bluuebunny/crossref_metadata_2025_split huggingface dataset:
Векторизация программного кода, содержащего маловероятные регионы, в задачах вычислительной геометрии
Authors: Рыбаков А.А. 
Published: December 2024

Повышение производительности приложений является важной практической задачей для проведения суперкомпьютерных расчетов. Наряду с распараллеливанием вычислений между узлами кластера (например, средствами MPI), а также с многопоточным программированием (например, с помощью OpenMP) используется векторизация программного кода, обеспечивающая параллелизм на уровне отдельных инструкций. Набор векторных инструкций AVX-512 микропроцессорной архитектуры Intel, обладает рядом уникальных возможностей, с помощью которых можно векторизовать программный код из очень широкого спектра задач. Использование специальных масочных регистров позволяет эффективно векторизовать код, содержащий условные операторы, а использование профильной информации о вероятности выполнения операций в исходной коде позволяет выполнять преобразования кода, приводящие к еще более эффективному применению автоматической векторизации. В работе рассматривается преобразование расщепления плоского цикла по условию, когда известно, что данное условие выполняется с высокой вероятностью. Рассматриваются практические задачи, в которых присутствует данный контекст. Для этих задач выделены условия для расщепления циклов для достижения эффективной векторизации. Описанные преобразования были выполнены, а эффективность результирующего кода проверена запусками на микропроцессорах семейств Intel Xeon Cascade Lake и Intel Xeon Phi Knights Landing, представлены результаты выполнения запусков.
Improving application performance is an important practical task for supercomputer calculations. Along with parallelization of calculations between cluster nodes (for example, using MPI tools), as well as multithreaded programming (for example, using OpenMP), program code vectorization is used, which provides parallelism at the level of individual instructions. The AVX-512 vector instruction set of the Intel microprocessor architecture has a number of unique features that can be used to vectorize program code from a very wide range of applications. The use of special mask registers makes it possible to effectively vectorize code containing conditional statements, and the use of profile information about the probability of performing operations in the source code allows performing code transformations that lead to even more efficient use of automatic vectorization. The paper considers the splitting transformation of a flat loop by a condition when we have knowledge about of a high probability of this condition. Practical problems in which this context is present are considered. For these problems, the conditions for splitting cycles to achieve efficient vectorization are highlighted. The described transformations were performed, and the effectiveness of the resulting code was verified by runs on microprocessors of the Intel Xeon Cascade Lake and Intel Xeon Phi Knights Landing families, the results of the runs are presented.
Data Mining under the System of Managerial Skills: Shipbuilding Sphere Application
Authors: Kirilchuk S.P. , Knyazeva D.S. 
Published: December 2024

The article discusses such modern methods and tools of artificial intelligence as applied to solving some problems of the Russian shipbuilding market. Researching cases present an example of an algorithm for experimental model of artificial intelligence and its mathematical formalization under environments of forecasting the dynamic development indicators of Russian shipbuilding industry. The article shows that the use of modern data mining methods and tools is in demand from the point of view of solving a wide class of applied problems, such as modeling the economic environment and business activity, trends and tendencies in various markets of developed and developing countries in the context of the cyclical nature of the world economy as a whole. In addition, such methods and tools are characterized by a high demand on the part of society in terms of developing (designing) experimental models for analyzing the evolutionary processes and functioning of complex socio-economic systems, which include high-tech sectors of the Russian industry, determining effective directions for the development of such systems. The article provides an example of an initiative research project that illustrates the formulation of a specific applied economic problem and its possible solution using methods and tools of artificial intelligence.
применяются к решению некоторых задач судостроительного рынка России. Исследованные случаи представляют пример алгоритма экспериментальной модели искусственного интеллекта и его математической формализации в условиях прогнозирования динамических показателей развития судостроительной отрасли России. В статье показано, что использование современных методов и инструментов интеллектуального анализа данных востребовано с точки зрения решения широкого класса прикладных задач, таких как моделирование экономической среды и деловой активности, трендов и тенденций на различных рынках развитых и развивающихся стран в контексте циклического характера мировой экономики в целом. Кроме того, такие методы и инструменты характеризуются высокой востребованностью со стороны общества в плане разработки (проектирования) экспериментальных моделей для анализа эволюционных процессов и функционирования сложных социально-экономических систем, к которым относятся высокотехнологичные отрасли российской промышленности, определяющие эффективные направления развития таких систем. В статье приводится пример инициативного исследовательского проекта, который иллюстрирует постановку конкретной прикладной экономической проблемы и ее возможное решение с использованием методов и инструментов искусственного интеллекта.
Оптимизация условных переходов с учетом векторных возможностей потока управления Intel GPU
Authors: Владимиров К.И. , Тарасов Ю.В. 
Published: December 2024

