Введение. В работе выполнен синтез и проведено исследование структуры и свойств органо-неорганических оксида меди (CuO) и магнетит (Fe3O4)-содержащих эпоксидных композитов, поглощающих излучение в ближней инфракрасной области спектра. Метод. Синтез композитов осуществлен введением микропорошков CuO и Fe3O4 в жидкую эпоксидную композицию с последующей гомогенизацией смеси и ее полимеризацией. Исследование структуры и свойств органо-неорганических композитов проведено методами оптической микроскопии, инфракрасной спектроскопии, оптической спектроскопии, исследованием микротвердости материалов. Основные результаты. По данным, полученным на основании инфракрасных спектров поглощения, введение оксидных частиц снижает степень отверждения эпоксидного полимера на 20–28 %. Fe3O4-содержащие композиты демонстрируют относительно низкое (до 4,2 %) отражение света в спектральном диапазоне 1000–1100 нм, что соответствует проведенным оценочным расчетам. При введении микропорошков CuO и Fe3O4 в состав эпоксидного полимера его микротвердость может быть увеличена от 120 до 160 МПа. Обсуждение. Полученные в работе экспериментальные результаты могут служить основой для разработки органо-неорганических композиционных материалов для лазерной техники, поглощающих излучение в ближней инфракрасной области спектра. 

Введение. В работе рассмотрено явление пироэлектрического эффекта и показано его влияние на возникновение дополнительного фазового сдвига проходящей световой волны в волноводной структуре фотонных интегральных схем, сформированных на подложке кристалла ниобата лития X-среза. Метод. Измерения проводились интерферометрическим способом в схеме волоконно-оптического интерферометра Маха–Цендера с использованием модуляции излучения в опорном плече, позволяющего выполнять непрерывное измерение фазы в плече с исследуемым образцом. Проведен расчет временных параметров каждого из элементов экспериментальной схемы для определения времени релаксации пироэлектрических зарядов. Основные результаты. Выполнен анализ влияния пироэлектрического дрейфа фазы, его величины и временных характеристик релаксации зарядов, вызывающих дрейф. Предложена модель и исследована конструкция фазового модулятора на основе кристалла ниобата лития с дополнительными обратно Z-ориентированными пластинами, расположенными на электродах модулятора. Обсуждение. Предложенный способ решения проблемы способен компенсировать пироэлектрическое поле и, как следствие, уменьшить паразитный сдвиг фазы. 

Введение. Особенностью техники однопиксельной визуализации является возможность регистрации изображения на детекторе без пространственного разрешения, которое достигается путем подсвечивания объекта наблюдения пространственно-модулированными паттернами освещения. Данная техника применяется для получения изображений объектов, находящихся в затрудняющих видимость условиях, таких как дым или туман. Особенностью проведенных на данный момент исследований является доказательство работоспособности методов улучшения качества изображений, полученных методом однопиксельной визуализации, при выбранных условиях для рассеивающей среды без выявления границ применимости. Данная работа экспериментально демонстрирует влияние количества рассеивающих частиц в среде на контраст однопиксельных изображений. Кроме того, выполнено сравнение контраста изображений, полученных с помощью однопиксельной визуализации и матричного приемника, выполненного по технологии прибора с зарядовой связью (ПЗС-камеры). Это позволяет не только сравнить методы визуализации при изменяющихся условиях, но и оценить влияние потерь, вносимых рассеивающей средой, на контраст однопиксельных изображений. Метод. В работе использована экспериментальная схема однопиксельной визуализации, в которой однопиксельный детектор и фокусирующая линза заменены на ПЗС-камеру для получения сравнительных изображений. Между объектом и детектором помещалась кювета с раствором молока в воде различных объемных концентраций. Для каждой концентрации изображение объекта восстанавливалось методом однопиксельной визуализации и регистрировалось на ПЗСкамеру до достижения концентрации рассеивающего вещества, при котором ни один из методов не позволил получить изображение. Затем для каждого полученного изображения рассчитывался контраст. Основные результаты. Показано, что восстановленному методом однопиксельной визуализации изображению при концентрациях молока до 1/150 соответствует средний контраст 0,21, не снижающийся по мере роста рассеяния. При этом для ПЗС-камеры средний контраст в отсутствие рассеяния составляет 0,70, а с ростом концентрации молока монотонно снижается до 0,07. Обсуждение. Основной особенностью изображений, полученных методом однопиксельной визуализации сквозь рассеивающие среды, является сохранение среднего контраста при увеличении концентрации рассеивающего вещества. Полученный результат указывает на сохранение отношений между всеми зарегистрированными на одиночный детектор интенсивностями, использующимися при построении корреляционной функции. Однопиксельное изображение перестает восстанавливаться в случае, когда свет, провзаимодействовавший с объектом из-за многократного рассеяния и поглощения водным раствором молока, не доходит до детектора. Рассмотренные особенности показывают перспективность использования однопиксельной визуализации для построения систем дистанционного зондирования с распознаванием образов объектов, так как позволяют получать схожие изображения при различных коэффициентах рассеяния рассеивающей среды.

