bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
THE CONCEPT OF OPEN PUBLIC SPACE OF THE CITY AS AN OBJECT OF DESIGN
Authors:   Ukrainian Institute of Arts and Sciences, Chemakina Oktyabrina , Kuzmin Oleg ,   National University of Food Technologies, Adamenko Stanislav ,   Ukrainian Institute of Arts and Sciences, Ralko Maria ,   Ukrainian Institute of Arts and Sciences, Vasilchenko Olga ,   Architect
Published: August 2021

The article examines the concept of public space, traces its interpretation in individual sociological studies. The types of public spaces, their relationship with the social component of cities are analyzed; the main approaches to the design of the subject-spatial environment of public spaces of cities.
Ethical issues of genome screening: review
Authors: Баранова Е.Е. , Зобкова Г.Ю. , Воронцова М.В. , Ижевская В.Л.
Published: August 2021

Полногеномное и полноэкзомное секвенирование имеет общепризнанную клиническую значимость для диагностики орфанных заболеваний. Вследствие развития технологии секвенирования и последующего снижения затрат на тестирование, данные методы все чаще используются не только в клинических целях, но и в качестве инструмента скрининга здоровых индивидов. При проведении исследования по поводу подозрения на генетическое заболевание в семье и при тестировании здорового человека «по желанию» могут быть выявлены «случайные находки» с разной клинической значимостью. Однако в ряде профессиональных руководств появились рекомендации по систематическому поиску клинически значимых вторичных результатов - так называемому оппортунистическому скринингу. В соответствии с этим активно обсуждаются этические проблемы оппортунистического скрининга в контексте соразмерности пользы и рисков для тестируемого человека, информированного согласия и защиты его автономии и справедливости. Этические проблемы в связи с клиническим использованием анализа генома в Российской Федерации мало изучены. В данной обзорной статье описываются упомянутые проблемы и на основе международного опыта.

Whole-genome and whole-exome sequencing have universally recognized clinical importance for the diagnosis of orphan diseases. Due to the development of sequencing technology and the subsequent reduction in diagnostic costs, these methods are increasingly used not only for clinical purposes, but also as a screening tool in healthy individuals. The study for suspected genetic disease in the family or testing a healthy person «optional» can be revealed «incidental findings» with different clinical significance. However, a number of professional guidelines recommend a systematic search for clinically significant secondary results - the so-called opportunistic screening. Accordingly, the ethical problems of opportunistic screening actively discussed, particularly in the context of the proportionality of the benefits and risks for the tested person, informed consent and the protection of autonomy and justice. Ethical problems of genetic counseling in modern economic and technical aspects in the Russian Federation have been little studied. This review article describes the problems mentioned, provides international experience and recommendations for solving the aforementioned problems.
Krabbe’s Disease mutation spectrum in Russian Federation
Authors: Нагорнов И.О. , Байдакова Г.В. , Зинченко Р.А. , Сайдаева Д.Х. , Галушкин А.С. , Нагорнова Т.С. , Михайлова С.В. , Захарова Е.Ю.
Published: August 2021

Болезнь Краббе (БКр) - редкое наследственное аутосомно-рецессивное заболевание, входящее в группу лизосомных болезней накопления. Заболевание обусловлено мутациями в гене GALC, приводящими к дефициту фермента галактозилцерамидазы. Частота БКр оценивается как 1:100 000 живых новорожденных, хотя в некоторых странах регистрируется более высокая частота заболевания. Точная частота БКр в Российской Федерации и в ее регионах неизвестна. Мажорной мутацией, приводящей к развитию БКр, является крупная делеция затрагивающая 11-17 экзоны гена GALC c.1161+6532_polyA+9kbdel (IVS10del30kb). Доля этой мутации в европейской популяции оценивается примерно в 50% от всех мутаций. Для изучения спектра и частот мутаций гена GALC на территории РФ были обследованы пациенты из разных регионов. Частая делеция составила 54% от общего числа выявленных мутаций, что сопоставимо с данными по европейской популяции. Однако в Чеченской Республике данная мутация встречалась гораздо чаще, чем в других регионах. Среди 950 исследованных образцов было выявлено 7 гетерозиготных носителей частой мутации. Учитывая вклад других мутаций, расчётная частота БКр в республике составила 1:51237, что превышает таковую в европейской популяции. Дополнительный анализ всех найденных мутаций гена GALC позволил выявить вариант c.578T>C, p.Ile193Thr, аллельная частота которого составила 8%. Данная замена впервые была описана у пациентов из нашей выборки и встречается только при поздней инфантильной форме заболевания у русских пациентов.

