bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
Синтез управления когнитивно-конструктивными процессами в человеко-технико-природных системах
Authors: Beltiukov A.P. , Maslov S.G.
Published: July 2024

The paper deals with the problems of synthesizing emotionally oriented management of cognitive-constructive processes in human-technical-natural systems with respect to the influence of heterogeneous illusions and misconceptions. The general problem statement is examined, logical models that reflect the task are proposed. The basic foundations of the synthesis of various factors for solving problems are identified. Emotions, illusions, and misconceptions are considered among such factors. This is done to overcome emerging contradictions and address the problems with due regard for the positive and negative aspects of the listed factors. Another goal of this is the formation of an adequate environment and means of cognitive and constructive activity in terms of complex system specifics, including humans, technology, and natural objects. The foundations for a new systematization of factors and adequate means of cognitive-constructive activity are being created. These basics take into account the influence of emotions, illusions and misconceptions. Individual and collective characteristics of intellectual and information resources are analyzed along with the features of objective and subjective aspects of control synthesis. New abstract and specific models are being designed that improve cognitive and constructive activity, the development and use of knowledge for the problems being solved.

В статье рассматриваются проблемы синтеза эмоционально-ориентированного управления когнитивно-конструктивными процессами в человеко-техническо-природных системах с учетом влияния разнородных иллюзий и заблуждений. Представлена общая постановка задачи, предложены логические модели, отражающие поставленную задачу. Для решения задач выявлен фундаментальный базис синтеза различных факторов, к которым относятся эмоции, иллюзии и заблуждения. Это делается для преодоления возникающих противоречий, решения проблем с учетом положительных и отрицательных сторон перечисленных факторов, а также формирования адекватной среды и средств познавательной и конструктивной деятельности с учетом специфики сложных систем, включающих человека, технику и природные объекты. Создаются основы для новой систематизации факторов и адекватных средств познавательно-конструктивной деятельности, которые учитывают влияние эмоций, иллюзий и заблуждений. Рассматриваются индивидуальные и коллективные характеристики интеллектуальных и информационных ресурсов, особенности объективной и субъективной сторон синтеза управления. Создаются новые абстрактные и конкретные модели, совершенствующие познавательную и конструктивную деятельность, формирование и использование знаний для решаемых задач.
A resource-saving method of distributed computation planning in fog-computing environment
Authors: Клименко А.Б.
Published: July 2024

Вопросы организации распределенных вычислений в туманных вычислительных средах актуальны в настоящее время по причине циркулирующих по глобальным сетям возрастающих объемов данных. Исследования, проводимые в рамках разработки новых моделей, методов и технических средств концепции «туманных» вычислений, охватывают широкий круг тематик, включая разделение ресурсов, планирование вычислений, аутентификацию пользователей и безопасность хранения данных. Также представлены работы, посвященные вопросам расхода ресурсов, а именно, продлению сроков службы туманных устройств, которые оказывают существенное влияние на стоимость эксплуатации систем. В рамках данной статьи решение проблемы ресурсосбережения в указанном аспекте связано с обоснованным распределением вычислительной нагрузки по узлам туманного слоя, что влияет на такие показатели устройств, как вероятность безотказной работы, гамма-процентная наработка на отказ и средний остаточный ресурс вычислительного устройства. Предложен метод оценки целесообразности размещения на узлах вычислительной нагрузки в рамках «жадной» стратегии, а также метод выбора узлов для размещения нагрузки. Объединение этих методов составляет метод планирования распределенных вычислений в туманном слое сети с оптимизацией по критерию ресурсосбережения. Проведенный эксперимент демонстрирует целесообразность использования разработанного метода, а также позволяет выбрать область дальнейших исследований.

The issues of organizing distributed computation in fog-environments are currently relevant due to the increasing amount of data circulating over global networks. Research carried out in the field of the development of new models, methods and technical means of the fog computing concept covers a wide range of topics, including resource sharing, computational planning, user authentication, and data security. Papers on resource consumption are also presented, specifically those that explore the issue of extending the expedient service life of fog devices, which have a significant impact on the system operating cost. In this article, the solution to the problem of resource saving in this aspect is associated with a reasonable distribution of the computational load over the fog nodes which affects the device indicators, such as the probability of failure-free operation, gamma-percentage time between failures and the average residual resource of a computing device. A method for evaluating the feasibility of placing a computational load on nodes as part of a "greedy" strategy is proposed, as well as a method for selecting nodes to place the load. Combining these methods constitutes a method for distributed computing planning in the fog layer of a network with optimization according to the criterion of resource-saving. The conducted experiment demonstrates the applicability of the developed method and helps to choose the area for further research. Keywords:resource-saving, computational planning, fog computing.
Approaches to processing big spatiotemporal uncertain data in GLONASS+112
Authors: Аникин И.В. , Петров Г.Е.
Published: July 2024