Введение. Предложен новый метод синтеза адаптивного наблюдателя состояния для класса нелинейных нестационарных систем. Подобная задача является важной и фундаментальной в теории управления и связана с проблемой управления и с задачей мониторинга эффективности функционирования системы. Метод. Решение поставленной задачи построено на методе обобщенного наблюдателя, основанного на оценке параметров для получения регрессионного уравнения, необходимого для оценки состояния и параметров системы. Применен метод расширения и смешивания динамического регрессора для идентификации неизвестных параметров системы. Основные результаты. Разработан алгоритм оценки вектора переменных состояния для нелинейной нестационарной системы, в которой неизвестные параметры зависят от вектора переменных состояния в условиях внешних возмущений. Полученные результаты доказаны с помощью математической теории. Для демонстрации эффективности предложенного алгоритма выполнено имитационное моделирование в программной среде MATLAB/Simulink. Обсуждение. Математическая модель рассмотренных объектов является нелинейной системой уравнений с переменными параметрами. Выполнено сравнение предложенного метода с существующими. Метод является более общим, особенно в системе, где неизвестные параметры зависят от вектора состояния с нелинейными функциями. В настоящее время поставленная задача решена только для дискретных систем. Планируется дальнейшее расширение алгоритма на непрерывные системы.

Введение. Приведено математическое описание процесса олигомеризации этилена на катализаторе NiO/B2O3- Al2O3 в среде жидкого растворителя гептана. Сформулированы задачи оптимального управления процессом. В качестве управляющих параметров приняты температура и время протекания процесса. Предложен алгоритм решения задачи оптимального управления промышленно значимым каталитическим процессом олигомеризации этилена. Метод. Поиск решения сформулированных задач осуществляется с применением генетического алгоритма с вещественным кодированием. Для каждой из рассматриваемых задач предложен способ представления математического аналога популяции, на основе которого выполняется поиск решения. Представлен пошаговый алгоритм определения оптимальных значений параметров процесса олигомеризации этилена. Особенностью алгоритма является одновременный поиск значений непрерывного параметра управления (температура) и дискретного параметра управления (время процесса). Разработана программа (приложение), позволяющая определить оптимальные значения параметров процесса. Приложение позволяет пользователю выбирать задачу оптимального управления, задавать значения параметров генетического алгоритма для поиска решения и визуализировать полученные результаты. Основные результаты. Проведен вычислительный эксперимент для процесса олигомеризации этилена. Рассчитана оптимальная продолжительность процесса в изотермических условиях, при которой достигается наибольшее значение концентрации углеводородов C4. Определены оптимальные температурный режим и продолжительность процесса олигомеризации этилена, обеспечивающие максимальную концентрацию углеводородов С6. Обсуждение. Проведенные численные эксперименты продемонстрировали меньшую ресурсозатратность, по сравнению с методами равномерного поиска и вариаций в пространстве управления. Предложенный алгоритм можно применять для исследования закономерностей протекания каталитических процессов, не прибегая к проведению лабораторных экспериментов, сопряженных с дополнительными материальными и временными затратами.

