Том 32, № 4 (2024)

Создание этой модели генератора с полутора степенями свободы, содержащей единственный нелинейный элемент с симметричной характеристикой, было непосредственно связано с предшествующими работами в ИРЭ АН СССР по генераторам шумов на основе ламп бегущей волны — «шумотронам».

Цель. Исследование пространственно-частотной селекции сигнала в системе магнитных микроволноводов, разделенных между собой одномерным массивом отверстий в линейном и нелинейном режимах работы с помощью численных и экспериментальных методов. Методы. Микромагнитное моделирование спин-волнового транспорта в ферромагнитных пленках. Получение S-параметров спиновых волн, распространяющихся в тангенциально намагниченной структуре с помощью векторного анализатора цепей. Результаты. С помощью микромагнитного моделирования продемонстрированы пространственно-селективные свойства структуры в линейном и нелинейном режимах распространения спиновых волн. С помощью векторного анализатора выявлен механизм управления частотным диапазоном зон непропускания спин-волнового сигнала. Заключение. Волноведущая система латерально связанных волноводов, разделенная одномерным массивом отверстий, может быть использована в качестве функционального элемента в планарных топологиях магнонных сетей и устройств параллельной обработки сигналов на их основе.

Цель данного исследования — сравнительный анализ двух подходов к синтезу двумерных бинарных идентификаторов нуклеотидных последовательностей, получаемых в результате секвенирования ДНК различных биологических объектов. Методы. Один из подходов основан на моделировании процесса поляризационно-зависимой дифракции считывающего когерентного пучка на двумерной фазомодулирующей структуре (фазовом экране), ассоциируемой с получаемой в результате секвенирования ДНК символьной последовательностью. В основе другого подхода используется двумерное представление анализируемой последовательности с использованием популярного отображения хаотической игры (chaos game representation, CGR). Для получения конечно-размерного CGR отображения производится его фрагментация на заданное число ячеек, обеспечивающее приемлемую чувствительность синтезированного бинарного идентификатора к структурным изменениям отображаемой последовательности. Результаты. Сравнительный анализ проведен с использованием символьных последовательностей, соответствующих различным штаммам («Ухань», «Дельта», «Омикрон») вируса SarSCoV2, для которых получены и сравнены значения коэффициентов взаимной корреляции синтезированных бинарных идентификаторов. Заключение. Установлено, что бинарные идентификаторы, синтезированные с использованием метода поляризационного кодирования, характеризуются существенно более высокой чувствительностью к структурным изменениям анализируемых последовательностей и меньшими размерами в сравнении с CGR идентификаторами.

Цель настоящего исследования — разработка и исследование новой модели с кратковременной памятью, в основе которой лежат искусственная нейронная сеть без эффекта кратковременной памяти и динамическая модель кратковременной памяти с астроцитарной модуляцией. Методы. Искусственная нейронная сеть представлена классической сверточной нейронной сетью, не обладающей кратковременной памятью. Кратковременная память моделируется в нашей гибридной модели с помощью модели Цодыкса–Маркрама, представляющей собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений третьего порядка. Астроцитарная динамика моделируется среднеполевой моделью концентрации глиотрансмиттера. Результаты. Была разработана и исследована новая гибридная модель с кратковременной памятью с использованием сверточной нейронной сети и динамической модели синапса для задачи распознавания изображений. Приведены графики зависимости точности и ошибки от числа эпох для представленной модели. Введена метрика чувствительности распознавания изображений d-prime. Было проведено сравнение разработанной модели с рекуррентной нейронной сетью и конфигурацией новой модели без учета астроцитарной модуляции. Построена сравнительная таблица, показывающая лучшую точность распознавания для введенной модели. Заключение. В результате исследования показана возможность совмещения искусственной нейронной сети и динамической модели, расширяющей ее функционал. Сравнение предложенной модели с кратковременной памятью с использованием сверточной нейронной сети и динамической модели синапса с астроцитарной модуляцией с рекуррентной сетью показало эффективность предложенного подхода в имитации кратковременной памяти.

