Preview

Информатика

Расширенный поиск
Том 16, № 2 (2019)
Скачать выпуск PDF | PDF

ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ И РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВ

7-17 178
Аннотация

Рассмотрены методы отбора информативных признаков для выделения геометрических признаков при описании ядер на люминесцентных изображениях раковых клеток. Выполнен обзор существующих геометрических признаков, который включает в себя как признаки формы, устойчивые к повороту и перемещению изображения, так и признаки расположения в пространстве. Для отбора наиболее информативных признаков использованы шесть методов: медианный, корреляционный с расчетом коэффициента корреляции по Пирсону, корреляционный с расчетом коэффициента корреляции по Спирмену, метод логистической регрессии, случайного леса с CART-деревьями и критерием Gini, случайного леса с CART-деревьями и критерием минимизации ошибки. В результате исследования из 59 признаков отобраны 11 наиболее информативных, выполнен анализ качества классификации с помощью метода случайного леса и рассчитаны временные затраты в зависимости от количества признаков для описания объектов. Для метода случайного леса использование 11 признаков является достаточным по точности классификации и позволяет снизить временные затраты в 2,3 раза.

18-26 150
Аннотация

Рассматривается проблема обнаружения и сегментации опухолей на полнослайдовых гистологических изображениях с целью компьютерной поддержки процессов диагностики рака молочной железы. В качестве базовых инструментов используются технология глубокого обучения и классификационные сверточные нейронные сети. Основу используемого метода сегментации составляет процедура отнесения фрагментов изображений к классу «норма» либо «опухоль» в каждой позиции скользящего окна. Данная процедура базируется на методах глубокого обучения (Deep Learning) и реализуется сверточной нейронной сетью, предварительно обученной на представительном наборе из 600 000 небольших фрагментов цветных изображений размером 256×256 пикселов. Получаемая в результате карта вероятностей принадлежности каждого элементарного фрагмента сканируемого полнослайдового изображения к классу «опухоль» обрабатывается известными методами с целью получения выходных бинарных масок патологических участков. Предложенный алгоритм сегментации опухолей на полнослайдовых гистологических изображениях может использоваться для автоматизации процессов диагностики онкологических заболеваний. Одним из важных преимуществ алгоритма является возможность автоматического обнаружения небольших агломератов раковых клеток.

27-39 144
Аннотация

Предлагается методическое и аппаратно-программное обеспечение на основе цифровой обработки и анализа речевых сигналов для оперативной и объективной диагностики неврологических патологий, сопровождающихся нарушениями речевой функции. Апробация разработанных методических и программных средств была проведена на базе Республиканского научно-практического центра неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения Республики Беларусь и Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Результаты апробации выявили качественные (на основе полученных графиков спектрограмм, кепстрограмм, гистограмм) и количественные (на основе вычисленных параметров) различия между параметрами речевых сигналов в норме и при бульбарном синдроме. Предварительные результаты исследования подтвердили целесообразность использования разработанного авторами методического и аппаратно-программного обеспечения для регистрации и обработки речевых сигналов в диагностике неврологических заболеваний.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

40-51 362
Аннотация

Разработана методика решения краевой задачи проникновения плоских монохроматических электромагнитных полей через плоский однослойный экран, выполненный из пермаллоя. Постановка краевой задачи экранирования основывается на применении уравнений Максвелла и дополнительного нелинейного дифференциального уравнения для поля намагниченности, характеризующего пермаллой. Используются классические граничные условия непрерывности тангенциальных составляющих полей и дополнительные дифференциальные граничные условия для поля намагниченности на лицевых поверхностях экрана. Для упрощения решения задачи в результате исключения величин второго порядка малости, входящих в нелинейное уравнение, нелинейная задача преобразована в линейную. Построены корни (волновые числа) дисперсионного алгебраического уравнения четвертого порядка, которые характеризуют электромагнитные поля в слое из пермаллоя. Построена полная система четырех прямых и четырех обратных электромагнитных волн, распространяющихся в противоположных направлениях в слое пермаллоя. Получены двухсторонние граничные условия, связывающие электромагнитные поля по обе стороны экрана. Выполнено аналитическое решение краевой задачи с двухсторонними граничными условиями. Аналитически вычислены амплитуды отраженного и прошедшего через экран плоских электромагнитных полей.