Введение. Представлены результаты создания и исследования органических светоизлучающих светодиодов на основе координационных соединений ионами европия (Eu3+) c β-дикетонами и уксусной и масляной кислотами. Актуальность работы обусловлена активным поиском новых материалов для создания оптоэлектронных устройств с высокими люминесцентными характеристиками. Одной из таких характеристик является высокая чистота цвета, которая достигается за счет использования материалов с узкополосной люминесценцией, например, соединений на основе ионов Eu3+. Метод. Синтезированы комплексы на основе Eu3+ с 1,1,1-трифтор-4-фенил-2,4-бутандионом и уксусной Eu(Cl)(Btfa)(СН3COO) (соединение 1), а также масляной Eu(Btfa)2(СН3(СН2)3COO) (соединение 2) кислотами. Светодиоды синтезированных соединений изготовлены при помощи комбинированной методики, включающей методы центрифугирования и термического напыления в вакууме. Характеристики светодиодов измерены методами оптической спектроскопии. Для исследования оптических свойств комплексов порошкообразные образцы соединений 1 и 2 помещались между двух кварцевых подложек. Спектры фотолюминесценции регистрировались с помощью спектрометра СДЛ-1, светодиода, с длиной волны излучения 365 нм и фотоэлектронного умножителя, работающего в линейном режиме. Спектры электролюминесценции получены при помощи спектрометра Ocean Optics Maya 2000 PRO. Основные результаты. В спектре фотолюминесценции исследованных комплексов наблюдалась характерная для ионов Eu3+ линейчатая структура. В спектре электролюминесценции также присутствует излучение, характерное для ионов Eu3+. Помимо него в коротковолновой области наблюдается дополнительная широкая полоса с максимумом излучения на длине волны 390 нм и с шириной на полувысоте 61 нм. Рабочее напряжение светодиода составило 10 В. Для исследованных светодиодов наблюдалось характерное «холодное» белое свечение. Обсуждение. В спектрах фото- и электролюминесценции для исследованных комплексов обнаружены следующие основные переходы: 5D0 → 7F0 (максимумы на длинах волн λ1 = λ2 = 580 нм для соединений 1 и 2), 5D0 → 7F1 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 587 нм, λ2 = 593, нм λ3 = 600 нм для соединения 1 и λ1 = 592 нм, λ2 = 599 нм для соединения 2), 5D0 → 7F2 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 614 нм, λ2 = 619 нм, λ3 = 623 нм для соединения 1 и λ1 = 614 нм, λ2 = 618 нм, λ3 = 620 нм для соединения 2), 5D0 → 7F3 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 648 нм, λ2 = 652 нм, λ3 = 655 нм для соединения 1 и λ1 = 652 нм, λ2 = 655 нм для соединения 2). Наблюдаемая в спектре электролюминесценции широкая полоса, возникает за счет вклада дырочного транспортного слоя и обусловлена сквозным протеканием носителей заряда через активный излучающий слой, что приводит к возникновению рекомбинации в PVK слое OLED. Анализ вольтамперных характеристик изготовленных устройств показал, что для них характерны два основных режима проводимости: ограничение тока пространственным зарядом (0–7 В) и ограничение, обусловленное процессами захвата носителей заряда (7–23 В). Результаты данной работы могут быть использованы при производстве устройств промышленного освещения.

Введение. Рассмотрены способы построения компактных мультимедийных файлов на основе цветного изображения лица, биометрических данных и документальной информации о человеке, которому принадлежит это лицо. Метод. Сущность предлагаемого метода состоит в генерации цветного QR-кода на основе лицевых характеристик и встраивании цветного QR-кода в изображение лица. Формирование цветного QR-кода выполнено путем замены трех слоев Least Significant Bit исходного изображения. Основные результаты. Представлены математические описания, псевдокоды и графические иллюстрации для понимания идеи метода, предлагаемых решений и алгоритма, реализующего метод встраивания цветного QR-кода в изображение лица. Обсуждение. Разработанный новый метод встраивания цветных QR-кодов в изображения лиц реализован программно и положен в основу формирования мультимедийных файлов. Метод может быть рекомендован для задач лицевой биометрии и ее приложений.

Трансформерные языковые модели революционизировали Natural Language Processing задачи благодаря достижениям в методах моделирования языка. Текущие архитектуры трансформеров используют механизмы внимания для эффективного моделирования текстовых зависимостей. Исследования показали, что эти модели встраивают синтаксические структуры и знания, объясняя их эффективность в задачах, связанных с синтаксическими и семантическими элементами. Однако трансформаторные модели склонны к галлюцинациям, когда встроенные знания не используются эффективно. Для решения этой проблемы появляются методы, направленные на снижение галлюцинаций и интеграцию внешних источников знаний, таких как графы знаний (например, Freebase, WordNet, ConceptNet, ATOMIC). Графы знаний представляют реальные знания через сущности и отношения, предлагая потенциальную точку внедрения для повышения производительности модели в задачах вывода. Различные подходы к внедрениям, включая внедрения входных и выходных данных, а также архитектурные, направлены на включение знаний из графов в трансформерные модели. Внедрения входных данных модифицируют предварительную обработку данных, архитектурные добавляют слои для интеграции знаний, а внедрения выходных данных корректируют функции ошибок для правильного включения знаний во время обучения. Несмотря на продолжающиеся исследования, универсальное решение проблемы галлюцинаций и стандартизированный бенчмарк для сравнения методов внедрения знаний отсутствуют. В данном исследовании рассматриваются графы знаний как один из методов решения галлюцинаций и их возможная интеграция в большие языковые модели. Сравнительные эксперименты на бенчмарке General Language Understanding Evaluation показали, что ERNIE 3.0 и XLNet превосходят другие методы внедрения со средними оценками 91,1 % и 90,1 %. 

