CC BY
7
about the extreme learning machine and the backpropagation method are presented. Also, algorithms for training a neural network using these methods are given. For the experiment, an open dataset, which includes information about seven types of physical activity, was used. After conducting experimental studies, the results on quality metrics and learning speed were obtained, on the basis of which conclusions were drawn.
Key words: extreme learning machine, backpropagation method, human activity recognition, artificial neural networks, accelerometer, gyroscope.
Abramova Elena Sergeevna, postgraduate, elena. tarantova@yandex.ru, Russia, Vladimir, Vladimir State University named after Alexader Grigoryevich and Nickolay Grigoryevich Stoletovs,
Supervisor: Orlov Alexey Alexandrovich, doctor of technical sciences, associate professor, head of the department, alexeyalexorlov@gmail.com, Russia, Vladimir, Vladimir State University named after Alexader Grigoryevich and Nickolay Grigoryevich Stoletovs
УДК 004.451.25
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-124-128
ТРЕБОВАНИЯ К ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКЕ ПРОЦЕССА
ПЛАНИРОВАНИЯ
А.В. Мякотин, А.А. Бурлаков, А.Я. Моргунов, В.А. Питенко, А.И. Муравьев
В статье обоснованы существенные свойства процесса планирования (как процесса, в целях обеспечения которого осуществляется информационная поддержка), информационно-вычислительной поддержки процесса планирования и системы информационной поддержки (как системы, реализующей информационно-вычислительную поддержку процесса планирования), приведены количественные и качественные критерии.
Ключевые слова: процесс планирования, информационно-вычислительная поддержка, система информационной поддержки.
В теории организационного управления планирование рассматривается как важнейшая функция руководства сложными организационно-техническими системами. Информационная поддержка процесса планирования осуществляется на всем его протяжении. Она позволяет реализовывать процессы сбора, обобщения и анализа всех данных, необходимых для реализации процесса планирования, решения информационных задач планирования, отображения решений, их документирования
Так как информационная поддержка является составной частью процессов информационно-вычислительной поддержки процесса планирования (ИВППП), то анализ требований к ней невозможен без анализа требований к процессу планирования со стороны системы управления.
В соответствии с общей теорией систем цели функционирования любой системы позволяют предопределять ее качество, как совокупность существенных свойств, оказывающих наибольшее влияние на достижение этих целей.
Под качеством процесса планирования будем понимать способность органов управления своевременно, скрытно и обоснованно принимать решения, разрабатывать и доводить до подчиненных соответствующие документы, базируясь на имеющиеся ресурсы планирования. В процессе выработки и принятия решений по планированию в современных условиях должностным лицам органов управления приходится вести обработку больших объемов информации в сжатые сроки, обуславливаемые размерностью системы и динамичностью изменения обстановки.
Поэтому в качестве одного из основных свойств процесса планирования выступает оперативность, рассматриваемая как способность органов управления своевременно выполнять процесс планирования [1, 2, 3, 4]. В качестве показателя оперативности выбирается длительность цикла планирования, которая не должна превышать отведенный ресурс времени: Тцп < Тдоп, где Тщ - время цикла планирования, Тдоп - время, отведенное на планирование. В органе управления требование к продолжительности планирования дополняется частными требованиями к длительности отдельных этапов, что обусловлено
необходимостью согласования усилий должностных лиц органов управления: Тт < Тдопi, где Тт - время i-го этапа планирования, Тдп - время, отведенное на проведение i-го этапа. При этом должны быть обеспечены соответствующие значения показателей качества принимаемых решений Qnp — Q^mp (или Qnp ^ max), где Qпр - качество принятия решений, Q^^ - допустимое качество принятия решений.