52-61 124
Аннотация

Приводится классическое определение рейтинга и с его помощью уточняется математическая модель нахождения значений величины объектов. Рейтинг позволяет с единых позиций рассматривать как объективные, так и субъективные измерения. Если предположить, что некоторая последовательность объектов упорядочена по величине и эта величина изменяется равномерно, то для такой последовательности в качестве рейтинга можно выбрать номер объекта.

Аксиоматическое определение рейтинга опирается на математическую модель измерения. Формализация процесса измерения произвольной величины начинается с уточнения понятия измерения. В ходе измерения сравниваются размеры объектов, аксиоматически определяется матрица парных сравнений, на основании которой находится рейтинг. Зная рейтинг, можно найти значения величины. Далее с помощью рейтинга анализируются законы Фехнера и Стивенса. Эквивалентность законов Фехнера и Стивенса является подтверждением алгоритма определения значений измеряемой величины на основании рейтинга.

Субъективный метод нахождения рейтинга требует особого способа проверки надежности получаемой информации. Проверку надежности субъективного измерения предлагается выполнять методом альтернатив. В методе альтернатив каждый объект сравнивают с двумя альтернативными объектами. Критерием надежности субъективного измерения выступает статистическое совпадение значений рейтингов, полученных альтернативными способами сравнения.

ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

62-72 115
Аннотация

Рассматривается задача верификации систем управления на основе моделей их поведения, которая состоит в проверке соответствия поведения системы требованиям, предъявляемым спецификацией на ее проектирование. Тестирование предполагает выполнение экспериментов, заключающихся в моделировании исследуемой системы, в ходе которого она проверяется на вход-выходное соответствие модели. Тестовая последовательность генерируется на основе модели, описывающей желаемое поведение системы. Предлагается метод построения тестовой последовательности для верификации схемной (или программной) реализации системы управления с параллелизмом поведения, который основан на обходе графа состояний, достижимых при функционировании системы. Описывается метод построения множества достижимых полных состояний для параллельного алгоритма описания поведения системы управления и получения тестовых наборов. Полагается, что описание функционирования системы, заданное спецификацией на проектирование, корректно; проверке подлежит схемная (или программная) реализация, которая должна соответствовать этой спецификации.

73-89 125
Аннотация

Синтез логических схем, реализующих комбинационные блоки сверхбольших интегральных схем, – одна из важнейших задач компьютерного проектирования, так как размерность задач проектирования увеличивается, возрастает также время выполнения этапов синтеза логических схем. Особенно трудоемкой является глобальная технологическая независимая оптимизация – первый этап синтеза логической схемы. Суть второго этапа заключается в технологическом отображении оптимизированных логических представлений функций на логические элементы технологической библиотеки. Основные характеристики логической схемы, такие как площадь, быстродействие, энергопотребление, зависят от эффективности первого этапа. Эволюция методов глобальной логической оптимизации показала эффективность разложения Шеннона при оптимизации многоуровневых представлений систем полностью определенных булевых функций. Разработано множество методов и программ, использующих графические представления разложений Шеннона – BDD-представления. Большинство разработанных методов оптимизации BDD-представлений используют задания исходных систем булевых функций в виде дизъюнктивных нормальных форм (ДНФ).

Предлагается алгоритм минимизации числа вершин булевой сети, являющейся многоуровневым представлением системы полностью определенных булевых функций. Минимизация осуществляется на основе разложения Шеннона и поиска вершин сети, реализующих одинаковые и взаимно инверсные функции. Предложенный алгоритм логической оптимизации реализован в виде программы. Эксперименты показали, что данный алгоритм и полученную программу целесообразно использовать в случае, когда исходное многоуровневое представление функций невозможно представить (за приемлемое время работы компьютерной программы) в виде системы ДНФ либо когда система ДНФ, полученная из многоуровневого представления, содержит большое число (десятки и сотни тысяч) элементарных конъюнкций.