Krabbe’s disease (KD) is a rare inherited autosomal recessive lysosomal storage disease. KD is caused by mutations in the GALC gene leading to deficiency of galactosylceramidase. KD oссurs in 1 per 100 000 newborns, although some countries have a higher incidence rate. The exact KD incidence in Russia is unknown. A major mutation leading to the KD development is a large deletion affecting exons 11-17 of the GALC gene с.1161+6532_polyA+9kbdel (IVS10del30kb). This mutation occurs in 50% of KD cases in the European population. Patients from different regions were studied to analyze the mutation spectrum and the incidence in the Russian population. The incidence rate of the large deletion in our study equals 54%, that is comparable with European population. However, in the Chechen Republic this mutation is much more common than in other regions. 950 samples were studied, 7 heterozygous carriers of frequent mutation were identified. Thus, the estimated KD incidence rate is 1:51237 considering other mutations, and it is higher than that in the European population. Additional analysis of all detected GALC mutations revealed a genetic variant c.578T>C, p.Ile193Thr with allelic frequency measured up 8%. This substitution was described in our selection for the first time and presented only in Russian patients with late infantile form of the disease.
Human lactoferrin enhances the expression of transcription factor c-Fos in neuronal cultures under stimulated conditions
Authors: Копаева М.Ю. , Азиева А.М. , Черепов А.Б. , Нестеренко М.В. , Зарайская И.Ю.
Published: August 2021

Целью настоящей работы стало исследование влияния лактоферрина (Лф) человека на экспрессию транскрипционного фактора c-Fos в первичных нейрональных культурах после физиологической стимуляции, определение клеточной локализации Лф человека и возможной колокализации экзогенного белка с индуцированной экспрессией c-Fos. Методы. Первичные диссоциированные клеточные культуры получали из гиппокампа головного мозга новорожденных мышей (Р0-Р1) линии С57Вl/6. Индукцию экспрессии белка c-Fos в клетках осуществляли путем трехкратного добавления 50 мМ KСl в культуральную среду на 8-й день культивирования in vitro. Анализ содержания c-Fos проводили иммунофлюоресцентным методом через 2 часа после стимуляции. Результаты. Лф детектировался как в цитоплазме, так и в ядрах отдельных клеток культуры после стимуляции KСl. В ядрах некоторых клеток была выявлена колокализация включения Лф и экспрессии c-Fos. Было обнаружено, что предварительное введение Лф в культуральную среду увеличивало количество клеток, экспрессирующих c-Fos после добавления 50 мМ KСl.

The aims of this research were 1) to study the effect of human lactoferrin (Lf) on the expression of the c-Fos transcription factor in primary neuronal cultures after physiological stimulation; 2) to determine the cellular localization of human Lf and possible colocalization of an exogenous protein with induced c-Fos expression. Methods. Primary dissociated cell cultures were obtained from the hippocampus of newborn C57Bl/6 mice (P0-P1). The expression of c-Fos was induced by addition of 50 mM KCl to the culture medium at 8 day in vitro. c-Fos content was analyzed by immunofluorescence 2 hrs after stimulation. Results. Lf was detected in cytoplasm and in nuclei after stimulation KCl. Lf inclusion and c-Fos expression were colocalized in the nuclei of some cells. Thus, results showed that pretreatment with Lf led to increase in the number of cells expressing c-Fos after exposure to 50 mM KCl.
Computer synthesis of diffractive optical elements for forming 3D images
Authors: Дурлевич С.Р.
Published: August 2021

Предложен метод расчета и синтеза микрорельефа дифракционного оптического элемента, формирующего новый визуальный защитный признак - эффект смены одного 3D-изображения на другое 3D-изображение при повороте дифракционного оптического элемента на 90 градусов. Разработаны эффективные алгоритмы расчета микрорельефа дифракционного оптического элемента. Методами математического моделирования определены оптимальные параметры дифракционного оптического элемента. С помощью электронно-лучевой технологии изготовлены образцы оптических защитных элементов, формирующих визуальный эффект смены 3D-изображений при освещении оптического элемента белым светом. Разработанные оптические элементы могут тиражироваться с помощью стандартного оборудования, используемого для изготовления защитных голограмм. Новый защитный признак легко контролируется визуально, надежно защищен от подделки и предназначен для защиты банкнот, документов, идентификационных карт и др.

A method is proposed to compute and synthesize the microrelief of a diffractive optical element to produce a new visual security feature: alternation of two 3D color images when the diffractive element is rotated by 90 degrees. Effective
algorithms for computing the micro-relief of an optical element are developed. Optimal parameters of the diffractive optical element are determined using methods of mathematical modeling. Sample optical security elements that produce 3D to 3D visual switch effect when illuminated by white light were manufactured using the electron-beam lithography. The optical elements developed can be replicated using a standard equipment employed for manufacturing security holograms.
The new optical security feature is easy to control visually, safely protected against counterfeit, and designed to protect banknotes, documents, ID cards, etc.
Flows of ideal and real gases in channels of variable cross section with unsteady localized energy supply
Authors: Брыков Н.А. , Волков К.Н. , Емельянов В.Н. , Тетерина И.В.
Published: August 2021

Проводится моделирование течений газа в технических устройствах, в которых протекают процессы, связанные с нестационарным локализованным подводом энергии. Для численного моделирования нестационарных сопловых течений с интенсивным энергоподводом используется метод конечных объемов и векторизованный подход к
расчету потоков. Для моделирования термодинамических процессов в высокотемпературных потоках воздуха применяется приближенная модель равновесной термодинамики воздуха. Приводятся результаты численного моделирования одномерных и двумерных сопловых течений с подвижной зоной энерогоподвода. На основе данных численного моделирования обсуждается качественная картина газодинамических и тепловых процессов в сопле при нестационарном подводе энергии. Устанавливается зависимость расходных характеристик сопла, а также смещение соплового скачка уплотнения при перерасширенном истечении газа из сопла от интенсивности и
цикличности энергоподвода в дозвуковой части сопла.