Качество решений есть свойство соответствия (пригодности) решений сложившейся ситуации. В качестве показателей качества Qпр принятия решений могут выступать показатели обоснованности, полноты вырабатываемых вариантов решений, другие показатели и (или) их свертка (аддитивная, мультипликативная или др.). Например, показатель качества решений может задаваться в виде функциональной зависимости Qnp=F (R ои Сои Vp, Rrnu Апк), где Rcu и Сои - достоверность и полнота обрабатываемой
информации, Vp - обоснованность решений, Япи - достоверность (адекватность) автоматических и автоматизированных процедур преобразования информации, Dn - способность реализации процесса принятия решений, Апк - способность адаптации показателей и критериев выбора, исходя из сложившейся ситуации. Частные показатели могут вычисляться, например, так: Vp - через отношение объема переработанной информации к необходимому объему информации, Япи - как отношение количества правильных решений комплекса задач планирования к общему количеству решений и т.п. Требования к качеству принимаемых решений (по полноте и/или обоснованности): Qnp > Qdonnp или Qnp ^max, где Qdonnp - допустимое в текущей ситуации качество решений.
Для свойства обоснованности значение коэффициента принятия некачественного решения должно быть не более 0,1-0,2 [1, 3].
Адекватность разработки документов сложившейся обстановке и принятым решениям означает, что при переносе данных обстановки и принятых решений в документы должны отсутствовать ошибки, искажения, неточности и инструментальные погрешности. В качестве показателя адекватности D может выступать, например, вероятность ошибки в документе. Требование к адекватности: D < Ddon или D ^ min , где Ddon - допустимая вероятность ошибки.
Скрытность задает свойство отсутствия в процессе планирования утечки информации как о самом факте планирования, так и генерируемых решениях, формируемых документах и отраженных в них данных. Это свойство можно оценивать коэффициентом скрытности KcKp, имеющим смысл риска компрометации результатов планирования. Требование к скрытности: Кскр < КдопскР или Кскр ^ min , где Кдоп-CKp - допустимый риск компрометации результатов планирования. По существующим требования Кскр не более 0.2 [1, 3].
В качестве существенных свойств ИВППП, как составной части процесса планирования, выберем: 1) своевременность, 2) обоснованность, 3) ресурсопотребление, 4) скрытность. Поэтому основными требованиями, предъявляемыми к ИВППП, являются требования к данным свойствам.
1. В процессе планирования должностным лицам органов управления приходится вести обработку больших объемов информации в сжатые сроки. Поэтому в качестве одного из основных свойств ИВППП выступает своевременность, рассматриваемая как способность системы информационной поддержки (СИП) (как системы, реализующей ИВППП), обеспечивать выполнение процессов информационной поддержки планирования в установленные сроки. В качестве показателя своевременности выберем длительность выполнения нетворческих информационных процессов планирования, не связанных непосредственно с выработкой и принятием решений, реализуемых при использовании СИП, которая не должна превышать отведенный ресурс времени: Тнип<Тнипдоп, где Тнип - время решения информационных задач планирования, Тнипдоп - время, отведенное на решение информационных задач.
Требование к своевременности должно быть уточнено на основе частных требований к следующим временным интервалам:
к длительности получения информации в ходе решения задач планирования: tm < tnuon, где tm -время получения информации по какому-либо вопросу планирования, tnидоп - время, отведенное на получение этой информации;
ко времени обработки информации: toи < Uидоп, где tои - время обработки единичного фрагмента информации (информационного кадра), toидоп - время, отведенное на обработку фрагмента информации (информационного кадра);
ко времени разработки документов по связи: tpд < tpддon, где tpд - время разработки документа, tpддon - время, отведенное на разработку документа.
2. Обоснованность есть свойство соответствия (пригодности) процессов информационной поддержки задаче и сложившейся обстановке. Показателями обоснованности информационных процессов могут выступать как композиция показателей достоверности сбора, обработки и доведения информации, адекватности разработки документов, полноты и точности выдаваемой должностным лицам информации, так и их свертка (аддитивная, мультипликативная или др.). Требования к обоснованности определяются соотношением Qn > Qдопп (или Qn^max), где Qn - показатель обоснованности, Q»o„„ - допустимое значение показателя обоснованности.