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ И НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ

90-98 159
Аннотация

При измерении маломощных оптических сигналов приемные модули систем должны обеспечивать достаточно высокую достоверность принятых данных. В этой связи целесообразно использовать высокочувствительные счетчики фотонов, которым, однако, присущи ошибки регистрации данных. Поэтому целью работы является оценка влияния средней скорости счета импульсов на выходе счетчика фотонов на достоверность принятой информации с учетом мертвого времени счетчика фотонов. Получено выражение для расчета достоверности данных, принятых по асинхронному двоичному несимметричному однородному каналу связи без памяти и со стиранием, в котором в качестве приемного модуля используется счетчик фотонов с мертвым временем продлевающегося типа. По результатам математического моделирования установлено, что с ростом средней скорости счета сигнальных импульсов на выходе счетчика фотонов при передаче символов 1 (ns1) достоверность принятых данных D растет, достигая насыщения. При прочих равных параметрах с увеличением средней длительности мертвого времени продлевающегося типа (τd) насыщение зависимости D(ns1) наблюдается при больших значениях средней скорости счета сигнальных импульсов: ns1 ≥ 35,0×104 с –1 для τd = 0; ns1 ≥ 38,9×104 с –1 для τd = 5 мкс; ns1 ≥ 43,7×104 с –1 для τd = 10 мкс; ns1 ≥ 50,0×104 с –1 для τd = 15 мкс.

99-108 115
Аннотация

Физическая криптография является одним из актуальных направлений среди существующих методов защиты цифровых устройств от нелегального доступа. Схемотехнические решения, лежащие в основе физической криптографии, получили название цифровых физически неклонируемых функций (ФНФ), реализация которых обеспечивает уникальность, невоспроизводимость (неклонируемость) защищаемого цифрового устройства. Кроме того, ФНФ эффективны с точки зрения аппаратных ресурсов при их реализации. Существующие ФНФ типа арбитр основаны на синтезе конфигурируемых симметричных путей, каждое звено которых представляет собой пару двухвходовых мультиплексоров, обеспечивающих две конфигурации трансляции тестовых сигналов: прямую и перекрестную. Для построения на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) типа FPGA одного звена необходимо применение двух встроенных LUT-блоков, обеспечивающих реализацию двух мультиплексоров, при этом ресурсы LUT-блоков используются не полностью. В статье предлагается новая архитектура звеньев симметричных путей ФНФ типа арбитр, позволяющая эффективно применять ресурсы LUT-блоков различных кристаллов FPGA.

БИОИНФОРМАТИКА

109-118 116
Аннотация

Проведено исследование кодирующих и некодирующих нуклеотидных последовательностей референсного генома человека. Разработаны семь моделей векторизации нуклеотидных последовательностей на основе частот моно-, би- и триграммов нуклеотидов, параметров модели частот и позиций сочетаний нуклеотидов (category-position-frequency model), длин последовательностей, корреляционных факторов нуклеотидов, статистических признаков кодирующих и некодирующих участков молекул ДНК. Определены наиболее информативные признаки моделей векторизации c использованием алгоритмов автоматического выбора признаков и классификации на основе методов случайного леса и опорных векторов. Установлено различие кодирующих и некодирующих фрагментов нуклеотидных последовательностей. Ошибка классификации последовательностей с использованием метода случайного леса на наборе из 23 наиболее информативных признаков составила 2,93 %.

НАУЧНОЕ НАСЛЕДИЕ

119-124 130
Аннотация

Представлены два периода научной деятельности профессора Александра Александровича Петровского, который на протяжении 15 лет (2004–2019) являлся членом редакционной коллегии журнала «Информатика». Показаны основные научные результаты, его вклад в области разработки теории и аппаратно-программных средств проблемно-ориентированных систем реального времени и обработки звуковой, речевой, графической информации, приведен перечень наиболее значимых трудов ученого.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1816-0301 (Print)
ISSN 2617-6963 (Online)