В работе исследуются подходы к обработке больших пространственно-временных данных в единой государственной информационной системе (ЕГИС) ГЛОНАСС+112 в условиях пространственной и временной неопределенности. Данная система предназначена для организации взаимодействия оперативных служб в Республике Татарстан (РТ), осуществления комплексного сбора и обработки данных, характеризующих различные инциденты, на основании звонков, поступивших на единый номер экстренных служб «112». Исследована производительность и масштабируемость различных операций по работе с большими данными в данной системе, адаптированных для использования в условиях неопределенности (запрос диапазона с порогом, JOIN, поиск k-ближайших соседей). Предложены новые подходы для решения задач формирования ассоциативных правил и кластеризации в условиях пространственной и временной неопределенности. Предложена модернизация алгоритма кластеризации пространственно-временных данных ST-DBSCAN. Данный алгоритм внедрен в схему формирования ассоциативных правил. Разработан программный комплекс формирования ассоциативных правил для пространственно-временных данных в условиях неопределенности. Программный комплекс осуществляет анализ не только данных ГЛОНАСС+112, но и информации о погоде, поступающей из внешних источников. Формируемые ассоциативные правила могут быть использованы для принятия решений и планирования ресурсов подразделениями различных оперативных служб. Это позволит повысить эффективность управления нежелательными инцидентами и чрезвычайными ситуациями.

The paper examines some approaches to processing big spatiotemporal uncertain data in GLONASS+112. This system is used for managing interaction between operational services in the Republic of Tatarstan and collecting and processing data characterizing various incidents, based on calls received by a common emergency number "112". The performance and scalability of several basic operations for managing big data (query with threshold, JOIN, k-nearest neighbors algorithm) were studied; they were adapted for operating data under spatial and temporal uncertainty. New approaches to clustering and associative rules mining for uncertain data are suggested. Modernization of ST-DBSCAN algorithm for clustering spatiotemporal data is proposed. This algorithm is integrated into the association rules mining process. The program complex for forming the associative rules for spatiotemporal data under uncertainty has been developed. The complex is applied to analyze GLONASS+112 data as well as the information about weather conditions obtained from external sources. The associative rules being formed can be used by various units in operating services for decision-making and resource-planning. This would help to increase the efficiency of managing the emergencies and undesired incidents.
Researching the refractive index of seawater for underwater radio communication
Authors: Аветисян Т.В. , Львович Я.Е. , Преображенский А.П. , Преображенский Ю.П.
Published: July 2024

Подводная радиосвязь необходима для обмена информацией с различными объектами, которые находятся под водой, в том числе и на большой глубине. Кроме того, в связи с возникновением радиоокеанографии появились возможности для того, чтобы осуществлять дистанционный мониторинг по большим акваториям в Мировом океане. Эффективность радиолокационных измерений будет сильно зависеть от учета различных процессов, которые влияют на взаимодействие радиоволн с морской поверхностью. Для этого необходимо разрабатывать различные модели. В данной работе рассматривается задача распространения электромагнитной волны через границу двух сред: воздуха и морской воды. Представлена модель отражения и преломления электромагнитной волны. Изучены разные случаи поляризации. Проведен анализ свойств воды, которая входит в состав морей и океанов. Показано, каким образом диэлектрическая проницаемость воды зависит от таких характеристик, как соленость и температура. Приведены значения солености Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Рассматривался случай падения сверхдлинной волны на границу воздуха и воды. Были проведены расчеты коэффициентов преломления электромагнитной волны в зависимости от угла ее первоначального распространения при заданных значениях солености и температуры.

Underwater radio communication is necessary for the exchange of information with various objects that are under water, especially at great depth. In addition, the development of radio oceanography has made it possible to carry out remote monitoring over large areas of the World Ocean. The effectiveness of radar measurements will be greatly influenced if various processes that affect the interaction of radio waves with the sea surface is accounted for. To achieve this, it is necessary to develop various models. This paper examines the problem of electromagnetic wave propagation through the interface of two media: air and sea water. Models of reflection and refraction of an electromagnetic wave are presented. Different cases of polarization are considered. Properties of water found in seas and oceans are analyzed. It is shown how the dielectric permittivity of water depends on such characteristics as salinity and temperature. The salinity values of the Atlantic, Pacific and Indian Oceans are given. The case of an ultra-long wave falling on the boundary between air and water was regarded. The refractive coefficients of the electromagnetic wave were calculated depending on the angle of its initial propagation at given values of salinity and temperature.
Software for solving the integrated nesting and routing problem applied to CNC sheet cutting machines
Authors: Таваева А.Ф. , Петунин А.А.
Published: July 2024