3. Ресурсопотребление характеризует способность распределения в процессе планирования усилий органов управления и ресурсов СИП для обеспечения информационной поддержки и разработки необходимого перечня документов. В качестве показателей ресурсопотребления могут выступать количество должностных лиц (R'n), затраты ресурсов СИП (R"n), необходимых для реализации информационной поддержки процессов планирования. Возможности СИП по снижению интенсивности работы должностных лиц в процессе реализации планирования характеризует трудоемкость. В качестве показателя трудоемкости может выступать мера возможности СИП по обеспечению процессов планирования (Wn). Wn может определяться, например, как отношение количества обеспечиваемых СИП работ (операций) в процессе планирования к их общему количеству и т.п. Требования к ресурсопотреблению и трудоемкости: R\<R'non, (или R'n^min), R "п <R"J>on (или R'^min) и Wn > W„»o„ (или W„^max), где R'„»o„, R"n, Wn»on - допустимое (выделенное) количество людских и вычислительных ресурсов и допустимая степень возможностей СИП по реализации ИВППП соответственно.
4. Скрытность задает свойство отсутствия в процессе ИВППП утечки информации как о самом факте планирования, так и генерируемых решениях, формируемых документах и отраженных в них данных. Это свойство можно оценивать коэффициентом скрытности Кскр, имеющим смысл риска компрометации результатов планирования при использовании СИП. Требование к скрытности: Кскр < Кдопскр или Кскр ^ min , где Кдопскр - допустимый риск компрометации результатов планирования.
При анализе и синтезе процессов ИВППП требования по оперативности являются основными, а остальные относятся к числу ограничивающих. Требования к процессу ИВППП обобщены в табл. 1.
Таблица 1
Требования к информационно-вычислительной поддержке процесса планирования_
Свойства Показатели Требования
1.Своевременность Время реализации нетворческих информационных процессов планирования rp < 71 доп 1 нип — 1 нип
Время получения информации tn t < t доп
Время обработки информации t°u T < t доп 1 ои— 1 ои
Время разработки документов tpd Т ^ t доп T рд< t рд
2. Обоснованность Функция от показателей достоверности сбора, обработки информации, адекватности разработки документов по связи, полноты и точности предоставляемой должностными лицами информации йп > еп (Яп^тах)
3. Ресурсопотребление (в т.ч. трудоемкость) Количество R'n должностных лиц Я'п <К'пдоп, (Я'п^тт)
Затраты R"n ресурсов СИП на реализацию процессов планирования Я"п <Я"пдоп (К'п^тт)
Возможности Wn СИП по реализации ИВППП W„ > Wj*"' (№п^тах),
4. Скрытность Коэффициент скрытности KcKp, отражающий риск компрометации результатов планирования К < Коп -Т^скр — скр (Кскр ^ min)
Эффективная организация ИВППП может быть достигнута за счет создания эффективной системы, реализующей этот процесс. В качестве существенных свойств СИП, как системы ИВППП, выберем: 1) готовность к работе, 2) производительность, 3) ресурсопотребление, 4) устойчивость, 5) безопасность.
1. Под готовностью к работе СИП будем понимать ее способность перейти в состояние готовности к функционированию в любых условиях обстановки. Показателями готовности к работе могут быть: а) время t6S перевода СИП в состояние готовности к функционированию, состоящее из времени инициализации системы, перевода в необходимый режим функционирования, актуализации при необходимости данных, хранящихся в информационном хранилище системы, создания действующей конфигурации системы и инициализации управляющих процессов в ней; б) вероятность перевода СИП в состояние готовности к функционированию в соответствии с предназначением за время t6z < Тдо'1вг: W6=P (tea <
Tdon6z)>PmP6г.
