Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

ПРОБЛЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Студентка гр. ПИб-132 Ю.В. Токмагашева

Научный руководитель - старший преподаватель И.Е. Трофимов Кузбасский государственный технический

университет им. Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово

Всем известно, что прогресс не стоит на месте, и с каждым го­ дом информационные технологии становятся все более многочислен­ ными, но при этом и более узконаправленными на решение какойлибо конкретной задачи. Данный факт относится ко всем сферам жизнедеятельности человека.

Образовательную систему новшества тоже не обходят стороной. Проявляется это в том, что в основном в учебных заведениях исполь­ зуют различные виды проекторов для большей наглядности изучае­ мого материала, интерактивные доски, также в большинстве образо­ вательных учреждений существуют компьютерные классы, зачастую имеющие подключение к Интернету.

Кроме этого, в настоящее время есть много вариантов учебников и учебных пособий: от обычных печатных изданий до электронных.

Привычные нам печатные издания совсем скоро останутся в прошлом, так как брать их с собой не всегда удобно, ведь их разме­ ры, количество и вес всегда ощутимы, в то время как электронные издания не имеют этих недостатков.

Какое-то время электронные книги (учебники, учебные посо­ бия) существовали исключительно в программной интерпретации: как в обычных форматах (например, .txt, .doc, .html, .chm, .pdf, .rtf,

.djvu), так и специфических (например, .fb2) [1], но с недавнего вре­ мени появились учебники, которые созданы как самостоятельные приложения для персональных компьютеров, ноутбуков, нетбуков, ультрабуков, планшетов и смартфонов.

У электронных учебников перед печатными изданиями есть не­ сравненное преимущество - в будущем работа с ними может быть дополнена новыми свойствами.

Такими дополнениями могут быть:

-возможность использования контрольно-тестовых материалов

савтоматической оценкой результативности выполнения;

- возможность использования электронной рабочей тетради с функциями записи, внесения заметок, вставки скопированного

текста из учебника, вписывания частей недостающего текста или пропущенных символов, чисел, формул [2];

- возможность изменения персональных настроек: размер шрифта, стиль и цвет текста, фоновое изображение и т.д.

Электронные книги, в свою очередь, по виду доступа подразде­ ляются на online- и offline-книги.

Для использования online-учебников нужен стабильный доступ к Интернету. Однако для увеличения своих учебных информацион­ ных ресурсов, т.е. электронных книг, достаточно лишь найти нужные во всемирной сети, это значительно сокращает время получения не­ обходимых книг, ведь для получения печатных приходится идти в библиотеку или в книжный магазин.

При отсутствии возможности подключения к Интернету или при сокращении затрат на его использование существуют offlineучебники, которые нередко требуют дополнительного программного обеспечения как на ПК, так и на мобильном устройстве. Примерами такого ПО являются AdobeReader, Microsoft Office Word, WinDjView и др. Как правило, лаптопные устройства уже имеют такое ПО, а что­ бы избежать установки дополнительного ПО на смартфон, можно использовать учебник в виде отдельного приложения, тем самым сэ­ кономив память устройства.

Помимо экономии памяти вашего смартфона к преимуществам данного приложения будут относиться:

-разработка под операционную систему вашего мобильного устройства;

-оповещение о выходе новой версии и возможность подключе­ ния автоматического обновления;

-быстрый доступ к приложению.

Учитывая вышеизложенное, можно прийти к выводу, что в усло­ виях изменяющегося мира нужно уметь оперативно подстраиваться и менять инструменты для достижения поставленных целей.

Библиографический список

1.Обучающая площадка intewiki [Электронный ресурс]. - URL: ЬЦр://\\а1а.ЦеасЬ.ги/1пбех.рЬр/Электронный_учебник._Плюсы_и_минусы.