Gas flows are simulated in technical devices where processes associated with unsteady localized energy supply are proceeded. The finite volume method and the vectorized approach to the calculation of numerical fluxes are applied to the simulation of unsteady nozzle flows with intense energy supply. An approximate model of equilibrium thermodynamics of air is used to simulate thermodynamic processes in high-temperature air flows. The numerical results obtained for
one-dimensional and two-dimensional nozzle flows with moving zones of energy supply are analyzed. A qualitative picture of gasdynamic and thermal processes in a nozzle with unsteady energy supply is discussed on the basis of the results
of numerical simulation. A dependence of the nozzle flow rate and the displacement of nozzle shock wave on the intensity and cyclicity of energy supply is considered for overexpanded nozzle flow.
Artificial boundary conditions for numerical modeling of electron oscillations in plasma
Authors: Чижонков Е.В.
Published: August 2021

Асимптотическими методами изучается поведение функций, описывающих релятивистский эффект опрокидывания плоских одномерных электронных плазменных колебаний. Полученные формулы порождают различные виды искусственных граничных условий, которые анализируются с помощью численных экспериментов. Специально подобранная комбинация предложенных граничных условий используется для моделирования эффекта опрокидывания в пространственно двумерном случае. Часть расчетов была проведена на СКИФ МГУ "Чебышев" (МГУ им. М.В. Ломоносова).

The behavior of the functions describing the relativistic breaking effect of plane one-dimensional electron plasma oscillations is studied by asymptotic methods. The obtained formulas generate various forms of artificial boundary conditions which analyzed by numerical experiments. A special combination of the proposed boundary conditions is used to simulate the breaking effect in the spatially two-dimensional case. A part of computation was performed on the "Chebyshev" Moscow University supercomputer system.
A new tomography method in the presence of an opaque object
Authors: Лихачев А.В.
Published: August 2021

Разработан новый метод реконструкции изображения сечения объекта, содержащего непрозрачное включение. Для того чтобы оценить неизвестные данные в области тени, решается система линейных алгебраических уравнений, построенная на основе представления моментов проекций однородными полиномами. По результатам проведенного вычислительного эксперимента оказалось, что метод имеет преимущества перед альтернативными подходами.

A new tomography method for a two-dimensional object containing an opaque inclusion is developed. For the estimation of unknown data in the opaque object's shadow, the system of linear algebraic equations derived from the representation
of projections of moments by homogeneous polynomials is solved. The numerical results show that the method has a number of advantages over alternative approaches.
Application of block low-rank matrices in Gaussian processes for regression
Authors: Сушникова Д.А.
Published: August 2021

Рассматривается задача регрессии на основе гауссовских процессов. В ходе моделирования коррелированного шума при помощи гауссовского процесса основной проблемой является подсчет апостериорного среднего и дисперсии прогноза, для чего необходимо обращать плотную матрицу ковариации размера $n\times n$, где $n$ - размер выборки.Кроме того, для оценки правдоподобия требуется вычислять логарифм определителя плотной ковариационной матрицы, что тоже является трудоемкой задачей. Предложен метод быстрого вычисления логарифма определителя матрицы ковариации на основе идеи ее аппроксимации разреженной матрицей. При сравнении с методом HODLR (Hierarchically Off-Diagonal Low-Rank) и с традиционным плотным методом предложенный метод оказался более эффективным по времени.

The Gaussian processes for regression are considered. During simulation of correlated noises using the Gaussian processes, the main difficulty is the computation of the posterior mean and dispersion of the prediction. This computation requires the inversion of the dense covariance matrix of order $n$, where $n$ is the sample size. In addition, for the likelihood evaluation we need to compute the logarithm of the determinant of the dense covariance matrix, which is also a time-consuming problem. A new method for the fast computation of the covariance matrix logarithm is proposed. This method is based on the approximation of this matrix by a sparse matrix. The proposed method appears to be time efficient compared to the HODLR (Hierarchically Off-Diagonal Low-Rank) method and the traditional dense method.
Acceleration of seismic data processing with wave-packet decomposition using NVidia CUDA
Authors: Никитин В.В. , Дучков А.А. , Андерссон Ф.
Published: August 2021

Сейсмические данные характеризуются своей нерегулярностью, многомерностью и большим объемом. В настоящей статье рассматривается разложение данных по одному из наиболее оптимальных базисов - гауссовым волновым пакетам. На базе графических процессоров реализован и оптимизирован быстрый алгоритм прямого и обратного преобразования по трехмерным гауссовым волновым пакетам. Оптимизированная версия программы для графических ускорителей демонстрирует рост производительности в 2-6 раз по сравнению с 20-ядерным процессором.Проведено успешное тестирование алгоритмов на синтетических сейсмических данных: восстановление изображения по коэффициентам гауссовых волновых пакетов, сжатие данных, подавление шумов данных, интерполяция данных в случае пропущенных трасс.