При оптимизации программ для графических ускорителей и видеокарточек особую роль играют оптимизации потока управления. Кроме оптимизаций скалярного потока управления, широко известных и хорошо представленных в современных компиляторах, существует также актуальная проблема оптимизаций векторного потока управления. Векторный поток управления, с одной стороны, является естественным для языков высокого уровня, таких как ISPC и CM, где векторные управляющие конструкции являются частью семантики обычных программ. С другой стороны, векторные примитивы, в том числе для векторного потока управления представлены в современных графических ускорителях, например Intel XE. Поддержка в аппаратуре позволяет существенно улучшить производительность программ. Главной проблемой на этом пути является отсутствие векторных управляющих конструкций в стабильном промежуточном представлении. В этой работе предлагается промежуточное скалярное представление для векторных управляющих конструкций через явные предикаты и алгоритм восстановления векторного потока управления по этому представлению в графическом оптимизаторе.
Control flow optimizations are of particular importance when optimizing programs for graphics accelerators and video cards. In addition to scalar control flow optimizations, which are widely known and well represented in modern compilers, there is also a current issue of vector control flow optimizations. On the one hand, vector control flow is natural for high-level languages such as ISPC and CM, where vector control constructs are part of the semantics of ordinary programs. On the other hand, vector primitives, including those for vector control flow, are present in modern graphics accelerators, such as Intel XE. Support in the hardware can significantly improve the performance of programs. In this case, the main problem is the lack of vector control structures in a stable intermediate representation. This paper proposes an intermediate scalar representation for vector control structures through explicit predicates and an algorithm for restoring the vector control flow from this representation in a graphical optimizer.
Алгебра конечных автоматов как математическая модель цифрового двойника умного производства
Authors: Гапанович Д.А. , Сухомлин В.А. 
Published: December 2024

Статья посвящена разработке алгебры конечных автоматов специального вида DTA (Digital Twin Algebra), предназначенной для математического моделирования поведения цифровых двойников производства. Основное внимание уделяется изучению операций композиции де-терминированных конечных автоматов, позволяющих строить модели составных активов из более простых. В алгебру DTA включены как общеизвестные операции, например, операция прямого произведения автоматов и операция суперпозиции автоматов, так и вновь введенные операции, включая: операции группирования конечных автоматов в параллельный блок, группирования иерархической структуры, системной композиции, ассоциации между автоматами, рекурсивного вызова автомата, асинхронного вызова автомата. Предложенный математический аппарат может использоваться для разработки формальных моделей физических активов производства, их цифровых двойников, а также моделей поведения киберфизических систем, включающих как физические, так и виртуальные активы.
The article is devoted to the development of the finite automata algebra of a special type DTA (Digital Twin Algebra), designed for mathematical modeling of production digital twins. The main attention is paid to the study of the composition operations of deterministic finite automata, which allow building models of composite assets from simpler ones. The DTA includes both well-known operations, for example, the operation of direct product of automata and the operation of superposition of automata, and newly introduced operations, including: operations of grouping finite automata into a parallel block, grouping of hierarchical structure, system composition, association between automata, recursive invocation of the automaton, asynchronous call of the automaton. The proposed mathematical apparatus can be used to develop formal models of behavior of production physical assets, their digital twins, as well as models of cyber-physical systems behavior, including both physical and virtual assets
Emulators of Quantum Computers on Qubits and on Qudits
Authors: Andreev A.S. , Khrapov P.V. 
Published: December 2024

