделирование, экология, оценивание участка местности.
В современных условиях темпы экономического освоения различных регионов страны приобретают все большие масштабы. Задачи успешного размещения строительных комплексов различного назначения на потенциально возможных территориях входят в отдельную сложную проблему в целом (рис. 1), которая с математической точки зрения относится к слабоструктурируемой и трудноформализуемой [1] из-за необходимости учета множества факторов как природного, так и техногенного характера.
В общей постановке проблемы одним из главных составляющих, учитываемых при выборе участка местности (УМ) уже на этапе предварительных работ, является «показатель фонового качества УМ» (рис. 1). Этот показатель, в свою очередь, содержит и «экологический показатель» УМ, который на второй ступени иерархии описывается факторным пространством из пяти переменных.
69
Факторное пространство в рассматриваемом случае состоит из следующих переменных:
Х1 - стойкость УМ к нормативным воздействиям со стороны антропо-техногенного объекта, б/р;
Х2 - компенсационно-восстановительный временной потенциал УМ при внешних воздействиях искусственного происхождения, б/р;
Хз - уровень продуцируемости окружающей среды по производству жизненно важных компонент, б/р;
Х4 - уровень локализации трансграничных процессов по распространению продуктов негативного воздействия в окружающую среду, б/р;
Х5 - степень ординарности (неуникальности) природной среды, б/р;
У - обобщенный показатель экологического качества участка местности, б/р.
Рис. 1. Приближенная схема проблемы оценивания и выбора участков местности для строительных комплексов различного назначения
Особенностями выбранного факторного пространства являются:
- все переменные неколичественные (вербальные), поскольку отражают знания эксперта по данному направлению, приобретенные им в процессе профессиональной деятельности;
- все переменные являются обобщенными, зависящими от переменных низшего уровня иерархии;
- факторное пространство выбрано из множества характеристик по принципу системного описания изучаемого явления в целом.
Исследование системы «объект - окружающая среда» требует знания таких свойств природной среды УМ, которые количественно или, чаще всего, качественно выражают способности нести антропотехнические нагрузки и обеспечивать компенсацию нежелательных свойств за счет собственных природных резервов местности в течение эксплуатационного цикла объекта.
Однако такой подход требует не только знаний и опыта высококвалифицированных специалистов-экспертов, но и способов извлечения, представления и формализации их в виде, удобном для последующей компьютерной обработки. Такой способ реализован через построение нечетко-возможностных моделей, получивших широкое распространение в различных предметных областях при описании слабоструктурируе-мых и трудноформализуемых систем. При этом эксперт выступает как «интеллектуальная информационно-диагностическая система [1, 2].
70
В данном исследовании рассмотрен пример создания нечетко-возможностной модели оценивания качества участков местности для строительства только по критерию экологической безопасности, выраженному через «экологический показатель».
Согласно разработанной методике [1] представление экспертной информации проводится с помощью лингвистических переменных, пример одной из которых приведен на рис. 2.
МА
М
Высокий
х2
Рис. 2. Компенсационно-восстановительный временной потенциал Х2 как лингвистическая переменная при внешних воздействиях искусственного происхождения, б/р
По рис. 2 производится перевод вербальных знаний эксперта, представленных в лингвистическом виде (верхняя шкала по оси абсцисс) в выбранные численные оценки и нормированную шкалу в интервале [-1, +1] (нижние шкалы Х2 по оси абсцисс). Аналогичная шкала (без нормированных значений) предусмотрена и для зависимой переменной У как обобщенного показателя экологического качества участка местности (по оси ординат).
Далее согласно разработанной методике составляется специальная опросная матрица, фрагмент которой представлен в табл. 1. Столбец Уэв заполняет эксперт в лингвистическом виде, который затем переводится в численные значения Уэч по графикам типа рис. 2 и проводится расчет полиномиального выражения по методам теории планирования экспериментов.
Каждая строка опросной матрицы представляет собой нечеткое продукционное правило импликативного типа «если..., то...». Например, строка 21 табл. 1 читается так: «Если Х1 - стойкость к нормативным воздействиям на окружающую среду УМ со стороны антропо-техногенного объекта «низкая», Х2 - компенсационно-восстановительный временной потенциал при внешних воздействиях искусственного происхождения «низкий», Хз - уровень продуцируемости окружающей среды по производству жизненно важных компонент «высокий», Х4 - уровень локализации трансграничных процессов по распространению продуктов негативного воздействия на в окружающую среду «низкий», Хз - степень ординарности (неуникальности) природной среды «высокая», то значение У - обобщенного показателя экологического качества участка местности оценено между «низким» и «ниже среднего» (Н-НС в таблице).