В статье рассматривается вопрос разработки алгоритмов и программного обеспечения для решения интегрированной задачи раскроя и маршрутизации (The Integrated Nesting and Routing Problem (INRP)). Эта задача объединяет две известные задачи – задачу двумерного фигурного раскроя (принадлежит к классу задач раскроя-упаковки) и задачу оптимизации маршрута режущего инструмента для машин с числовым программным управлением (задача оптимизации траектории). В интегрированной задаче рассматривается единая целевая функция, рассчитываемая как сумма стоимости использованного для раскроя материала и стоимости процесса резки. В настоящей статье предлагается общая структура программного обеспечения и функциональная модель подсистемы автоматического раскроя и маршрутизации для решения интегрированной задачи применительно к оборудованию листовой резки с числовым программным управлением. В подсистеме автоматического раскроя и маршрутизации реализованы алгоритмы нахождения допустимого варианта раскроя для некоторых типов деталей и соответствующие этому варианту раскроя алгоритмы проектирования маршрута инструмента, ориентированные на минимизацию интегрированного показателя стоимости. Разработанные алгоритмы реализованы в виде открытого программного обеспечения на языке программирования Python. В статье приводятся результаты численных экспериментов, проведенных для лазерного комплекса листовой резки с ЧПУ. Разработанное программное обеспечение опробовано также для широкого класса практических задач при подготовке управляющих программ для различного оборудования листовой резки.

The paper discusses the issue of developing algorithms and software for solving the integrated nesting and routing problem (INRP). This problem combines two known matters: 2D nesting problem (belongs to the class of Cutting & Packing) and the problem of cutting process optimization (Cutting Path Problem). The integrated additive objective function in INRP is a sum of used material cost for nesting and cutting process cost. The paper proposes a general software structure and a functional model of the automatic nesting and routing subsystem for solving an integrated problem in relation to the CNC sheet cutting equipment. The subsystem of automatic cutting and routing implements algorithms for finding an admissible nesting pattern for some types of parts and corresponding to this nesting pattern algorithms for the tool path generation focused on minimizing the integrated cost criterion. The algorithms are implemented as open source software using Python. The paper presents the results of numerical experiments for the CNC laser complex of sheet cutting. The developed software has also been tested for several types of practical tasks in control programs generation for various sheet cutting equipment.
Authentication of information system users by facial image
Authors: Гузаиров М.Б. , Исмагилова А.С. , Лушников Н.Д.
Published: July 2024

Аутентификация относится к классическим средствам управления информационной безопасностью компьютерных систем предприятия, от качества которой зависит безопасность информационной системы. В данной статье описана процедура аутентификации пользователей информационной системы по изображению лица. Разработана архитектура искусственной нейронной сети, сформированы наборы биометрических персональных данных и проведено обучение на основе распознавания пользователей информационной системы по изображению лица. В рамках данного исследования проведена оценка функциональности архитектуры искусственной нейронной сети на международных банках данных (Dataset). При распознавании пользователей информационной системы по изображению лица были извлечены такие дескрипторы, как локальные бинарные шаблоны (LBP) и гистограмма ориентированных градиентов (HOG). Скомпилирована модель обучения нейронной сети на основе категориальной кросс-энтропии, сформирована конфигурация компиляционной модели (размер мини-выборки, количество эпох, функция активации, функция оптимизации). Разработанный программный модуль производит аутентификацию пользователей информационной системы по принципу «свой-чужой». Применение данных дескрипторов изображения позволяет повысить точность распознавания пользователей информационной системы (accuracy) и снизить значение функции потерь (loss). Реализован программный код системы мультимодальной биометрической аутентификации. Для оценки эффективности работы программного модуля приведены показатели ошибок первого и второго рода.

Authentication belongs to the classical means of information security management of enterprise computer systems, the quality of which determines the security of the information system. This paper describes the authentication procedure of information system users by facial image. The architecture of an artificial neural network has been developed, biometric personal data sets have been formed and trained based on the recognition of information system users by facial image. As part of this research, the functionality of the artificial neural network architecture has been evaluated using international data banks (Dataset). Descriptors such as Local Binary Patterns (LBP) and Histogram of Oriented Gradients (HOG) were extracted when recognizing information system users by facial image. A neural network-training model based on categorical cross-entropy was compiled, and the configuration of the compilation model (mini-sample size, number of epochs, activation function, and optimization function) was generated. The developed software module authenticates users of the information system on “friend-or-for” basis. The use of these image descriptors allows increasing the accuracy of user authentication in the information system (accuracy) and reducing the value of loss function (loss). The program code of the multimodal biometric authentication system has been implemented. To assess the efficiency of the software module, the first and second type error rates are given.
Features of molecular system transformation technique program realization
Authors: Смирнова Ю.А. , Марьенков А.Н.
Published: July 2024

В статье проведен анализ проблемы трансформации моделей молекулярных систем (МС) относительно любого элемента этой системы, где под моделью молекулярной системы понимается формализованное компьютерное представление геометрических координат атомов молекулы. Анализ показал, что существующее программное обеспечение, используемое в процессе моделирования молекулярных взаимодействий, не позволяет проводить трансформации МС. При этом процесс трансформации МС значительно усложняется с увеличением количества элементов в рассматриваемых системах. В работе авторами предложена новая методика трансформации МС, основанная на преобразовании МС в молекулярный граф, где под преобразованием понимается перестроение графа относительно новой вершины. Обоснована необходимость автоматизации процесса анализа и обработки формализованного представления трансформируемой МС. Кроме того, описан алгоритм работы программного модуля, основанный на методике трансформации. Приведена демонстрация разработанного программного продукта на примере трансформации молекулы метионина, получены молекулярный граф и трансформированная МС. Программный продукт позволил значительно сократить время, затраченное на трансформацию МС. Кроме того, полученное программное обеспечение позволяет сохранять формализованное компьютерное представление структуры трансформированной молекулы. Повторное использование ранее трансформированного представления структуры молекулы метионина в дальнейшем позволит повысить эффективность и увеличить скорость при моделировании взаимодействия метионина с другими молекулярными системами.