Quantum computing is still a developing, but an extremely promising area. The article lays out the main ideas behind quantum computing in simple terms. The topic of quantum computers based on qudits - multidimensional analogues of qubits, which have recently received much attention due to their efficiency, is also covered The fundamentals of quantum mechanics, which are necessary for understanding the principles of operation of a quantum computer, such concepts as qubits and qudits, linear operators, the measurement process, etc are introduced. As an example of quantum computing, the principle of operation of the Deutsch-Jozsa algorithm, one of the first quantum algorithms to demonstrate their advantages, and its generalization to qudits, are analyzed in detail. The process of writing the simplest quantum computer emulator in the Python programming language is described step by step. The emulator operates with an arbitrary number of qubits and allows you to apply arbitrary operators to them and carry out multiple measurements of the final state of the qubit. A generalization of this emulator for working with qudits is given after that. To demonstrate the emulator we have written, we present programs that implement the Deutsch-Jozsa algorithm and its generalizations on it, and test them.
Квантовые вычисления — это развивающаяся и чрезвычайно перспективная область. В статье простыми словами изложены основные идеи, лежащие в основе квантовых вычислений. Также освещается тема квантовых компьютеров на основе кубитов - многомерных аналогов кубитов, которым в последнее время уделяется большое внимание благодаря их эффективности. Вводятся основы квантовой механики, которые необходимы для понимания принципов работы квантового компьютера, такие понятия, как кубиты и кудиты, линейные операторы, процесс измерения и т.д. В качестве примера квантовых вычислений подробно анализируются принцип работы алгоритма Дойча-Йожа, одного из первых квантовых алгоритмов, продемонстрировавшего свои преимущества, и его обобщение на кудиты. Пошагово описан процесс написания простейшего эмулятора квантового компьютера на языке программирования Python. Эмулятор работает с произвольным количеством кубитов и позволяет применять к ним произвольные операторы и проводить множественные измерения конечного состояния кубита. После этого дается обобщение этого эмулятора для работы с кудитами. Чтобы продемонстрировать написанный нами эмулятор, мы представляем программы, реализующие алгоритм Дойча-Йожа и его обобщения на нем, и тестируем их.
Вероятностные сетевые модели исследования типовых технологических схем обработки информации в аналитических центрах
Authors: Леонтьев А.С. , Головин С.А. , Гусев К.В. 
Published: December 2024

Целью работы является автоматизация исследования процессов подготовки информационно-аналитических материалов (ИАМ) на основе разработки функциональных и сетевых вероятностных моделей анализа типовых технологических схем выпуска ИАМ в вычислительных центрах, построенных на базе локальных вычислительных сетей. Основными методами исследования являются методы теории вероятностей, теории случайных процессов и теории массового обслуживания. На основе теории случайных процессов разработан математический аппарат для аналитического исследования вероятностных сетевых моделей анализа временных характеристик процессов подготовки ИАМ. Результаты. Получены функциональные уравнения и расчетные соотношения, позволяющие провести многовариантный анализ различных схем подготовки документов и выявить узкие места основных типовых технологий подготовки ИАМ.
The aim of the work is to automate the study of the information and analytical materials (IAM) preparation based on the development of functional and network probabilistic models for the analysis of typical technological schemes to produce IAM in computing centers based on local computer networks. The main research methods are probability theory methods, theory of random processes and theory of queuing. Based on the theory of random processes, a mathematical apparatus has been developed for the analytical study of probabilistic network models for analyzing the time characteristics of IAM preparation processes. Results. Functional equations and calculation ratios have been obtained that make it possible to carry out a multivariate analysis of various schemes for preparing documents and to identify bottlenecks in the main typical technologies for preparing IAM.
Программное обеспечение для моделирования сложных динамических систем управления с нестабильными параметрами
Authors: Езангина Т.А. , Гайворонский С.А. 
Published: December 2024