Seismic data are characterized by multidimensionality, large data sizes, and irregular structures. In this paper we consider an optimal decomposition of seismic data using the basis of Gaussian wave packets. We implemented and optimized a number of fast algorithms for forward and inverse transforms for three-dimensional seismic data decomposition. The algorithms implemented on GPU demonstrate 2-6 speedup compared to 20-core CPUs. The programs were tested on synthetic seismic data sets: data reconstruction by Gaussian wave-packet coefficients, data compression, denoising, and interpolation in the case of missing traces.
Mechanical losses in glassy silicon dioxide: results of atomistic simulation
Authors: Григорьев Ф.В. , Сулимов В.Б. , Тихонравов А.В.
Published: August 2021

Предложены методы расчета потерь механической энергии в твердых материалах на основе моделирования методом молекулярной динамики внешнего воздействия и последующей релаксации системы. Рассчитывается обратная добротность и фурье-образ обратной добротности на частоте, равной обратному времени релаксации системы. Для обратной добротности получена оценка сверху, равная $10^{-4}$, что находится в интервале экспериментальных значений; для фурье-образа обратной добротности получена оценка сверху, равная $10^{-2}$.

Two methods to estimate the mechanical energy losses in solid materials are proposed. These methods are based on the molecular dynamics simulation of external actions on the body's structure, followed by its relaxation. The inverse quality factor and its Fourier transform are estimated on the frequency equal to the reverse time of relaxation. The inverse quality factor is estimated from above by $10^{-4}$, which corresponds to experimental data.The Fourier transform is estimated from above by $10^{-2}$.
A numerical method to estimate the effective elastic moduli of rocks from two- and three-dimensional digital images of rock core samples
Authors: Решетова Г.В. , Хачкова Т.С.
Published: August 2021

Представлен численный алгоритм оценки упругих свойств образцов горной породы по дву- и трехмерным компьютерным томограммам. Метод основан на принципе эквивалентности энергии деформаций, вызываемых однородными граничными статическими условиями, имитирующими физический эксперимент. На этой основе определяется эффективный тензор податливости представительного объема неоднородной среды. Особенностью алгоритма является новая схема расчета статического напряженно-деформированного состояния образца методом установления решения соответствующей задачи динамической теории упругости. Приводятся результаты численных расчетов. Предложенный метод верифицировался на однородных образцах с заданными свойствами, а также для слоистых материалов, для которых доказана справедливость построения эффективных параметров по методу Шенберга. В заключение приведены эффективные параметры для трехмерного образца кернового материала.

A numerical method to estimate the effective elastic moduli of rocks from two- and three-dimensional digital images of rock core samples is proposed. The method is based on the energy equivalence principle for deformations caused by the homogeneous boundary static conditions that simulate a physical experiment. On this basis, the effective compliance tensor of a representative volume of an inhomogeneous medium is determined. A specific feature of the proposed algorithm is a new scheme for calculating the stress-strain static state of a sample by solving the corresponding problem of dynamic elasticity theory using the relaxation method. The obtained numerical results are discussed. The proposed method is verified using homogeneous samples with specified properties as well as for layered materials with effective parameters obtained according to the Schoenberg method. In conclusion, the effective parameters for a three-dimensional core sample are presented.
Ring statistics in disordered solids: a parallel algorithm for clusters with hundred thousands of atoms
Authors: Григорьев Ф.В. , Сулимов В.Б. , Тихонравов А.В.
Published: August 2021

Кольца, состоящие из различного числа атомов, являются основным структурным элементом во многих неупорядоченных веществах. В настоящей статье представлен параллельный алгоритм получения приближенной функции распределения колец по числу атомов, основанный на методе Монте-Карло. Алгоритм применен к кластерам диоксида кремния, содержащим до миллиона атомов. Исследована эффективность алгоритма, как функция числа используемых вычислительных ядер, вплоть до 1024.

The rings consisting of various number of atoms are basic structural elements in many disordered solids. In this paper, a parallel algorithm for calculating an approximate ring distribution function by the number of atoms is proposed. The algorithm is based on the Monte Carlo method and is applied to SiO$_2$ clusters consisting of up to $10^6$ atoms. The efficiency of the algorithm is studied using up to 1024 computational cores.
Multiparameter optimization of operating control by the trust vector based on the jet injection into the supersonic part of a nozzle
Authors: Волков К.Н. , Емельянов В.Н. , Яковчук М.С.
Published: August 2021

Рассматриваются процессы, сопровождающие вдув сверхзвуковой струи газа в расширяющуюся часть сопла, применительно к созданию управляющих усилий в ракетных двигателях. Разрабатывается подход к многопараметрической оптимизации геометрической формы сопла и параметров вдува струи в сверхзвуковой поток, основанный на применении численной модели турбулентного течения вязкого сжимаемого газа. В качестве параметров оптимизации используются степень нерасчетности вдуваемой струи, угол наклона сопла вдува к оси основного сопла, удаление сопла вдува от критического сечения основного сопла и форма выходного сечения сопла вдува. Проводится сравнение результатов расчетов, полученных для различных конфигураций системы подвода вдуваемого газа. Делаются выводы о влиянии входных параметров задачи на коэффициент изменения тяги сопла.

