Использование самоорганизующихся карт Кохонена для восстановления графической информации

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

Таким образом, в целом выявляется необходимость построения системы моделирования, способной оперативно менять программные модели отдельных элементов в процессе моделирования.

Кроме моделей, в системе моделирования используются также конкретные численные методы, которые приспособлены к моделям с определенными характеристиками. Поэтому изменение модели логично сопроводить изменением используемого метода. В настоящее время большинство моделирующих программ позволяет выбрать методы из достаточного числа возможных вариантов, но только перед началом счета.

При смене моделей может оказаться необходимым переформировать модель всей системы, так как, например, вместо некоторых динамических моделей (в форме дифференциальных уравнений) могут появиться статические (в форме алгебраических или даже логических выражений). Могут трансформироваться и некоторые модели, записанные в алгоритмической форме. Это потребует увязки нового состава переменных состояния с прежним (входные и выходные переменные часто остаются прежними). Таким обра-

зом, адаптивность к выбору моделей элементов предполагает также определенную степень адаптивности к смене модели всей системы.

Процесс смены моделей элементов, методов и модели всей системы не может происходить без соответствующего научного обоснования. Необходимо обеспечить при такой смене преемственность, когда конечные значения переменных прежних моделей становятся начальными для новых моделей. Необходимо обеспечить корректную передачу информации в части внутренних переменных моделей (некоторые из них могут исчезать при упрощении модели и появляться при ее усложнении). Необходимо гарантировать сходимость процесса при смене моделей.

В целом ставится задача автоматизировать выбор всех составляющих процесса моделирования с учетом заданного режима и исследуемых переменных. При этом возможны рациональные и оптимальные алгоритмы. Рациональные алгоритмы обеспечивают работоспособность модельного процесса, а оптимальные - его эффективность. В качестве критериев эффективности можно использовать, например, время счета или общую погрешность.

V. S. Kupovyh, V. V. Stepanec Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF SYSTEM CONSTRUCTION OF MODELLING OF PRECISION ELECTRIC DRIVES

Principles of construction of system modeling ofprecision electric drives as an adaptive system are presented.

© В. C. KynoBHx, B. B. GrenaHe^ 2009

УДК 519.688

И. Б. Ларионов, С. В. Белим Омский государственный университет имени Ф. М. Достоевского, Россия, Омск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ КАРТ КОХОНЕНА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Описываются возможности параллельного выполнения итерационного алгоритма самоорганизующихся карт Кохонена для данных с пропусками на примере мультимедийных файлов.

Несмотря на рост надежности накопителей информации и сетей передачи данных, всегда остается ненулевой вероятность потери данных. Задача восстановления потерянных данных не может быть решена точно, однако в ряде случаев возможна замена потерянной информации на близкую к ней, исходя из непотерянных данных.

Работа посвящена применению самоорганизующихся карт Кохонена для данных с пропуска-

ми. Самоорганизующиеся карты Кохонена являются алгоритмом для кластеризации входных данных. В данной работе был рассмотрен случай, когда алгоритм не производит вычисления над поврежденными данными. Это позволило в определенных случаях восстанавливать поврежденные данные с достаточной точностью. Например, в одном из проверочных случаях алгоритм восстановил поврежденный на 90 % логотип, который являлся надписью, состоящей из двух букв.

Решетневские чтения

В данной работе в качестве данных с пропусками рассматривались испорченные мультимедийные файлы. В ходе первичных испытаний карт Кохонена были получены приемлимые результаты восстановления. Моделирование повреждений различных форматов графических файлов позволило сделать вывод, что рассмотренный алгоритм позволяет восстанавливать поврежденные участки изображений с достаточно высокой точностью. При оценке результатов работы алгоритма точность восстановления определялась как среднеквадратичное отклонение.

Одной из нерешенных проблем в рамках выбранного подхода остается определение начальных значений нейронов карт Кохонена. В рамках

компьютерного эксперимента были получены методы инициализации нейронов, приводящие к сходимости алгоритма в 99,99 % случаев, оставшиеся 0,01 % расходящихся случаев выявляются на ранних стадиях работы алгоритма и легко отслеживаются.

В рамках работы также было проведено распараллеливание построенного алгоритма. Задачи распределялись как между ядрами одного процессора, так и между центральным процессором и видеокартой. Испытания проведенные на 8-ядерном процессоре позволили получить коэффициент ускорения 7,01, что является очень высоким результатом для данного вида задач.

I. B. Larionov, S. V. Belim Omsk F. M. Dostoevsky State University, Russia, Omsk

THE USAGE OF KOHONEN'S SELF-OPTIMISING MAPS FOR A RECONSTRUCTION OF GRAPHIC DATA

A possibility of parallelization of iteration algorithm of Kohonen's self-organizing maps for multimedia data with gaps is described.

© Ларионов И. Б., Белим С. В., 2009

УДК 681.586.325

А. А. Левицкий, П. С. Маринушкин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАЦИОННОГО ГИРОСКОПА

Рассматриваются вопросы, связанные с моделированием пьезоэлектрического вибрационного гироскопа. Полученные в ходе компьютерного моделирования результаты позволяют сделать обоснованные выводы относительно влияния конструктивных параметров пьезоэлектрического вибрационного гироскопа на его рабочие характеристики и сформулировать предложения по выбору структур и режимов работы электронных схем возбуждения колебаний и обработки сигнала.

К настоящему времени в системах навигации, робототехнике, в автомобильной электронике, системах стабилизации антенн, бытовой и офисной технике широкое распространение получили пьезоэлектрические вибрационные гироскопы. По сравнению с другими гироскопами в своем классе точности вибрационные гироскопы обладают меньшими размерами, меньшим энергопотреблением, высокой устойчивостью к ударам и вибрациям, а также малым временем готовности. Однако вибрационные гироскопы обладают и недостатками: их чувствительность сильно зависит от разности собственных частот первичных и вторичных колебаний чувствительного элемента

(ЧЭ), вибрационные гироскопы чувствительны к линейным ускорениям.

Улучшить характеристики вибрационных гироскопов можно за счет использования ЧЭ в форме дисков и цилиндрических оболочек. Применение таких ЧЭ позволяет повысить температурную стабильность и обеспечить требуемое равенство собственных частот первичных и вторичных колебаний.

Чувствительный элемент стержневого пьезоэлектрического вибрационного гироскопа (рис. 1) представляет собой резонатор из пьезоэлектрической керамики с двумя парами электродов на его внешней поверхности и одним сплошным электродом на внутренней поверхности.