В статье описывается разработанный для исследования робастных свойств систем автоматического управления с интервальными параметрами программный комплекс SLIS. Данный программный комплекс позволяет при различных типах неопределенности коэффициентов характеристического полинома системы определять границы областей локализации полюсов и нулей; строить многопараметрические интервальные корневые годографы; получать переходные процессы и импульсные характеристики интервальных систем в вершинах многогранника коэффициентов характеристического полинома. Программный комплекс SLIS имеет возможность проводить имитационное моделирование систем управления с интервальными параметрами в автоматическом или диалоговом режимах. Работа программного комплекса SLIS апробирована на примере имитационного моделирования канала управления движением необитаемого подводного аппарата вдоль его продольной оси.
The article describes the SLIS software package developed to study the robust properties of automatic control systems with interval parameters. This software package allows at various types of uncertainty in the coefficients of the characteristic polynomial of the system to determine the boundaries of the regions of localization of poles and zeros; to build multi-parameter interval root locus; to obtain transient processes and impulse responses of interval systems at the vertices of the polyhedron of coefficients of the characteristic polynomial. The SLIS software package has the ability to simulate control systems with interval parameters in automatic or interactive modes. The operation of the SLIS software package was tested on the example of simulation modeling of the channel for controlling the movement of an uninhabited underwater vehicle along its longitudinal axis.
Моделирование функционирования шахты средствами алгебры конечных автоматов DTA
Authors: Гапанович Д.А. , Сухомлин В.А. 
Published: December 2024

Данная статья является продолжением предыдущей работы авторов, посвященной разработке алгебры конечных автоматов специального вида DTA (Digital Twin Algebra), предназначенной для математического моделирования поведения цифровых двойников производства. В данной работе для математического моделирования функционирования двойников используется аппарат алгебры DTA в виде систем конечных автоматов, согласованных по событиям или event matched machines - сокращенно – EMM-систем, при этом автоматы (квазиавтоматы) таких систем рассматриваются как имеющие специализированную многосортную структуру и соответствующую интерпретацию поведения. Многосортность структуры автоматов реализуется разбиением состояний квазиавтоматов EMM-систем на непересекающиеся классы, а именно множества их состояний разбиваются на два класса – A (состояния режимов функционирования объекта, моделируемого с помощью КА) и B(состояния производственной деятельности объекта). Такие КА называются двудольными КА или сокращенно BPA (Bipartite automaton). Используя наглядное графическое представление таких двудольных автоматов в виде диаграмм Мура, рассмотрен пример описания функционирования оборудования и средств некоторой воображаемой шахты горнодобывающего предприятия, демонстрирующий наглядность и адекватность средств предложенного аппарата для моделирования поведения аналогичных объектов производства.
This article is a continuation of the authors' previous work devoted to the development of the algebra of finite automata of the special type DTA (Digital Twin Algebra), designed for mathematical modeling of the behavior of digital twins of production. In this work, the mathematical modeling of the functions of twins uses the DTA algebra apparatus in the form of systems of event-matched finite automata or event matched machines - abbreviated - EMM-systems, while automata (quasi-automata) of such systems are considered as having a specialized multi-sorted structure and an appropriate interpretation of behavior. The multi-sorted structure of automata is realized by dividing the states of quasi-automatic machines of EMM systems into non-intersecting classes, namely, the sets of their states are divided into two classes - A (states of the modes of operation of an object modeled using FSA) and B (states of the production activity of an object). Such FSAs are called bipartite FSAs or abbreviated as BPA (Bipartite Automaton). Using a graphical view of such bipartite automata in the form of Moore diagrams, an example of describing the functioning of equipment and facilities of some imaginary mine of a mining enterprise is considered. This example demonstrates the clarity and adequacy of the means of the proposed apparatus for modelling the behavior of similar production facilities.
Об одном режиме работы блочных шифров, используемом для защиты информации на носителях с блочно-ориентированной структурой
Authors: Фирсов Г.В. , Коренева А.М. 
Published: December 2024