The processes accompanying the supersonic jet injection into the divergent part of a nozzle are considered for the creation of control forces in rocket engines. An approach to the multiparameter optimization of the nozzle's geometric shape and the parameters of jet injection into the supersonic flow based on the application of a numerical model of the turbulent flow of a viscous compressible gas is proposed. The optimization parameters include the pressure ratio in the injection flow and nozzle flow, the angle of inclination of the nozzle to the axis of the main nozzle, the distance from the injection nozzle to the critical section of the main nozzle, and the shape of the injection nozzle outlet section. The numerical results obtained for various configurations of the trust control system are compared. A number of conclusions concerning the effect of input parameters on the trust coefficient are made.
Numerical modeling of wave propagation in fractured porous fluid-saturated media
Authors: Новиков М.А. , Базайкин Я.В. , Лисица В.В. , Козяев А.А.
Published: August 2021

Затухание сейсмических волн может служить критерием наличия развитой трещиноватости в пласте и его флюидонасыщения. Однако актуальной задачей является определение связности систем трещин, ведь именно протяженные кластеры трещин, образующие непрерывные пути миграции флюида, и представляют интерес в
промысловой геофизике. Для анализа влияния связности систем трещин на сейсмические волновые поля в настоящей статье разработан и реализован алгоритм статистического моделирования для построении моделей трещиноватых сред с заданной степенью связности. Алгоритм основан на методе дискретных систем трещин, связность которых обеспечивается минимизацией функционала перколяции в методе имитации отжига. На основе численных экспериментов по моделированию сейсмических полей в трещиновато-пористых средах показано, что связность трещин и формирование ими вытянутых структур влияет на интенсивность перетоков флюида
из трещин во вмещающую породу и, как следствие, интенсивность затухания сейсмических волн зависит от степени связности. Однако перетоки флюидов между трещинами имеют локальный характер и проявляются в фиксированном диапазоне частот, зависящем от индивидуальных размеров трещин. Этот эффект в еще большей
степени выражен для сред с низкопроницаемой вмещающей породой --- карбонатных пород. В этом случае перетоки флюидов из трещин во вмещающую среду отсутствуют и, как следствие, поглощение сейсмической энергии пренебрежимо мало и не зависит от связности системы трещин.

Seismic attenuation may indicate the fluid saturation of a fractured reservoir. However, an important issue for the exploration geophysics is to determine the fracture connectivity from seismic data, because the large-scale fracture clusters support fluid flows. In this paper, we present an algorithm for the statistical modeling of connected fracture systems. The algorithm is based on the discrete fracture network method in combination with the simulated annealing method. Based on the numerical simulation of wave propagation in fractured-porous media, we show that an increase of fracture connectivity leads to an increase of fracture-to-background wave-induced fluid flows; as a result, an increase of seismic attenuation is observed. However, the fracture-to-fracture flows are local and dependent only on the sizes of individual fractures and, hence, cannot be used as a reliable criterion for estimating the fracture connectivity.
Numerical analysis of parameter identifiability for a mathematical model of a chemical reaction
Authors: Нурисламова Л.Ф. , Губайдуллин И.М.
Published: August 2021

Авторами статьи ведутся работы, направленные на разработку численного подхода к анализу параметрической идентифицируемости модели химической реакции методами анализа чувствительности для эффективного исследования и управления процессом химической реакции. Целью настоящей работы является определение параметров, подлежащих идентификации в условиях задаваемой погрешности измерений, химической реакции на примере процесса пиролиза пропана и определение незначимых параметров модели. Выполнена редукция 157-стадийной детальной схемы пиролиза пропана к 30-стадийной схеме. Предложена кинетическая модель для анализа низкотемпературного пиролиза пропана. Модель адекватно описывает выход наблюдаемых продуктов реакции при атмосферном давлении. Идентифицированы параметры кинетической модели пиролиза пропана путем решения обратной задачи химической кинетики.

The authors of this paper develop a numerical approach to analyze the parametric identifiability of chemical reaction models by the methods of sensitivity analysis for the efficient study and management of chemical reaction processes. The primary objective of this paper is to determine the parameters to be identified for the propylene pyrolysis process and to determine the insignificant parameters of the model. The 157-step detailed pyrolysis scheme of propane is reduced to the 30-step scheme. A kinetic model is proposed to analyze the low-temperature pyrolysis of propane. This model adequately describes the yield of observed reaction products at atmospheric pressure. The parameters of the kinetic model of propane pyrolysis are identified by solving the inverse problem of chemical kinetics.
Scalability evaluation of iterative algorithms for supercomputer simulation of physical processes
Authors: Ежова Н.А. , Соколинский Л.Б.
Published: August 2021