Цель настоящей работы — сравнительный анализ эффективности использования искусственных нейронных сетей с различными сверточными и рекуррентными архитектурами в задаче диагностики депрессии на основе данных электроэнцефалограмм (ЭЭГ). В качестве объектов исследования выбраны открытые наборы данных и выполнен сбор собственных данных ЭЭГ реальных пациентов с депрессией. Методы. Для решения задачи выявления биомаркеров депрессивного расстройства по данных ЭЭГ использовались сверточные нейронные сети, использующие двумерную или одномерную операцию свертки, а также гибридные модели сверточных и рекуррентных нейронных сетей. Для тестирования разработанных моделей искусственных нейронных сетей были выбраны открытые наборы данных, выполнен эксперимент по сбору собственных данных реальных пациентов с депрессией, а также проведено объединение подготовленных наборов данных. Результатом работы является анализ и сравнение эффективности различных классификаторов на основе моделей сверточных и рекуррентных нейронных сетей. Заключение. Показано, что средняя точность классификации депрессивного расстройства на тестовой выборке с использованием перекрестной проверки составила 0.68. Полученные данные согласуются с известными из литературы результатами, полученными для небольших наборов данных c разбивкой по пациентам. Хотя полученная в данной задаче точность недостаточна для практического применения модели, можно утверждать как о перспективности дальнейших исследований в направлении повышения эффективности модели, так и о необходимости создания достаточно большого репрезентативного набора данных пациентов с депрессией, что является важной научной задачей для дальнейшего построения биофизических моделей депрессивных расстройств.

Цель работы состоит в построении системы нелинейных эволюционных уравнений для двух соосных цилиндрических оболочек, содержащих вязкую жидкость между ними и во внутренней оболочке, а также в численном моделировании процессов распространения нелинейных уединенных продольных волн деформации в данных оболочках. Рассмотрен случай, когда для материала оболочек закон связи напряжений и деформаций имеет жесткую комбинированную нелинейность в виде степенной функции с дробным показателем и квадратичной функции. Методы. Для постановки задачи гидроупругости оболочек используется Лагранжево-Эйлеровый подход записи уравнений динамики и краевых условий. Для анализа сформулированной задачи применен метод двухмасштабных разложений. В результате асимптотического анализа получена система двух эволюционных уравнений, которые представляют собой обобщенные уравнения Кортевега– де Вриза–Шамеля, и показано, что в общем случае система требует численного исследования. Для дискретизации системы эволюционных уравнений предложена новая разностная схема, полученная с использованием техники базисов Грёбнера. Результаты. Найдено точное решение системы эволюционных уравнений для частного случая отсутствия жидкости во внутренней оболочке. Численное моделирование показало, что при отсутствии жидкости во внутренней оболочке уединенные волны деформации имеют сверхзвуковую скорость. Кроме того, для указанного случая установлено, что волны деформации в оболочках сохраняют свою скорость и амплитуду после взаимодействия, то есть представляют собой солитоны. С другой стороны, расчеты показали, что при наличии вязкой жидкости во внутренней оболочке наблюдается затухание солитонов деформации, а скорость их распространения становится дозвуковой.

Цель настоящего исследования состоит в формировании рабочего определения информации для обеспечения потребностей компьютерных наук. В настоящее время нет строгого определения данного термина. Наблюдается методологическое противоречие: разработка и применение информационных технологий требуют точности и строгости, но при этом в основе разработок лежит размытое, интуитивное понятие. Материалы и методы. Материалами для исследования служат существующие классические подходы к пониманию информации, в качестве основного метода — анализ этих подходов. Предлагаемое определение строится с учетом двух математических преобразований — выделения некоторого подмножества и отображения между множествами. Для формализации процедуры выделения используются методы теории нечетких множеств. Результаты. Предложено определение информации как результат отображения, при котором выделение подмножества из совокупности прообразов приводит к выделению соответствующего подмножества из совокупности образов. Выделяемое подмножество можно понимать как нечеткое, тогда допустимо эквивалентное определение информации как результат отображения, при котором повышение неоднородности распределения показателя присутствия на множестве прообразов приводит к повышению неоднородности распределения соответствующего показателя на множестве образов. Сущность нового определения демонстрируется на моделях популяционной динамики в дискретном времени. Значимость предложенного подхода для информационных технологий раскрывается на примере численного метода многоэкстремальной оптимизации. Показано, что предложенное определение позволяет сформулировать эффективные условия остановки для численного метода стохастической оптимизации, гарантирующие получение заданного количества информации. Заключение. Предлагаемое понимание информации позволяет преодолеть недостатки предыдущих подходов к пониманию сущности информации, сохраняет все преимущества классического подхода и согласуется с другими известными подходами в области компьютерных наук. Это определение может быть использовано для совершенствования численных методов оптимизации, равно как и других средств информационных технологий.