Введение. Представлены результаты разработки модели гетерогенной графовой нейронной сети для предсказания ассоциаций между генами и заболеваниями на основе имеющихся геномных и медицинских данных. Новизна предложенного подхода состоит в объединении концепций графовых нейронных сетей и гетерогенных информационных сетей для эффективной обработки структурированных данных и учета сложных взаимодействий между генами и патологиями. Метод. Предложенное решение представляет собой гетерогенную графовую нейронную сеть, которая использует гетерогенную графовую структуру для представления генов, болезней и их взаимосвязей. Основные результаты. Оценка точности разработанной модели проведена на наборах данных DisGeNET, LASTFM, YELP. На этих же данных выполнено сравнение результатов с наиболее сильными моделями. Показано превосходство предложенной модели по метрикам точности Average Precision (AP), F1-меры (F1@S), Hit@k, Area Under Receiver Operating Characteristic curve (AUROC) при предсказании ассоциаций «ген-болезнь». Обсуждение. Разработанная модель может использоваться как инструмент биоинформатического анализа и в качестве вспомогательного средства для исследователей и врачей при изучении генетических заболеваний. Такой подход может ускорить процесс открытия новых лекарственных мишеней и разработку персонализированной медицины.

Введение. В современных технологиях пневмотранспорта, псевдоожижения, напыления полимеров широко используются газодисперсные среды. Особый интерес с точки зрения динамического нагружения конструкций представляют ударно-волновые процессы в газодисперсных смесях в окрестности стенок. Использование компьютерных методов моделирования позволяет снизить временные и материальные затраты на совершенствование конструкций и оптимизацию параметров технологических процессов. Метод. Динамика газовзвеси рассмотрена в эйлеровой двухконтинуальной формулировке. Для расчетов использован гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации с нелинейной коррекцией Superbee на эйлеровом и VanLeer на лагранжевом этапах. Алгоритм реализован в виде многопоточного кода решателя с обработкой графических результатов в отдельном параллельном процессе. Основные результаты. Проведено подробное численное моделирование характерных этапов взаимодействия ударной волны со стенкой, экранированной слоем мелкодисперсной газовзвеси с цилиндрической областью повышенной плотности частиц. Начало процесса (до взаимодействия прошедшей в слой газовзвеси плоской ударной волны с неоднородностью) носит одномерный характер. Дальнейшее развитие физической картины связано с существенной перестройкой течения. Огибающая цилиндрическую границу неоднородности ударная волна сходится к плоскости симметрии с образованием эффекта фокусировки. Вследствие бароклинной неустойчивости (несовпадения градиентов давления и плотности) на поверхности границы повышенной плотности образуется вихревая зона. Как показал детальный анализ результатов расчета, наиболее существенные (более, чем на порядок по отношению к начальному состоянию) всплески давления и плотности газовзвеси вызваны взаимодействиями прошедшей в неоднородность и сфокусированной ударной волной, а затем набегающим отраженным композиционным ударно-волновым импульсом. Обсуждение. Полученные результаты имеют теоретическое и прикладное значения. Выявлены новые физические эффекты отражения ударной волны от стенки, экранированной слоем газовзвеси с цилиндрической областью повышенной плотности дисперсной фракции. Определены причины последовательности всплесков давления и плотности смеси, которые могут приводить к воспламенению и детонации горючей дисперсной фазы. Разработанный численный алгоритм и методика компьютерного моделирования могут лежать в основе анализа ударно-волновых явлений в окрестности стенок конструкций и обоснования рациональных параметров технологических газопорошковых технологий.