Статья посвящена разработке методики исследования масштабируемости ресурсоемких итерационных алгоритмов, применяемых в моделировании сложных физических процессов на суперкомпьютерных системах. В основе предлагаемой методики лежит модель параллельных вычислений BSF (Bulk Synchronous Farm), позволяющая на ранней стадии разработки итерационного алгоритма определить границу его масштабируемости. Модель BSF предполагает представление алгоритма в виде операций над списками с использованием функций высшего порядка. При этом рассматривается два класса представлений: BSF-M (Map BSF) и BSF-MR (Map-Reduce BSF). Предлагаемая методика описывается на примере решения систем линейных алгебраических уравнений методом Якоби. Для метода Якоби строится два итерационных алгоритма: Jacobi-M на основе представления BSF-M и Jacobi-MR на основе представления BSF-MR. Для указанных алгоритмов с помощью стоимостных метрик модели BSF даются аналитические оценки для ускорения, эффективности распараллеливания и верхней границы масштабируемости для многопроцессорных вычислительных систем с распределенной памятью. Приводится информация о реализации этих алгоритмов на языке C++ с использованием программного шаблона BSF и библиотеки параллельного программирования MPI. Демонстрируются результаты масштабных вычислительных экспериментов, выполненных
на кластерной вычислительной системе. На основе экспериментальных результатов дается анализ адекватности оценок, полученных аналитическим путем с помощью стоимостных метрик модели BSF.

This paper is devoted to the development of a methodology for evaluating the scalability of compute-intensive iterative algorithms used for simulating complex physical processes on supercomputer systems. The proposed methodology is based on the BSF (Bulk Synchronous Farm) parallel computation model, which makes it possible to predict the upper scalability bound of an iterative algorithm in early stages of its design. The BSF model assumes the representation of the algorithm in the form of operations on lists using high-order functions.
Two classes of representations are considered: BSF-M (Map BSF) and BSF-MR (Map-Reduce BSF). The proposed methodology is described by the example of solving
a system of linear equations by the Jacobi method. For the Jacobi method, two iterative algorithms are constructed: Jacobi-M based on the BSF-M representation and Jacobi-MR based on the BSF-MR representation. Analytical estimations of the speedup, parallel efficiency and upper scalability bound are obtained for these algorithms using the BSF cost metrics on multi-processor computing systems with distributed memory. These algorithms are implemented on C++ language using the
BSF program skeleton and MPI parallel programming library. The results of large-scale computational experiments performed on a cluster computing system are discussed. Based on the experimental results, an analysis of the adequacy of estimations obtained analytically using the BSF cost metric is made.
Adaptive smoothing approximation in the construction problem for hydrometeorological fields
Authors: Иванов Б.Н.
Published: August 2021

Рассматривается процедура сглаживающей аппроксимации, которая позволяет адаптировать
кусочно-линейную изолинию к ее представлению многочленами до третьего порядка. Сглаживающая аппроксимация уменьшает влияние ошибок линейной интерполяции при построении изолиний. В основе процедуры лежит метод наименьших квадратов. Выполнен анализ методов восполнения данных сплайновой кубической интерполяцией, наиболее часто используемых в практических работах. Рассматривается универсальный подход формирования границы области построения изолиний на основе наличия данных в узлах расчетной сетки.

A smoothing approximation procedure that allows one to adapt a piecewise linear isoline to its representation by polynomials up to the third order is considered. The smoothing approximation reduces the effect of linear interpolation errors in isoline plotting. The procedure is based on the least-squares method. The data replenishment methods of spline cubic interpolation, most commonly used in practical work, are analyzed. A universal approach for the formation of boundaries of isoline areas on the basis of data availability at the computational grid nodes is discussed.
The Mobile Linpack: initial experience of the performance ranking for portable devices
Authors: Ячник О.О. , Никитенко Д.А. , Соболев С.И.
Published: August 2021

Современные вычисления устойчиво ассоциируются с параллелизмом на всех уровнях. От персональных планшетов и телефонов вплоть до лучших суперкомпьютеров отличаются масштабы и подходы к решению задач, но идея распределения вычислительной работы присутствует повсюду. Изучение возможностей параллельных вычислений для портативных платформ началось в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ им. М.В.Ломоносова несколько лет назад, в 2014 году. Были разработаны версии популярного бенчмарка Linpack для Android и iOS. Четыре года доступности рейтинга для пользователей вылились в почти двадцать тысяч результатов тестов. В статье рассматриваются факты и тенденции, полученные в результате анализа этих данных. В том числе, полученные результаты подтверждают целесообразность дальнейшего развития рейтинга мобильных устройств.

Contemporary computing is strongly associated with parallelism. From personal tablets and phones and up to the top supercomputers, the scales and approaches differ, but the idea of work distribution is present everywhere. A study of
portable platforms parallel computing capabilities was started at the Research Computing Center of Lomonosov Moscow State University several years ago, in 2014. There were Android and iOS implementations of popular benchmark developed. Four years of the test availability for regular users turned into almost 20 thousand of test results. This paper addresses the investigation of facts and trends, mined out of this data, proving the reasons for the further Mobile Linpack development.
A method of dynamic programming in the problems of optimal panel deformation in the creep mode
Authors: Бормотин К.С. , Вин А.
Published: August 2021

Рассматриваются задачи моделирования процессов формообразования в режиме ползучести панелей с помощью реконфигурируемого стержневого пуансона. Задача деформирования в ползучести с учетом геометрической нелинейности и контактных условий решается методом конечных элементов. Экспериментальные результаты позволяют отождествить работу рассеяния с параметром поврежденности. В этом случае процессы формообразования позволяют управлять уровнем поврежденности материала и согласовывать с технологическими ограничениями за счет оптимального выбора пути деформирования во времени. Формулируется дискретная задача оптимального управления, которая решается методом динамического программирования c уточнением решения методом локальных вариаций. Показана эффективность предлагаемого метода по сравнению с полным перебором
вариантов путей деформирования.