The paper provides the analysis of molecular system model transformation problem with respect to any element of this system, where the molecular system (MS) is understood as a formalized computer representation of the geometric coordinates of the atoms in a molecule. The analysis has demonstrated that the existing software used to simulate molecular interaction does not enable MS transformation. At the same time, MS transformation becomes more complex as the number of elements in the system increases. A new technique of MS transformation based on converting MS into a molecular graph is proposed, where the transformation is understood as a graph rearrangement with respect to a new vertex. The necessity of automating the process of analysis and processing of the formalized representation of the transformed MS is substantiated. In addition, the algorithm of the program module based on the transformation technique is described. The demonstration of the developed software product using the example of transformation of methionine molecule is given, the molecular graph and formalized computer representation of the obtained MS are presented. The software product helps to save a formalized computer representation of the transformed molecule structure. Repeated use of the methionine molecule structure representation transformed earlier will further improve efficiency and speed in modeling the interaction of methionine with other molecular systems.
Снижение избыточности данных лазерного сканирования для построения цифровых моделей рельефа
Authors: Kochneva A.A. , Zaytseva E.V. , Katuntsov E.V.
Published: July 2024

The main subtle aspects of airborne laser scanning (ALS) involve a large level of density of laser reflection points (LRP) within a certain unit area. This results in the need to process a large amount of information while building digital terrain models (DTMs). Such processing is computationally intensive. For this reason, the main task which is solved during DTM building is to create an accurate description of terrain features required for geodetic works. At the same time, it is necessary to observe the minimum number of LRPs related to the characteristic landforms in the considered location to minimize the use of computing power. Currently available algorithms of information distribution for DTMs built on standard coordinate grids do not allow to successfully resolve data arrays while preserving the proper detalisation level of certain locations. New software, which is used in geodesy and makes it possible to create sparse data arrays during DTM building, is based on a closed code. The paper proposes an algorithm for finding unknown intermediate data obtained with laser scanning of terrain relief, which allows effective thinning of laser reflection points that are insignificant when describing the terrain relief. An automatic technique of DTM building is developed. An algorithm for searching unknown intermediate LRP arrays is formed. Displot is available for sloped areas as well. At the same time detailisation in the quality of structure lines and special points is preserved.
Using artificial neural networks to perform segmentation of hip radiographs in the treatment of osteoarthritis
Authors: Акутин А.С. , Горякин М.В. , Зубавленко Р.А. , Печенкин В.В. , Солопекин Д.А.
Published: July 2024

Процедура рентгенологического анализа в настоящее время позволяет выявить остеоартрит (ОА) на ранних стадиях заболевания. Наличие или отсутствие заболевания выявляется только на той стадии, когда оно уже проявилось и проведена рентгенологическая диагностика. Использование автоматизированных процедур анализа рентгенологических снимков, наличие архивов такой информации с длительной историей позволяют улучшить результаты прогнозирования осложнений у пациентов. В статье описывается опыт разработки приложения компьютерного анализа рентгенограмм, которое на основе методов глубокого обучения позволяет выявлять риски развития остеоартрита тазобедренного сустава. В качестве обучающей выборки используется архив профильного медицинского института. С целью увеличения размера обучающего набора рентгенограмм используется метод аугментации данных, который повышает вариативность исходных данных, в ряде случаев повышает эффективность распознавания. В работе используется конволюционная сеть (U-сеть), предназначенная для сегментации изображений, которая обучается на рентгенограммах конкретного медицинского учреждения. В рамках проекта по сегментации и анализу геометрических характеристик рентгеновских снимков тазобедренных суставов было разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать распознавание размера суставной щели, что позволяет уточнить диагноз пациента, прогноз развития патологии.