2. Под производительностью СИП будем понимать ее свойство, проявляющееся в способности обеспечивать с требуемыми показателями выполнение заданной совокупности информационных задач планирования в установленные сроки (единицу времени). В качестве показателя производительности определим вероятность того, что решение информационных задач планирования объемом Vou > V°4mp, будет выполнено за время 4п, не превышающее допустимое Tdonnn: Wnn=P(V°u > Vo4mp, tm < Tdonnn) >Pmpnn. Производительность СИП на отдельном этапе планирования может оцениваться коэффициентом оперативной скорости исполнения информационных задач, определяемым как отношение времени директивного исполнения информационных задач этапа к реальному: Vi=Tmpi /Tpеал. Коэффициент оперативной скорости должен быть больше 1.
3. Ресурсопотребление характеризует номенклатуру и количество необходимых аппаратных и программных средств СИП, объемы необходимых информационных массивов и т.п. Показателями R ресурсопотребления являются эксплуатационные показатели СИП, характеризующие ее аппаратную, информационную и программную сложность. Требования к ресурсопотреблению: R<Rdon, где Rdon - допустимые значения показателей.
4. Под устойчивостью СИП понимается ее способность обеспечивать требуемую обоснованность ИВППП в условиях наличия неблагоприятных факторов. Устойчивость системы определяется ее живучестью, помехоустойчивостью и надежностью. Под живучестью СИП понимается ее способность обеспечивать ИВППП в условиях воздействий всех видов, под помехоустойчивостью, надежностью - ее способность обеспечивать ИВППП, сохраняя в установленных пределах значения всех показателей СИП. В качестве показателей этих свойств могут быть использованы: вероятность Р<ы1ж выживания, коэффициент Кг готовности или коэффициент исправного действия, среднее время teoccm восстановления, среднее время tuo наработки на отказ и др. Требования к устойчивости определяются соотношениями: Реъж >Рвы-ж0°п (или Рыж ^ max), Кг >Kmp, teoccm < teoccmd°n, tuo >tu°d°n, где P^"™, Kmp, teoccmd°n, tu°d°n - допустимые значения показателей.
5. Под безопасностью функционирования СИП будем понимать ее способность обеспечивать разведзащищенность и имитостойкость процессов ИВППП. В качестве показателя W6n безопасности
функционирования СИП может быть использована вероятность того, что время (еск вскрытия системы и реализуемых ею процессов будет не меньше допустимого времени Тескдо": №вп=Р^еск <Тескдоп) >Рбптр.
Состав и значения требуемых показателей выделенных свойств СИП представлены в табл. 2.
Таблица 2
Требования к системе информационной поддержки_
Свойства Показатели Требования
1. Готовность к работе Время перевода системы в состояние готовности к функционированию (мин) t ^Тдоп тдоп töi^i бг, T бг
Вероятность перевода системы в состояние готовности к функционированию Ртрбг—0,95
2. Производительность Вероятность своевременного решения функциональных задач планирования с требуемым объемом информации УГпп-РфоёУот, ^ж—^д J>P"rnm
Коэффициент V оперативной скорости исполнения работ Ртрш—0,96-0,98 V >1
3. Ресурсопот-ребление Эксплуатационные показатели Я СИП R —Rдоп
4. Устойчивость Вероятность выживания системы (при минимальной конфигурации): Р = 1 выж Р функц>Т- функц ) >P вЫЖ р Рыжтр—0,75-0,85
Коэффициент готовности: Кг>Кгтр а) при преднамеренных помехах: б) при непреднамеренных помехах: Кгтр- 0,8-0,92 0,92-0,98
Среднее время восстановления работоспособности системы t —t доп (восст — (восст , $восстдП—1-3 мин.
5. Безопасность Вероятность ввода ложной информации P —P тр p rnp—iß-9 ifi-10 1 вли —1 вли ? 1 вли 1XJ 1XJ
Вероятность несанкционированного доступа P — P тр, 1 нсд — 1 нсд ? РИС0тр—10г9-10г10
Среднее время вскрытия системы с заданной вероятностью (система считается вскрытой, если вскрыто 80% ее элементов) доп 'вск — -L вск ? Tвскдоп—24 ч.