The problems of modeling the panel forming processes in the creep mode with the aid of a reconfigurable rod punch are considered. The problem of deformation in creep with consideration of geometric nonlinearity and contact conditions
is solved by the finite element method. The experimental results allow one to identify the effect of scattering with the damage parameter. In this case, the forming processes allow controlling the level of material damage and coordinating with technological constraints due to the optimal choice of the strain path in time. A discrete optimal control problem is formulated and is solved by the method of dynamic programming with the refinement of the solution by the method of local variations. The efficiency of the proposed method is shown in comparison with a full search of variants for the strain paths.
Comparison of data assimilation methods based on the classical, ensemble and local Kalman filter by the example of the advection equation and Lorenz system
Authors: Ростилов Д.А. , Кауркин М.Н. , Ибраев Р.А.
Published: August 2021

Статья посвящена сравнению трех методов усвоения данных наблюденй: фильтр Калмана (Kalman Filter, KF), ансамблевый фильтр Калмана (Ensemble Kalman Filter, EnKF) и локальный фильтр Калмана (Local Kalman Filter, LKF). Выполнены численные эксперименты по усвоению синтетических данных этими методами в двух разных моделях, описываемых системами дифференциальных уравнений. Первая описывается одномерным линейным уравнением адвекции, а вторая - системой Лоренца. Проведено сравнение средних ошибок и времени исполнения этих методов при различных размерах модели, которые согласуются с теоретическим оценками. Показано, что вычислительная сложность ансамблевого и локального фильтров Калмана растет линейно с увеличением размера модели, в то время как у первого метода эта сложность растет со скоростью куба. Рассмотрена эффективность одной из возможных параллельных реализаций локального фильтра Калмана.

The paper is devoted to the comparison of three data assimilation methods: the Kalman Filter (Kalman Filter, KF), the ensemble Kalman Filter (EnKF), and the local Kalman Filter (LKF). A number of numerical experiments on data assimilation by these methods are performed on two different models described by systems of differential equations. The first one is a simple one-dimensional linear equation of advection and the second one is the Lorenz system. The mean errors and the execution time of these assimilation methods are compared for different model sizes. The numerical results are consistent with the theoretical estimates. It is shown that the computational complexity of local and ensemble Kalman filters grows linearly with the size of the model, whereas in the classical Kalman Filter this complexity increases according to the cubic law. The efficiency of parallel implementation of the local Kalman filter is considered.
Tomographic reconstruction of a region with a given density value
Authors: Лихачев А.В.
Published: August 2021

Предложен новый метод определения на томограмме области, соответствующей участкам объекта, заполненным однородным веществом с заданной плотностью. Его суть заключается в том, что пиксели реконструированного изображения считаются принадлежащими рассматриваемой области, если его яркость лежит в определeнном интервале, границы которого определяются из условия минимума взвешенной суммы вероятностей ошибок первого и второго рода. Для определения этих вероятностей были выдвинуты статистические гипотезы о распределении яркости пикселей томограммы, которые подтвердились результатами вычислительного эксперимента.

A new tomographic method is proposed to find the object's region filled with a homogeneous substance whose density is given. Its essence is that a pixel of the tomogram is assumed to belong to the image of the region if its brightness lies in a certain interval whose boundaries are determined from the minimum condition for the weighted sum of the error probabilities of the first and second kinds. In order to determine these probabilities, some statistical hypotheses on the distribution of pixel brightness in the reconstructed image are formulated. The adopted hypotheses are confirmed by numerical results.
Visualization of numerical results obtained for gas-particle flows using Lagrangian approaches to the dispersed phase description
Authors: Тетерина И.В. , Емельянов В.Н. , Волков К.Н.
Published: August 2021

Рассматриваются вопросы, связанные с визуализацией течений, содержащих твердые частицы или жидкие капли, в различных практических приложениях. Приводятся примеры визуального представления решений ряда задач двухфазной газовой динамики, связанных с расчетами течений в каналах и вихревых структурах и полученных при помощи лагранжевых подходов. Помимо традиционных подходов к визуализации вихревых течений с частицами и каплями, основанных на построении линий уровня различных характеристик потока, фазовых траекторий и распределений концентрации дискретных включений, применяются сечения Пуанкаре и метод локальных показателей Ляпунова, а также различные критерии идентификации вихревых образований в поле течения. Обсуждается дисперсия частиц в турбулентном потоке и формирование областей с повышенным содержанием дисперсной фазы. В логическом отношении лагранжевый подход к описанию двухфазных течений является простым, но в вычислительном отношении достаточно трудоемким, поскольку для имитации движения примеси требуется
проведение большого числа траекторных расчетов пробных частиц. Дополнительные вычислительные трудности связаны с необходимостью локализации частиц в контрольных объемах неструктурированной сетки и восполнением параметров несущего потока.