Введение. Представлен новый подход к моделированию нелинейных зависимостей, названный композитными байесовскими сетями. Основной акцент сделан на интеграции моделей машинного обучения в байесовские сети с сохранением их основополагающих принципов. Новизна предложенного подхода состоит в том, что он позволяет решить проблему несоответствия данных традиционным предположениям о зависимостях. Метод. Представленный подход заключается в подборе разнообразных моделей машинного обучения на этапе обучения композитных байесовских сетей. Это позволяет гибко настраивать характер зависимостей в соответствии с требованиями и продиктованными характеристиками моделируемого объекта. Программная реализация подхода выполнена в виде специализированного фреймворка, описывающего все необходимые функциональные возможности. Основные результаты. Проведена экспериментальная оценка эффективности моделирования зависимостей между признаками. Для экспериментов выбраны для бенчмарков и из репозитория UCI для реальных данных. Эффективность предложенных композитных байесовских сетей подтверждена сравнением значений правдоподобия и показателя F1 с классическими байесовскими сетями, обученными алгоритмом Hill-Climbing. Показана высокая точность представления многомерных распределений. При этом на бенчмарках улучшение оказалось незначительным, поскольку они содержат линейные зависимости, которые хорошо моделируются классическими алгоритмами. На реальных наборах данных UCI получено улучшение правдоподобия в среднем на 30 %. Обсуждение. Полученные результаты могут найти применение в областях, требующих моделирования сложных зависимостей между признаками, например, в машинном обучении, статистике, задачах анализа данных, а также в конкретных предметных областях.

Введение. Предложен метод получения двухкомпонентных композиционных материалов, отличающийся от известных методов тем, что в результате его реализации может быть достигнуто любое значение теплопроводности создаваемого композита, выбранное из диапазона теплопроводностей исходных компонентов. Метод. Метод заключается в смешивании существенно разнородных твердых компонентов в заданной пропорции, последующем их прессовании и спекании. Пропорцию компонентов предварительно находят расчетным путем исходя из требуемого значения теплопроводности смеси. Для оценки ожидаемой теплопроводности композита и определения требуемой пропорции компонентов предложено использовать разработанную новую модель структуры с хаотически расположенными компонентами. Основные результаты. Показано, что для получения необходимой теплопроводности двухкомпонентной смеси можно успешно управлять структурой с хаотически расположенными компонентами, где в качестве элементарной ячейки используется предложенная в работе восьмиэлементная кубическая ячейка. При этом обеспечивается точность задания требуемого значения теплопроводности не ниже 90 %. Реализация метода показана на примере получения медно-алундового композита с заданным значением теплопроводности λ = 110 Вт/(м·К), которое, согласно представленному в примере расчету, соответствует процентному соотношению компонентов 74/26 (медь/алунд). Обсуждение. Разработанный метод позволяет получать двухкомпонентные композиты с заданной теплопроводностью в широком диапазоне от нескольких единиц до нескольких сотен Вт/(м·К). В качестве компонентов может использоваться практически неограниченная номенклатура веществ, находящихся в твердом порошкообразном состоянии. Обеспечивается возможность реализации непрерывной шкалы теплопроводности твердых тел. При использовании тугоплавких веществ эта шкала может быть расширена до температуры 2000–2500 °С. Метод может найти применение в метрологии, металлургии, ядерных технологиях, авиационной и тяжелой промышленности, кораблестроении.