В 2021 году в Российской Федерации технический комитет по стандартизации «Криптографическая защита информации» (ТК 26) принял методические рекомендации, определяющие режим работы блочных шифров (под названием DEC), используемый для защиты носителей информации с блочно-ориентированной структурой. Несмотря на ряд достоинств, режим DEC имеет эксплуатационные особенности, из-за чего востребован синтез альтернативных режимов для полнодискового шифрования, в частности, применимых для шифрования системных дисков. Известно, что в большинстве существующего ПО для шифрования системных дисков используется режим XTS, однако он имеет особенности, изучение которых является актуальной задачей. В настоящей работе предлагается методика оценки уровня информационной безопасности режимов работы блочных шифров с учётом специфики полнодискового шифрования и использованием техники доказуемой стойкости, рассматриваются некоторые атаки на режим XTS и предлагается его модификация – режим XEH (Xor-Encrypt-Hash), для которого получается нижняя граница оценки уровня информационной безопасности.
This research purpose is to develop a reduction-based method for analysis of cryptographic properties of block cipher modes of operation in context of full disk encryption (FDE) via provable security technique, to study weaknesses of widely spread among existing FDE solutions mode XTS through building an adversary, that breaks security of XTS, and then to create a variation of the mode, that fixes detected weaknesses. This new mode of operation is called XEH (Xor-Encrypt-Hash) and it uses “light-weight” polynomial permutation for mixing blocks of a sector after their “XTS-like” encryption. The proposed block cipher mode of operation does not require any space for additional data, and it allows us to use it for system disk encryption, unlike DEC mode proposed in the end of 2021 by TC 26. XEH was proved to be secure in a provable security model, which is described in this paper. This mode is compared with the existing ones, which can be used to encrypt block-oriented devices: it was shown, that XEH provides higher security bound, than other compared modes, and involves almost no degradation in performance with respect to XTS.
Программное обеспечение для исследования робастных свойств и синтеза регуляторов систем автоматического управления с интервальными параметрами
Authors: Езангина Т.А. , Гайворонский С.А. 
Published: December 2024

В статье разработан программный комплекс RASLIS, в основу которого положены полученные авторами алгоритмы робастного анализа и синтеза интервальных систем управления с аффинной неопределенностью коэффициентов характеристического полинома. Программный комплекс RASLIS позволяет формировать на основе многогранника коэффициентов полинома граничный вершинно-реберный маршрут и в результате его отображения на корневую плоскость определять корневые показатели робастного качества системы. Он также позволяет проводить параметрический синтез линейных робастных регуляторов на основе критерия максимальной степени робастной устойчивости. Программный комплекс RASLIS имеет возможность анализировать и синтезировать указанные системы в автоматическом или диалоговом режимах. Работа программного комплекса RASLIS апробирована на примере анализа корневых показателей робастного качества и синтеза робастного регулятора системы управления движительно-рулевым комплексом подводного аппарата.
In the article, the RASLIS software package is developed, which is based on the algorithms of robust analysis and synthesis of interval control systems obtained by the authors with affine uncertainty of the coefficients of the characteristic polynomial. The RASLIS software package allows you to form a boundary vertex-edge route based on the polyhedron of polynomial coefficients and, as a result of its mapping to the root plane, determine the root indicators of the robust quality of the system. It also allows parametric synthesis of linear robust controllers based on the criterion of the maximum degree of robust stability. The RASLIS software package has the ability to analyze and synthesize these systems in automatic or interactive modes. The work of the RASLIS software package was tested on the example of the analysis of the root indicators of robust quality and the synthesis of a robust controller of the control system of the propulsion and steering complex of the underwater vehicle.