Введенные показатели существенных свойств ИВППП и СИП, несмотря на то, что к ним предъявлены количественные требования, сложно использовать для оценки эффективности применения тех или иных решений по построению СИП. Это обусловлено действием ряда факторов, основными из которых являются: сложность процессов информационной поддержки планирования, которые не поддаются единому описанию, и высокая степень неопределенности условий функционирования СИП.
Список литературы
1. Котенко И.В. Теория и практика построения автоматизированных систем информационной и вычислительной поддержки процессов планирования связи на основе новых информационных технологий. Монография. СПб.: DEC, 1998. 404 с.
2. Рунеев А.Ю. Организация космической связи. Методология и математические модели оценки эффективности. СПб.: ВАС, 1992.
3. Галов С.Ю., Кудрявцев А.М., Смирнов А.А. Применение аналитических методов при принятии решений: Учеб. пособие. СПб.: ВАС, 2019. 110 с.
4. Карпов Е.А., Котенко И.В., Боговик А.В. и др. Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. СПб.: ВУС, 2000. 194 с.
Мякотин Александр Викторович, д-р техн. наук, профессор, alexsandrmyakotin@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Бурлаков Андрей Анатольевич, канд. воен. наук, доцент, burlakov38@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Моргунов Алексей Яковлевич, канд. воен. наук, доцент, vchery@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Питенко Валерий Александрович, старший преподаватель, valalpit@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Муравьев Александр Иванович, преподаватель, muravjev.a1@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи
REQUIREMENTS FOR INFORMATION AND COMPUTING SUPPORT OF THE PLANNING PROCESS
A.V. Myakotin, A.A. Burlakov, A.Ya. Morgunov, V.A. Pitenko, A.I. Muravyev
127
The article substantiates the essential properties of the planning process (as a process for which information support is provided), information and computing support for the planning process and the information support system (as a system implementing information and computing support for the planning process), quantitative and qualitative criteria are given.
Key words: planning process, information and computing support, information support system.
Myakotin Alexander Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, alexsandrmyako-tin@gmail.com, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Burlakov Andrey Anatolyevich, candidate of military sciences, docent, burlakov38@gmail. com, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Morgunov Alexey Yakovlevich, candidate of military sciences, docent, vchery@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Pitenko Valery Aleksandrovich, senior lecturer, valalpit@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications., Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Muravyev Alexander Ivanovich, lecturer, muravjev.a1@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications
УДК 519.688
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-128-138
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ НА ГРАФАХ А.О. Гюллинг, Н.В. Воронцова
Статья посвящена рассмотрению разработанного алгоритма и программы решения задачи визуализации на графах получения остовного дерева.
Ключевые слова: графы, визуализация, остовное дерево, язык программирования C#, платформа .NET Framework.
Задачи оптимизации, удобно представляемые и решаемые на графах, многочисленны. Из них можно выделить две, которые стали наиболее распространенными и даже классическими:
- Задачи оптимальных покрывающих деревьев (или же минимального остовного дерева)
- Задачи нахождения кратчайшего пути в графе (задача коммивояжёра)
Задача о минимальном остовном дереве (минимальном покрывающем дереве) более проста, но тем не менее всё так же значима [1]. Алгоритмы её решения могут использоваться для минимизации затрат в задачах календарного планирования, где вес ребра представляет время или трудоемкость выполнения производственной задачи, а сами задачи становятся вершинами. Также она может использоваться для строительства минимально затратной дорожной сети, или же в логистике крупных авиалиний.
В рамках теории графов задачу можно сформулировать следующим образом:
в связном взвешенном неориентированном графе найти подграф со всеми вершинами начального графа, соединенными минимальным количеством рёбер, сумма весов которых будет также минимальна (рис. 1).
Языком программирования стал C#, а платформой - .NET Framework. Это наиболее распространенная платформа для создания клиентских приложений на ОС Windows. Более того, интерфейсная технология WPF, являющаяся подсистемой .NET Framework, обладает отличным графическим инструментарием, который понадобится в ходе разработки. Её интерфейсные элементы управления очень гибки в надстройке [6].