Today, the X-ray analysis procedure makes it possible to detect osteoarthritis (OA) in the early stages of the disorder. The presence or absence of the disorder is detected only when it has already manifested, and X-ray diagnostics have been carried out. The use of automated procedures for analyzing X-ray images and the availability of archives of such information with a long history can improve the results of predicting complications in patients. The article describes the experience of developing an application for computer analysis of radiographs, which, based on deep learning methods, allows us to identify the risks of developing osteoarthritis of the hip joint. The archive of a specialized medical institute is used as a training sample. In order to increase the size of the training set of radiographs, a data augmentation method is used, which increases the variability of the original data and, in some cases, increases the recognition efficiency. The research uses a convolutional network (U-net) designed for image segmentation, which is trained on X-ray images of a specific medical institution. As part of a project to segment and analyze the geometric characteristics of X-ray images of the hip joints, the software to automate the recognition of the joint space size was developed, which helps to clarify the patient’s diagnosis and prognosis for the development of the pathology.
The problem of compromising the image recognition system by purposefully falsifying the training set
Authors: Хмелёва А.А. , Демина Р.Ю. , Ажмухамедов И.М.
Published: July 2024

Работа посвящена проблеме безопасности систем распознавания изображений, основанных на использовании нейронных сетей. Подобные системы применяются в различных областях и крайне важно обеспечить их безопасность от атак, направленных на методы искусственного интеллекта. Рассмотрены сверточная нейронная сеть ResNet18, проверочное множество ImageNet для распознавания объектов на изображении и отнесения его к классу и состязательные атаки, которые направлены на изменение изображения, обрабатываемые данной нейронной сетью. Сверточные нейронные сети детектируют и сегментируют объекты, которые находятся на изображениях. Атака совершалась на этапе детектирования для того, чтобы не распознавалось присутствие объектов на изображении, а также на этапе сегментации, измененное изображение относило распознанный объект к другому классу. Реализована серия экспериментов, которая показала, как состязательная атака изменяет разные изображения. Для этого взяты изображения с животными и на них совершена состязательная атака, анализ результатов позволил определить количество итераций, необходимых для совершения успешной атаки. Также проведено сравнение исходных изображений с их модифицированными в ходе атаки версиями.

This work is devoted to the problem of the security of image recognition systems based on the use of neural networks. Such systems are used in various fields and it is extremely important to ensure their safety from attacks aimed at artificial intelligence methods. The convolutional neural network ResNet18, the ImageNet verification set for recognizing objects in an image and classifying it to a class, and adversarial attacks aimed at changing the image processed by this neural network are considered. Convolutional neural networks detect and segment the objects that are in the images. The attack was carried out at the detection stage in order not to recognize the presence of objects in the image, as well as at the segmentation stage, the modified image attributed the recognized object to another class. A series of experiments was implemented that showed how an adversarial attack changes different images. To do this, images with animals were taken and an adversarial attack was carried out on them, the analysis of their results allowed us to determine the number of iterations necessary to make a successful attack. The original images were also compared with their versions modified during the attack.
Mathematical modeling of the electrical properties of temporal nanocomposites with a complex structure
Authors: Корчагин С.А.
Published: July 2024

В ходе исследований был разработан новый метод моделирования, который позволяет адаптировать электромагнитный отклик среды спонтанно упорядоченного нанокомпозита во времени, используя концепцию временно эффективной среды, которая может быть использована для создания новых наноструктурированных материалов с заданными электрофизическими свойствами. При помощи компьютерных технологий и математических методов было проведено моделирование диэлектрической проницаемости темпоральных нанокомпозитов с сложной структурой. Представлена математическая модель, разработанная для описания диэлектрической проницаемости темпоральных нанокомпозитов. В модели учитываются различные факторы, такие как геометрические параметры наночастиц, их концентрация, ориентация и характеристики диэлектрической матрицы. С использованием предложенной модели проведены численные эксперименты для оценки влияния структурных особенностей на диэлектрическую проницаемость темпоральных нанокомпозитов. В работе изучено распределение электрического поля во временной области для нанокомпозитов сложных конфигураций и обладающих диэлектрической проницаемостью, меняющейся во времени периодически. В ходе исследования показана возможность применения модели эффективной среды в задачах проектирования темпоральных нанокомпозитов сложных конфигураций. Результаты исследований могут быть использованы в практико-ориентированных задачах, связанных с проектировкой метаматериалов с заданными электрофизическими свойствами.

During the research, a new modeling method was developed that makes it possible to adapt the electromagnetic response of the environment of a spontaneously ordered nanocomposite in time, using the concept of a temporarily effective environment, which can be used to create new nanostructured materials with specified electrical properties. Using computer technology and mathematical methods, modeling of the dielectric constant of temporal nanocomposites with a complex structure was carried out. A mathematical model developed to describe the dielectric constant of temporal nanocomposites is presented. The model takes into account various factors, such as the geometric parameters of nanoparticles, their concentration, orientation and characteristics of the dielectric matrix. Using the proposed model, numerical experiments were carried out to evaluate the influence of structural features on the dielectric constant of temporal nanocomposites. The work studied the distribution of the electric field in the time domain for nanocomposites with complex configurations and having a dielectric constant that varies periodically with time. The study demonstrated the possibility of using the effective medium model in problems of designing temporal nanocomposites of complex configurations. The research results can be used in practice-oriented problems related to the design of metamaterials with specified electrical properties.
The Markov model of cyber attacks and its application to the analysis of information security in automated systems
Authors: Трапезников Е.В. , Магазев А.А. , Касенов А.А.
Published: July 2024