2.Научный журнал Молодой ученый [Электронный ресурс]. - URL: http http://www.moluch.ru/archive/58/8101

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕСТАНОВОК С ПОВТОРЕНИЯМИ

ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ РЕШЕНИЯ В ГЕНЕТИЧЕСКОМ

АЛГОРИТМЕ В ЗАДАЧАХ ОРТОГОНАЛЬНОГО РАСКРОЯ МАТЕРИАЛА

Аспирант В.С. Шилов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Во многих областях человеческой деятельности возникают задачи раскроя-упаковки [1, 2, 3]. Эти задачи относятся к классу NP-трудных, и для них не разработано на сегодняшний день алгоритма, работающе­ го за полиномиальное время. Хорошо зарекомендовавшей себя груп­ пой методов для решения NP-трудных задач являются метаэвристики [4]. Одной из метаэвристик, наиболее часто применяемых при решении задача раскроя-упаковки является генетический алгоритм [5]. Генети­ ческий алгоритм находит приоритетный список, который используется алгоритмом-декодером при конструировании карты раскроя [6].

Приоритетный список представляет собой перестановку деталей. Такой подход оправдывает себя, если в задании на раскрой мало оди­ наковых деталей. В большинстве же случаев задание на раскрой со­ держит много одинаковых деталей. В такой ситуации представляется целесообразным использовать в качестве приоритетного списка пере­ становку с повторениями. Это поможет значительно сократить коли­ чество возможных приоритетных списков.

Для использования в качестве закодированного решения пере­ становки с повторениями требуется модифицировать операторы скрещивания и мутации в генетическом алгоритме.

За основу оператора скрещивания для перестановок с повторе­ ниями может лечь один из операторов скрещивания для перестано­ вок. Возьмем за основу частично-отображаемое скрещивание [7].

Имеются две хромосомы, которые представляют собой переста­ новку целых чисел. Оператор должен осуществить их скрещивание таким образом, чтобы результатом были также хромосомы, представ­ ляющие перестановку. Пусть есть две хромосомы:

Линией показана точка, по которой происходит скрещивание. Оператор скрещивания выполняет копирование левой части первой хромосомы в результат; при этом запоминается отображение генов первой хромосомы на гены второй, т.е. следующие соответствие 1->2, 3->1, 4->2. Затем копируется правая часть второй хромосомы в результат; если при этом происходит попытка записать в результат ген, который уже в нем есть, вместо данного гена берется ген из по­ лученного соответствия. Аналогично выполняется операция для ле­ вой части второй хромосомы и правой части первой хромосомы. Таким образом, будет получен следующий результат операции скрещивания: ___________________________

Модифицируем описанный оператор таким образом, чтобы он мог осуществлять скрещивание хромосом, представляющих собой перестановку с повторениями. В такой ситуации необходимо строить отображение не гена на ген, а гена на массив генов. А при заполне­ нии правой части хромосомы выбирать соответствующий ген из ото­ бражения только, если в хромосоме уже ровно столько таких генов, сколько должно быть; кроме того, каждый раз выбирая ген из масси­ ва, необходимо сдвигать указатель в этом массиве на следующий ген. Рассмотрим описанный подход на примере. Пусть есть хромосомы:

При генерации первой хромосомы будет получено отображение: 1 -> {1,1}, 2-> {1}, 3->{2}; при генерации второй хромосомы: 1->{ 1,2,1}, 2->{3}. Итогом выполнения скрещивания при точке скрещивания, показанной линией, будут хромосомы:

Оператор мутации также требует уточнения. Существуют три ос­ новных версии оператора мутации: одноточечная мутация, двуточеч­ ная мутация и операция инверсии. Одноточечная мутация осуществля­ ет обмен местами генов, стоящих на соседних позициях, двуточечная мутация выполняет обмен местами двух случайно выбранных генов,

операция инверсии переворачивает часть хромосомы. В случае пере­ становки с повторениями в результате может быть получена хромосо­ ма, не отличающаяся от исходной. Для предотвращения этого предла­ гается следующее ограничение на операцию мутации. Одноточечная и двуточечная мутации выполняются, если меняемые местами гены отличаются друг от друга; операция инверсии осуществляется, если переворачиваемый участок хромосомы не является палиндромом.

Для оценки эффективности предлагаемых алгоритмов проведен вычислительный эксперимент на данных из работы [8]. Результаты эксперимента приведены в таблице. Оценка производилась по сред­ нему полученному коэффициенту использования материала, равному отношению суммарной площади деталей к занятой площади листа. Чем ближе решение к оптимальному, тем выше коэффициент исполь­ зования материала.