Some issues related to the implementation and physical and mathematical support of computational experiments on the investigation of fluid and gas flows containing Lagrangian coherent vortex structures are considered. Methods and tools
designed to visualize vortical flows arising in various practical applications are discussed. Examples of visual representation of solutions of gas dynamics problems computed with Lagrangian approaches to the description of flows of fluid and gas are provided. In addition to traditional approaches to the visualization of vortex flows based on the construction of contours of various flow quantities, the phase trajectories of Lagrangian particles, the Poincare section, and the local Lyapunov exponent method are applied. The Lagrangian approach to the description of two-phase flows is relatively simple, but time-consuming from the computational point of view, because it requires a large number of trajectory calculations of sample particles. Additional computational difficulties come from the need of localization of particles in the control volumes of unstructured mesh and interpolation of flow quantities of gas phase.
A scalable algorithm for solving non-stationary linear programming problems
Authors: Соколинская И.М. , Соколинский Л.Б.
Published: August 2021

Статья посвящена исследованию алгоритма NSLP для решения нестационарных задач линейного программирования сверхбольшой размерности, ориентированного на кластерные вычислительные системы. В основе анализа лежит модель параллельных вычислений BSF, основанная на моделях BSP и SPMD. Даются краткие описания алгоритма NSLP и модели BSF. Рассматривается реализация алгоритма NSLP в виде BSF-программы. На базе стоимостной метрики модели BSF выводится верхняя граница масштабируемости алгоритма NSLP и оценивается эффективность его параллелизации. Описывается реализация алгоритма NSLP на основе программного каркаса BSF на языке Си и приводятся результаты экспериментов, исследующих масштабируемость
указанной реализации на модельной задаче линейного программирования. Делается сравнение результатов, полученных аналитическим и экспериментальным путем.

This paper is devoted to the scalability study of an NSLP algorithm for solving non-stationary high-dimension linear programming problems on cluster computing systems. The analysis is based on the BSF model of parallel computations. The
BSF model is a new parallel computation model designed on the basis of BSP and SPMD models. The brief descriptions of the NSLP algorithm and the BSF model are given. The NSLP algorithm implementation in the form of a BSF program is
considered. On the basis of the BSF cost metric, the upper bound of the NSLP algorithm scalability is derived and its parallel efficiency is estimated. The NSLP algorithm implementation using BSF skeleton is described. The scalability estimates obtained analytically and experimentally are compared.
An algorithm to identify the structure of electromagnetic fields
Authors: Вшивков В.А. , Вшивкова Л.В. , Дудникова Г.И.
Published: August 2021

При исследовании механизмов генерации электромагнитного излучения, наблюдаемого в лабораторных экспериментах по взаимодействию релятивистских электронных пучков с плазмой, возникает проблема определения структуры, спектральных характеристик и мощности излучаемых электромагнитных волн. Так, при численном решении уравнений Максвелла возникает потребность в разработке точных, эффективных и надежных
методов реализации открытых граничных условий, позволяющих электромагнитным волнам выходить из расчетной области без отражения. Распространение волн в вакууме описывается линейными уравнениям Максвелла, и, следовательно, можно легко найти частоты и амплитуды проходящих и отраженных волн с помощью анализа Фурье и определить их структуру. Для изучения этого вопроса достаточно рассмотреть задачу в двумерном случае. Целью настоящей работы является разработка методики определения направлений и амплитуд всех электромагнитных волн в вакууме, которые находятся в вычислительной области в определенный момент времени.

In the study of generation mechanisms of electromagnetic radiation observed in laboratory experiments on the interaction of relativistic electron beams with plasma, the problem of determining the structure, spectral characteristics, and power of the emitted electromagnetic waves arises. So, in the numerical solution of Maxwell's equations, there is a need to develop accurate, efficient, and reliable methods for implementing open boundary conditions that allow electromagnetic waves to exit the computational domain without reflection. The linear Maxwell's equations describe the propagation of electromagnetic waves in vacuum and, therefore, it ispossible to easily find the frequencies and amplitudes of passing and reflected waves using the Fourier analysis and to determine their structure. In order to study this question, it is sufficient to consider the problem in the two-dimensional case. The aim of this paper is to develop a method of determining the directions and amplitudes of all electromagnetic waves in a vacuum that are in the computational domain at a certain instant of time.
Using the Sharp scheme of higher-order accuracy for solving some nonlinear hyperbolic systems of equations
Authors: Соловьев А.В. , Данилин А.В.
Published: August 2021

Разностная схема Диез повышенного порядка точности, ранее разработанная для решения скалярного одномерного уравнения переноса, с помощью балансно-характеристического подхода распространена на нелинейные системы
уравнений мелкой воды и уравнений Эйлера. Для обеих систем уравнений решены тестовые задачи, иллюстрирующие особенности решений, полученных с помощью описываемой разностной схемы.

The Sharp difference scheme of higher-order accuracy developed previously for solving the scalar one-dimensional transport equation is extended to the shallow water nonlinear systems and to the systems of Euler equations using the
balance-characteristic approach. For these systems, a number of test problems are solved to illustrate the features of the solutions obtained by the described difference scheme.