После обработки оценок эксперта методами нечетко-возможностного подхода [1] получена математическая модель:
У = 0,5 + 0,091 х1 + 0,047 х2 +0,013 хз + 0,028 х4 + 0,013 хз + (1)
+ 0,009 х1 хз + 0,016 х2 хз - 0,009 х2 хз хз. (1)
Адекватность модели (знаний эксперта) изучаемому явлению определяется значением коэффициента корреляции между экспертными и расчетными оценками.
В модели (1) учтены только значимые коэффициенты, а все переменные представлены в стандартизованном масштабе и вычисляются по формуле
X! = (X - Хср )/ А X,
где X! - измеренная оценка соответствующего признака; Хср - среднее значение интервала измерения признака; А X! - интервал варьирования признака.
Точность вычислений определяется величиной остаточного среднеквадратиче-ского отклонения. Вычисленное остаточное среднеквадратическое отклонение меньше исходной нечеткости по зависимой переменной
^ ост = 0,014 < ^ экс=0,025, что свидетельствует о достаточной точности вычислений по модели.
Фрагмент опросной матрицы с оценками эксперта Уэв (Уэч) _и расчетными значениям по модели Ур _
№ Переменные факторного пространства в стандартизованном виде Уэв Уэч Ур
х1 х2 хз х4 хз
14 1 -1 1 1 -1 ВС 0,6 0,569
15 -1 1 1 1 -1 С 0,5 0,488
16 1 1 1 1 -1 ВС-В 0,65 0,650
17 -1 -1 -1 1 Н 0,3 0,300
18 1 -1 -1 -1 1 С 0,5 0,500
19 -1 1 -1 -1 1 НС-С 0,45 0,444
20 1 1 -1 1 ВС-В 0,65 0,644
21 -1 -1 1 -1 1 Н-НС 0,35 0,344
31 -1 1 1 1 1 С 0,5 0,506
32 1 1 1 1 1 В 0,7 0,706
Расчеты по модели (1) дают возможность оценить степень влияния переменных факторного пространства на обобщенный показатель экологического качества участка местности. Для этого был проведен численный эксперимент, суть которого заключалась в построении линейных графиков изменения У от одной из каждых переменных во всем диапазоне изменения независимых переменных в кодированном виде при остальных, закрепленных на постоянных уровнях. Так, на рис. 3 приведены графики изменения переменных в гипотетической ситуации, когда все переменные зафиксированы на своих стандартизованных значениях «ниже среднего» (рис. 3, а) и «выше среднего» (рис. 3, б).
а б
Рис. 3. Влияние изменения переменных на У в различных экологических условиях: а — в условиях значительных внешних воздействий-нагрузок (У характеризует низкие показатели внешней экологической обстановки); б — в условиях незначительных внешних воздействий-нагрузок (Ухарактеризует высок ие показатели внешней экологической обстановки)
Анализ поведения графиков позволяет сделать выводы, что наиболее существенное влияние на величину обобщенного показателя по экологическому фактору оказывает стойкость участка местности к нормативным воздействиям на него со стороны антропо-техногенного объекта (Х1), а наименьшее - уровень продуцируемости окружающей среды по производству жизненно важных компонент (Хз) и Хз - степень
72
ординарности (неуникальности) природной среды, причем в благоприятных условиях нагружения (рис. 2, б) уровень качества участка местности примерно на 15...20 % выше.
В заключение следует отметить, что экспертные знания и опыт при нечетко-возможностном подходе позволяют получать не только нелинейные математические модели, но и качественно новую информацию об изучаемом явлении в условиях труд-ноформализуемых и слабоструктурируемым систем, к которым относятся практически все природные процессы.
Список литературы
1. Игнатьев М.Б., Марлей В.Е., Михайлов В.В., Спесивцев А.В. Моделирование слабо формализованных систем на основе явных и неявных экспертных знаний. СПб: ПОЛИТЕХ-ЭКСПРЕСС, 2018. 430 с.
2. Спесивцев А.В., Домшенко Н.Г. Эксперт как «интеллектуальная измерительно-диагностическая система» // Сб. докладов. XIII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM, 23-25 июля 2010, Санкт-Петербург, 2010, Т.2. С.28-34.
Тиличко Юрий Николаевич, научный сотрудник, vka-onr@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Спесивцев Александр Васильевич, д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, spiiras@spcras.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН
EVALUATION OF THE QUALITY OF BUILDING LAND BY THE ENVIRONMENTAL SAFETY CRITERION
Yu.N. Tilichko, A.V. Spesivtsev
The application of the fuzzy-probabilistic method of constructing a mathematical model based on expert knowledge for assessing the environmental safety of terrain during the construction offacilities for various purposes is proposed.
Key words: expert knowledge, fuzzy-probabilistic method, mathematical modeling, ecology, site assessment.
Tilichko Yuri Nikolaevich, researcher, vka-onr@mail.ru, Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy,
Spesivtsev Alexander Vasilievich, doctor of technical sciences, leading researcher, spiiras@spcras.ru, Russia, Saint-Peterburg, Saint-Peterburg Federal research center RAS