Введение. Представлены результаты численного моделирования тепломассообменных процессов при конденсации водяных паров из продуктов сгорания на пучках гладких горизонтальных цилиндрических труб. Разработана инженерная математическая модель конденсации водяных паров из газопаровой смеси с высоким содержанием неконденсирующихся газов на основе экспериментальных данных. Метод. Предложенная математическая модель включает в себя совместно решаемые уравнения сохранения тепловой энергии, импульса и массы, при этом уравнение сохранения массы учитывает транспорт примесей за счет конвекции, молекулярной и турбулентной диффузии. Смена фаз учитывается в источниковых членах уравнения сохранения массы, предусматривается конденсация в объеме при прохождении смеси через точку росы и локальная поверхностная конденсация на охлаждающих трубках. Для описания конденсации в объеме используется модель «возврата к температуре насыщения», а для поверхностной конденсации разработана алгебраическая эмпирическая модель на основе анализа экспериментальных данных. Преимуществом выбранного подхода является отсутствие необходимости расчета гидродинамики капель и пленок конденсата как отдельной сплошной среды ввиду учета влияния данных факторов на тепломассообмен в экспериментальных коэффициентах, что значительно снижает вычислительную трудоемкость задачи и позволяет проводить инженерные расчеты в сопряженной постановке. Структура разработанной математической модели обеспечивает простую интеграцию с распространенными коммерческими и свободно распространяемыми CFD-кодами. Основные результаты. По экспериментальным данным определен коэффициент разработанной эмпирической модели конденсации. Показано, что при настройке коэффициента по одной базовой точке модель обеспечивает совпадение с экспериментальными данными по другим режимам с отклонением, не превышающим неопределенность эксперимента. С использованием верифицированной модели проведено моделирование участка конденсационного теплоутилизатора для выхлопных газов газотурбинной установки с шахматным пучком гладких труб в сопряженной постановке. Определено численное значение повышения воспринимаемого охлаждающей жидкостью теплового потока за счет утилизации скрытой теплоты конденсации. Обсуждение. Полученные данные моделирования и разработанная модель конденсации водяных паров из продуктов сгорания природного газа могут быть использованы при расчетах и проектировании конденсационных теплоутилизаторов, а также конденсационных водогрейных котлов. 

Введение. Изучен спектр критических нагрузок и форм равновесия CCCC-нанопластины (С — clamped edge, защемленный край) при различных значениях нелокального нанопараметра. Метод. Симметричные формы представлены двумя гиперболо-тригонометрическими рядами по двум координатам, которые подчинялись основному дифференциальному уравнению физического состояния А.Д. Эрингена. Граничные условия отсутствия прогибов и углов поворота защемленных граней были удовлетворены полностью. В результате получена однородная бесконечная система линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов гиперболо-тригонометрических рядов, содержащая в качестве основного параметра относительную сжимающую нагрузку. Преобразованная система включает только одну последовательность коэффициентов. Построен итерационный процесс поиска нетривиального решения в сочетании с методом перебора величины нагрузки. Основные результаты. Для каждого значения нелокального параметра найдены первые четыре критические нагрузки для симметричных форм закритического равновесия и получены их 3D-изображения. Установлено, что критические нагрузки убывали с ростом нелокального параметра. Исследовано влияние на точность результатов количества членов, удерживаемых в рядах, и числа итераций. Обсуждение. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании различных наноразмерных smart-конструкций.

Введение. Представлен эвристический подход к оптимизации сложных физико-химических процессов в виде генетического алгоритма решения задач. В сравнении с другими эволюционными методами генетический алгоритм позволяет работать с большими пространствами поиска и сложными функциями оценки, что особенно важно при исследовании многофакторных физико-химических систем. В связи с достаточно высокой потребностью в вычислительных ресурсах при работе с крупными и сложными пространствами поиска оптимизация имеющихся схем организации расчетов положительно влияет на точность получаемых результатов. В работе предложен модифицированный генетический алгоритм, позволяющий минимизировать количество итераций для достижения заданной точности при решении задачи поиска оптимального состава исходной реакционной смеси. Метод. Для сложного физико-химического процесса сформулирована задача оптимизации, которая заключается в поиске состава исходной реакционной смеси, способствующего максимизации (или минимизации) заданного целевого параметра. Критерий оптимальности определяется типом решаемой задачи и при организации вычислений ориентирован на максимальный выход целевого продукта. Основные этапы реализации генетического алгоритма включают в себя создание начального набора решений и последующую итерационную оценку их качества для дальнейшего комбинирования и изменения до достижения оптимальных значений с использованием механизмов, схожих с биологической эволюцией. Для повышения эффективности метода и сокращения числа итераций предложена модификация генетического алгоритма, которая сводится к динамической оценке параметра «мутации», зависящей от разнообразия особей в образованной популяции решений. Основные результаты. На основании серии вычислительных экспериментов проведен анализ влияния параметров генетического алгоритма на точность и эффективность решения задачи на примере исследования кинетики ферментативной реакции Михаэлиса–Ментен. Результаты вычислений по определению оптимального состава реакционной смеси показали, что динамическое определение параметра «мутации» способствует повышению точности решения задачи и кратному снижению относительной величины ошибки, достигающей 0,77 % при выполнении 200 итераций и 0,21 % — при 400 итераций. Обсуждение. Представленный модифицированный подход к решению задачи оптимизации не ограничен типом и наполнением изучаемого физико-химического процесса. Проведенные вычисления показали высокую степень влияния параметра «мутации» на точность и эффективность решения задачи, а динамическое управление величиной данного параметра позволило повысить скорость работы генетического алгоритма и уменьшить количество итераций для достижения оптимального решения заданной точности. Это особенно актуально при исследовании многофакторных систем, когда влияние параметров носит нетривиальный характер.