В работе представлено описание марковской модели кибератак как метода анализа защищенности информации в автоматизированных системах. На основе представленной модели в работе дается описание двух метрик безопасности – среднего времени до отказа безопасности (среднее число переходов между состояниями в соответствующей марковской цепи до ее первого попадания в одно из поглощающих состояний) и среднего риска при отказе безопасности (сумма произведений ущербов при реализации каждой из кибератак на соответствующие вероятности реализации этих кибератак). Дается алгоритм оценки входных параметров на основе взаимосвязи баз данных угроз и уязвимостей CVE, CWE и CAPEC. Описанные в работе взаимосвязи позволяют вычислить вектор вероятностей возникновения кибератак и вектор ущербов от кибератак, которые формируются как входные данные для модели оценки защищенности. Также в работе рассматривается проблема численной оценки параметров через метрики CVSS. В исследовании демонстрируется, что вектор вероятностей отражения кибератак и вектор вероятностей «задержек» кибератак возможно получить только с помощью метода экспертных оценок, либо статистики. В работе также дается описание разработанного программного продукта, который позволяет выполнить оценку защищенности автоматизированной системы на заданном промежутке времени.

The paper presents a description of the Markov model of cyber attacks as a method for analyzing information security in automated systems. Based on the presented model, the work provides a description of two safety metrics - the average time to safety failure (the average number of transitions between states in the corresponding Markov chain before it first enters one of the absorbing states) and the average risk in case of safety failure (the sum of the products of damages during the implementation of each from cyber attacks to the corresponding probabilities of these cyber attacks). An algorithm for estimating input parameters is given based on the relationship between the threat and vulnerability databases CVE, CWE and CAPEC. The relationships described in the work allow us to calculate the vector of probabilities of the occurrence of cyber attacks and the vector of damage from cyber attacks, which are formed as input data for the security assessment model. The paper also addresses the problem of numerical estimation of parameters through CVSS metrics. The study demonstrates that the vector of probabilities of repelling cyber attacks and the vector of probabilities of “delays” of cyber attacks can only be obtained using the method of expert assessments or statistics. The work also provides a description of the developed software product, which allows one to assess the security of an automated system over a given period of time.
Building dependencies of changes in the parameters of the child's body on age
Authors: Фролов С.В. , Судаков Д.Е. , Старых Д.Г.
Published: July 2024

Актуальность исследования, проведенного в статье, обусловлена необходимостью прогнозирования рисков, которые угрожают жизни ребенка, имеющего врожденный порок сердца, с целью планирования проведения хирургических вмешательств. Прогноз состояния сердечно-сосудистой системы осуществляется на основе нульмерной модели кровообращения. Для этого предлагается создать квазистационарную модель, в которой параметры сердечно-сосудистой системы изменяются в зависимости от возраста ребенка. На основе анализа данных регионального мониторинга здоровья детей в статье сформулирована гипотеза о том, что параметры организма ребенка изменяются в зависимости от возраста по экспоненциальному закону. Экспериментальные исследования на основе данных мониторинга подтвердили выдвинутую гипотезу. Предложена и исследована методика построения изменения параметров сердечно-сосудистой системы ребенка в зависимости от возраста. Для установления этой зависимости достаточно иметь значение параметра для ребенка в текущий момент времени и в другой момент времени для среднего ребенка данного пола. Предложен алгоритм получения экспериментальной экспоненциальной зависимости на основе использования итерационного метода Ньютона для решения нелинейного уравнения. Реализация предложенной методики позволяет прогнозировать состояние сердечно-сосудистой системы ребенка для планирования таких вмешательств, как хирургическое устранение врожденных пороков сердца. Ключевые слова:врожденный порок сердца, аппроксимация, экспоненциальный закон, математическое моделирование, квазистационарная система, сердечно-сосудистая система.

The relevance of the research conducted in the article is due to the need to predict the risks that threaten the life of a child with congenital heart disease in order to plan surgical interventions. The prognosis of the state of the cardiovascular system is based on a zero-dimensional model of blood circulation. To do this, it is proposed to create a quasi-stationary model in which the parameters of the cardiovascular system vary depending on the age of the child. Based on the analysis of data from regional monitoring of children's health, the article formulates a hypothesis that the parameters of a child's body change exponentially depending on age. Experimental studies based on monitoring data have confirmed the hypothesis put forward. A method for constructing changes in the parameters of a child's cardiovascular system depending on age is proposed and investigated. To establish this dependence, it is sufficient to have the parameter value for the child at the current time and at another time for the average child of a given gender. An algorithm for obtaining an experimental exponential dependence based on the use of Newton's iterative method for solving a nonlinear equation is proposed. The implementation of the proposed technique makes it possible to predict the state of the child's cardiovascular system for planning such interventions as surgical removal of congenital heart defects.
Base of exponent representation matters -- more efficient reduction of discrete logarithm problem and elliptic curve discrete logarithm problem to the QUBO problem
Authors: Wronski Michal , Dzierzkowski Lukasz
Published: July 2024

