Том 16, № 2 (2025)
Теоретические основания программных систем
Сложность вычислений с путешествиями во времени
Аннотация
Эта работа рассматривает математическую модель вычислений, которая может интерпретироваться как компьютер, способный получать данные из будущих состояний своего вычислительного процесса. При определённых сочетаниях входных данных и программ такие вычисления могут становиться невыполнимыми из-за возникающих противоречий или приводить к неоднозначным результатам. Мы исследуем программы, для которых этот процесс всегда выполним и даёт однозначный результат.Показано, что при отсутствии ограничений на вычислительную сложность такие машины могут выдавать значение любого рекурсивно разрешимого предиката через фиксированное время после начала вычисления — время задержки ответа (при этом процесс вычисления должен продолжаться и после получения ответа). Если общее время работы таких машин ограничить полиномами от размера входных данных, то эти машины будут распознавать в точности языки, принадлежащие пересечению классов NP и co-NP, за постоянное время задержки ответа в таком же смысле.Рассматриваются возможные реализации такого компьютера на практике, включая анализ возможных протоколов работы с использованием квантового отжига для выбора нужного процесса. Показано, что при распараллеливании вычислительного процесса класс задач, решаемых рассматриваемыми машинами за полиномиальное время, соответствует классу PSPACE.Кроме того, исследуется режим работы, при котором эти машины имеют прямой доступ ко входным данным. В этом случае, если время работы ограничено логарифмом от размера входных данных, то класс задач, решаемых таким параллельно работающим компьютером, содержит LOGSPACE.Результаты данного исследования могут быть использованы для разработки новых принципов программирования недетерминированных вычислительных машин, в которых вместо недетерминированных выборов используется передача данных из будущего.
Программные системы: теория и приложения. 2025;16(2):3-54
3-54
Программное и аппаратное обеспечение распределенных и суперкомпьютерных систем
Особенности организации единого научно-технологического пространства
Аннотация
Единое научно-технологическое пространство способно обеспечить общую платформу для более эффективного взаимодействия научного сообщества при реализации комплексных научно-технических проектов, поиска и привлечения к различным научным исследованиям и проектам необходимых ресурсов. В связи с актуальными межнациональными задачами современности в области науки и образования это могут быть, например, пространства России, Союзного государства, Арктической зоны, стран ближнего Зарубежья и др. В настоящей работе описаны требования и даны предложения по построению основных компонентов единого научно-технологического пространства в виде автоматических рабочих мест аналитиков и информационных порталов. Большое внимание уделено концептуальной модели информационного портала, приведена его архитектура. В статье затронуты важные вопросы в области стандартизации компонент единого научно-технологического пространства.
Программные системы: теория и приложения. 2025;16(2):55-79
55-79
Скоростные ассоциативные операции и алгоритмы управления и обработки данных для распределенных цифровых систем, действующих в условиях неопределенности
Аннотация
Рассмотрены ассоциативные операции и использующие их алгоритмы для скоростной сетевой обработки данных и управления в распределенных цифровых системах с непредвиденными действиями объектов системы, с неизвестными временем и местом появления в системе результатов или отказов, с неожиданным воздействием внешней среды. Эти операции и алгоритмы позволили создать излагаемые в статье способы ассоциативного взаимодействия объектов (по качественным признакам, без использования адресов объектов и данных) и распределенные ассоциативные операции с одновременным участием в каждой операции группы объектов. Выполнение операций не увеличивает время передачи данных. Для ускорения реакции системы на непредвиденные воздействия предложены три вида адаптивных структур связей объектов с разной скоростью реакции на воздействия. Все связи перестраиваются одновременно.
Программные системы: теория и приложения. 2025;16(2):81-109
81-109
Искусственный интеллект, интеллектуальные системы, нейронные сети
Повышение точности сегментирования объектов с использованием генеративно-состязательной сети
Аннотация
Маски, полученные с использованием модели глубокого обучения Mask R-CNN, в ряде случаев могут содержать фрагментированные контуры, неровные границы, ложные сращивания соседних объектов и участки с пропущенной сегментацией. Чем больше объектов детектирования на изображении и меньше их размер, тем более чаще встречаются различного вида недостатки их масок. Примерами таких изображений могут являться аэрофотоснимки коттеджных и садовых товариществ и кооперативов, характеризующихся высокой плотности застройки. Для коррекции указанных недостатков предлагается использовать модель генеративно-состязательной сети, выполняющую постобработку предсказанных Mask R-CNN масок.Качественная оценка сформированной в работе модели продемонстрировала, что она способна на приемлемом уровне восстанавливать целостность контуров, заполняет пропущенные области и разделять ошибочно объединенные объекты. Количественный анализ по метрикам IoU, precision, recall и F1-score показал статистически значимое улучшение качества сегментации по сравнению с исходными масками Mask R-CNN. Полученные результаты подтвердили, что предложенный подход позволяет довести точность формирования масок объектов до уровня, удовлетворяющего требованиям их практического применения в системах автоматизированного анализа аэрофотоснимков.
Программные системы: теория и приложения. 2025;16(2):111-152
111-152