Введение. Разработаны математическая и числовая модели горения топливной смеси в камере сгорания микротурбинного двигателя. Сложность модели может меняться, что дает разработчикам достаточно удобный инструмент расчета и проектирования. Модели позволяют учитывать требуемые задачи проектирования путем подключения и отключения различных физических процессов, создавать оптимальную по уровню сложности модель для каждого конкретного случая. Метод. Разработка требуемой конфигурации начинается с рассмотрения простой модели брутто-реакции горения керосина в воздухе без сопряженного теплообмена с твердыми телами. Поэтапно в методику расчета добавляются модели расширенной кинетики, закрученности потока, излучения, теплообмена со стенками, наличия смазки в керосине. Основные результаты. Результаты расчета температуры на стенке и полноты сгорания сравнивались с показателями турбореактивных двигателей фирмы JetCat P100-RX и P550-PRO, интегральные характеристики которых хорошо известны. В ходе выполненных расчетных и экспериментальных исследований проведено сравнение пятен побежалости на стенках камеры сгорания с расчетными распределениями температуры. Получено высокое совпадение результатов для полной математической модели. Выявлен эффект лучшего охлаждения камеры сгорания и увеличения полноты сгорания за счет закрутки потока за компрессором. Подтверждено влияние добавки масла в керосин на увеличение удельного расхода топлива на 1–4 %. Обсуждение. Значимость полученных результатов состоит в возможности применения предложенной методики расчета в инженерной практике. Рассмотренные модификации модели представляют важный этап в создании и верификации математической модели внутрикамерных процессов.

Введение. Пермутационные тесты широко применяются при проведении статистического анализа, например, когда нарушаются предположения параметрических тестов или распределение данных неизвестно. Заметим, что в случае применения классических пермутационных тестов могут возникнуть проблемы при попытке оценки вероятностей редких событий с высокой относительной точностью. Это приводит к трудностям при использовании поправки на множественную проверку статистических гипотез. В работе предлагается оригинальный метод оценки произвольно малых P-значений в пермутационных тестах, который основан на многоуровневом расщеплении в методе Монте-Карло. Метод. Представленный метод включает дробление исходного пространства перестановок на непересекающиеся уровни по значениям статистики. Метод дает возможность свести задачу оценки исходной вероятности редкого события к задаче оценки обычных условных вероятностей для каждого уровня. Использование метода позволяет эффективным образом оценивать искомые P-значения, сохраняя баланс между временем работы и уровнем относительной ошибки. Основные результаты. Работа метода продемонстрирована в применении к задаче оценки произвольных P-значений двухвыборочного теста Колмогорова–Смирнова. Сравнение результатов работы метода с истинными P-значениями подтвердило практическую сходимость метода. Показаны примеры превосходства предлагаемого метода над альтернативными асимптотическими подходами. Обсуждение. Предлагаемый метод выявил существенный потенциал применения в широком спектре научных областей, таких как системная биология, иммунология и других. Метод может быть адаптирован для использования в различных случаях статистического анализа, который требует работы с вероятностями редких событий в пермутационных тестах.

Представлены результаты исследования влияния метода предобработки, основанного на формировании трехканальных изображений, на точность моделей сегментации мышечной ткани на срезах компьютерной томографии, соответствующих уровням позвонков грудного и поясничного отделов позвоночника. На данных масштабного набора Sparsely Annotated Region and Organ Segmentation обучено и протестировано 10 моделей. Получены значения коэффициента схожести Дайса и пересечения над объединением в диапазонах 0,9339–0,9421 и 0,8737–0,8885. Применение трехканального подхода к формированию входных данных повысило точность моделей четырех архитектур из пяти рассмотренных. Обученные модели могут применяться для быстрой и точной разметки мышечной ткани в процессе диагностики.

Рассмотрена система атом/графен/подложка и предложена схема получения аналитических выражений для чисел заполнения адатома. Учитывалась возможность наличия щели в электронном спектре графена. В качестве подложек рассматривались простые и переходные металлы и полупроводники, для описания плотностей состояний которых использовались простые теоретические модели.