This paper presents further improvements in the transformation of the Discrete Logarithm Problem (DLP) and Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem (ECDLP) over prime fields to the Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) problem. This is significant from a cryptanalysis standpoint, as QUBO problems may be solved using quantum annealers, and the fewer variables the resulting QUBO problem has, the less time is expected to obtain a solution.The main idea presented in the paper is allowing the representation of the exponent in different bases than the typically used base 2 (binary representation). It is shown that in such cases, the reduction of the discrete logarithm problem over the prime field \(\mathbb{F}_p\) to the QUBO problem may be obtained using approximately \(1.89n^2\) logical variables for \(n\) being the bitlength of prime \(p\), instead of the \(2n^2\) which was previously the best-known reduction method. The paper provides a practical example using the given method to solve the discrete logarithm problem over the prime field \(\mathbb{F}_{47}\). Similarly, for the elliptic curve discrete logarithm problem over the prime field \(\mathbb{F}_p\), allowing the representation of the exponent in different bases than typically used base two results in a lower number of required logical variables for \(n\) being the bitlength of prime \(p\), from \(3n^3\) to \(\frac{6n^3}{\log_{2}\left(\frac{3}{4}n\right)}\) logical variables, in the case of Edwards curves.
Coherence generation with Hamiltonians
Authors: Moein Naseri Manfredi Scalici , Streltsov Alexander
Published: July 2024

We explore methods to generate quantum coherence through unitary evolutions, by introducing and studying the coherence generating capacity of Hamiltonians. This quantity is defined as the maximum derivative of coherence that can be achieved by a Hamiltonian. By adopting the relative entropy of coherence as our figure of merit, we evaluate the maximal coherence generating capacity with the constraint of a bounded Hilbert-Schmidt norm for the Hamiltonian. Our investigation yields closed-form expressions for both Hamiltonians and quantum states that induce the maximal derivative of coherence under these conditions. Specifically, for qubit systems, we solve this problem comprehensively for any given Hamiltonian, identifying the quantum states that lead to the largest coherence derivative induced by the Hamiltonian. Our investigation enables a precise identification of conditions under which quantum coherence is optimally enhanced, offering valuable insights for the manipulation and control of quantum coherence in quantum systems.
Classification of large black holes
Authors: Li Dafa , Cheng Maggie , Li Xiongrong , Li Shuwany
Published: July 2024

The black-hole--qubit correspondence has been proven to be ``useful for obtaining additional insight into one of the string black hole theory and quantum information theory by exploiting approaches of the other"[Phys. Rev. D 82, 026003 (2010)]. Though different classes of stringy black holes can be related to the well-known stochastic local operations and classical communication (SLOCC) entanglement classes of pure states, the string theory requires a more detailed classification than the SLOCC classification of three qubits. In this paper, we derive the entanglement family of three qubits under local unitary operations (LU), and use the black-hole--qubit correspondence to classify \textquotedblleft large\textquotedblright\ black holes into seven inequivalent families. In particular, we show that two black holes with 4 non-vanishing charges ($q_{0}$, $p^{1}$, $p^{2}$, and $p^{3}$) are LU equivalent if their difference is only in the signs of charges. Thus, the classification of black holes is independent of the signs of charges and is only related to the ratio of the absolute values of charges. This observation simplifies the classification task, as one would only need to consider either the classification of non-BPS black holes or the classification of BPS black holes, but not both. Moreover, through the LU classification, the physical basis for this black-hole--qubit correspondence can be observed, and a relation between the black-hole entropy and the von Neumann entanglement entropy is revealed. Therefore, the LU classification offers a more straightforward physical connection than the SLOCC classification. Based on the LU classification, we further study the properties of von Neumann entanglement entropy for each of the seven families, and find the black holes with the maximal von Neumann entanglement entropy.
Multi-Scale Computational Design of Metal-Organic Frameworks for Carbon Capture Using Machine Learning and Multi-Objective Optimization
Authors: Deng Zijun , Sarkisov Lev
Published: July 2024

In this article, we computationally design a series of Metal-Organic Frameworks (MOFs) optimized for post-combustion carbon capture. Our computational workflow includes assembling building blocks and topologies into an initial set of hypothetical MOFs, using genetic algorithms to optimize this initial set for high CO2/N2 selectivity, and further evaluating the top materials through process-level modeling of their performance in a modified Skarstrom cycle. We identify two groups of MOFs that exhibit excellent process performance: one with relatively small pores in the range of 3-5Å and another with larger pores of 6-30Å. The performance of the first group is driven effectively by the exclusion of N2 from adsorption, with binding sites able to accommodate only CO2 molecules. The second group, with larger pores, features binding sites where CO2 molecules form multiple interactions with oxygen and functional groups of several building blocks, leading to high CO2/N2 selectivity. Within the employed process model and its assumptions, the materials generated in this study substantially outperform 13X reference zeolites, in silico optimized ion-exchanged LTA zeolites, and CALF-20. Although this study does not make any statements regarding the synthesizability, stability, or interaction with water of the proposed materials, the discovery of several hundred MOFs with promising characteristics gives us hope that some may advance to laboratory testing and possible scale-up.
Sorbitol based glass matrices enable Dynamic Nuclear Polarization beyond 200 K
Authors: Scott Faith , Eddy Samuel , Gullion Terry , Mentink-Vigier Frederic
Published: July 2024

In Magic Angle Spinning Dynamic Nuclear Polarization (MAS-DNP) experiments, paramagnetic species are often dispersed in rigid glass-forming matrices such as glycerol/water mixtures, but their modest glass transition temperature (T_g) restricts the viable temperature range for MAS- DNP. To expand applications of DNP at higher temperature, new matrices and physical insights are required. Here we demonstrate that sorbitol, T_g≈267 K, advantageously replaces glycerol to carry out DNP at higher temperature while maintaining an identical 13C NMR spectrum footprint and thus minimizes spectral overlap. DNP stops being effective in glycerol/water at ~180 K, but DMSO/sorbitol gives significant enhancement at 230 K, with AsymPol-POK biradicals at 600 MHz / 395 GHz. The effect of biradical concentration, the temperature dependence of the enhancement, the buildup times and signal-to-noise ratio are rationalized for the first time with a simple analytical model. The model reveals that electron spin relaxation is the limiting factor for high temperature DNP in the case of AsymPol-POK. We showcase the efficacy of this new DNP formulation on an intriguing chitin sample extracted from cicada shells which allowed for the recording of rapid heteronuclear correlation spectra at 100 and 225 K.
Seismic characteristics of the 2022-2023 unrest episode at Taupō volcano, Aotearoa New Zealand
Authors: Lamb Oliver , Bannister Stephen , Ristau John , Miller Craig , Sherburn Steve , Jacobs Katie , Hanson Jonathan , D'Anastasio Elisabetta , Hreinsdóttir Sigrún , Snee Eveanjelene , Ross Mike , Mestel Eleanor , Illsley-Kemp Finnigan
Published: July 2024

Taupō is a large caldera volcano located beneath a lake in the centre of the North Island of New Zealand and most recently erupted ~1800 years ago. The volcano has experienced at least 16 periods of unrest since 1872, each of which were characterised by increased seismic activity. Here we detail seismic activity during the most recent period of unrest from May 2022 to May 2023. The unrest was notable for the highest number of earthquakes detected during instrumented unrest episodes, and for one of the largest magnitude earthquakes detected beneath the lake for at least 50 years (ML 5.7). Relocated earthquakes indicate seismic activity was focused around an area hosting overlapping caldera structures and a hydrothermal system. Moment tensor inversion for the largest earthquake includes a non-negligible inflationary isotropic component. We suggest the seismic unrest was caused by the reactivation of faults due to an intrusion of magma at depth.
ON NEW WAYS OF VARIOUS IDEALS IN TERNARY SEMIGROUPS
Authors: Palanikumar M. , Arulmozhi K.
Published: July 2024

We discuss tri-quasi ideals and bi-quasi ideals in ternary semigroups and give some characterizations. The intersection of left, lateral and right ideals is a tri-ideal and product of left, lateral and right ideals is again a tri-ideal. We also discuss m-tri-ideals towards some characterizations in terms of tri-ideals. Some relevant counter examples are also indicated.
idh-1neomorphic mutation confers sensitivity to vitamin B12 inCaenorhabditis elegans
Authors: Ponomarova Olga , Starbard Alyxandra N , Belfi Alexandra , Anderson Amanda V , Sundaram Meera V , Walhout Albertha JM
Published: July 2024

In humans, a neomorphic isocitrate dehydrogenase mutation (idh-1neo) causes increased levels of cellular D-2-hydroxyglutarate (D-2HG), a proposed oncometabolite. However, the physiological effects of increased D-2HG and whether additional metabolic changes occur in the presence of anidh-1neomutation are not well understood. We created aCaenorhabditis elegansmodel to study the effects of theidh-1neomutation in a whole animal. Comparing the phenotypes exhibited by theidh-1neoto∆dhgd-1(D-2HG dehydrogenase) mutant animals, which also accumulate D-2HG, we identified a specific vitamin B12 diet-dependent vulnerability inidh-1neomutant animals that leads to increased embryonic lethality. Through a genetic screen, we found that impairment of the glycine cleavage system, which generates one-carbon donor units, exacerbates this phenotype. In addition, supplementation with alternate sources of one-carbon donors suppresses the lethal phenotype. Our results indicate that theidh-1neomutation imposes a heightened dependency on the one-carbon pool and provides a further understanding of how this oncogenic mutation rewires cellular metabolism.
Urška Kovačič je prejela priznanje strokovnim sodelavkam Univerze v Ljubljani
Authors: Oblak Leon , Čufar Katarina
Published: July 2024

Urška Kovačič received the Award for the Associates of the University of Ljubljana