Результаты вычислительных экспериментов

Таким образом, использование перестановок с повторениями

вгенетическом алгоритме при решении задачи раскроя материала позволяет находить решения с лучшими коэффициентами раскроя.

Встатье предложено использовать перестановки с повторениями

вкачестве приоритетного списка при решении задачи раскроя мате­ риала с помощью генетического программирования. Сформулирован новый оператор скрещивания и уточнены операции мутации. Показа­ на эффективность предложенной схемы кодирования.

Библиографический список

1. Мухачева А.С., Ширгазин Р.Р. Задачи упаковки прямоуголь­ ников: рандомизированная эвристика на базе двойственной схемы локального поиска оптимума // Информационные технологии. - 2003. - № 5 . - С . 18-22.

2. Мурзакаев Р.Т., Шилов В.С., Буркова А.В. Основные методы решения задачи фигурной нерегулярной укладки плоских деталей [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. - 2013 - №. 4. - URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2043 (дата обра­ щения: 26.05.2014).

3. Решение задачи ортогональной упаковки материалов метода­ ми линейного раскроя / Р.А. Файзрахманов, Р.Т. Мурзакаев, В.С. Шилов, А.С. Мезенцев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехни­ ка, информационные технологии, системы управления. - 2014. -

№10.-С . 29-41.

4.Ермаченко А.И. Модели и методы решения задач прямо­ угольного раскроя и упаковки на базе метаэвристики «Поиск с запре­ тами»: дис. канд. техн. наук. - Уфа, 2004.

5.Ширгазин Р.Р. Эволюционные методы и программное обеспе­ чение для решения задач ортогональной упаковки на базе блочных структур: дис. канд. техн. наук. - Уфа, 2006.

6.Application of the Group Decoder for Solving the Orthogonal Ma­ terials Cutting Problem [Электронный ресурс] / R.A. Fayzrakhmanov [at al.] // World Applied Sciences Journal. - 2013. - Vol. 10. - № 28. - URL: http://www.idosi.org/wasj/wasj28(10)13/4.pdf (дата обращения: 12.03.2015).

7. Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Теория

ипрактика эволюционного моделирования. - М.: Физматлит, 2003.

8.Hopper Е., Turton В.С.Н. An empirical investigation of metaheuristic and heuristic algorithms for a 2D-packing problem // Euro­ pean Journal of Operational Research. - 2000. - № 128(1). - P. 34-57.

МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ АДАПТИРУЕМЫЙ

ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР ОНТОЛОГИЙ MulTOnt

Студент гр. ПМИ-1,2-2011 Ф.А. Пономарев

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук С.И. Чуприна Пермский государственный национальный исследовательский университет

В настоящее время все чаще требуется использование техноло­ гий обработки знаний в различных информационных системах, на­ пример, в задачах поиска информации с учетом ее семантического смысла. Для этого необходимо автоматизировать процессы извлече­ ния и представления знаний, организации логического вывода и дру­ гие, причем программные средства должны быть легко адаптируемы под специфику проблемной области решаемой задачи. Для решения указанных задач активно используются методы инженерии знаний, в частности, методы и средства онтологического инжиниринга. Это объясняет актуальность разработки высокоуровневых средств графи­ ческих редакторов онтологий, способных работать в многопользова­ тельском режиме.

Онтология содержит в себе понятия, связи между ними, аксиомы их взаимоотношений, логические ограничения. Грубер определил онтологию как строгую спецификацию концептуализации [1]. Сама по себе онтология - артефакт, и для ее представления необходимо использовать модели представлений знаний. Адекватной моделью представления онтологии является семантическая сеть. В семантиче­ ской сети за представлением понятия кроются вершины, а связи - дуги онтологии. И современные визуальные редакторы онтологий должны представлять высокоуровневый интерфейс для работы с гра­ фическим представлением онтологий.

Проблемы использования онтологий в современной 1Т-индуст- рии заключаются в том, что нет достаточно развитых средств автома­ тического построения онтологий на базе разнородных информацион­ ных ресурсов и отсутствуют графические редакторы онтологий, ко­ торые помимо традиционных средств редактирования и визуального представления онтологий позволяют адаптировать эти средства под персональные предпочтения пользователя, агрегировать действия над онтологиями и пр.

Зачастую онтологии создаются коллективом разработчиков, поэтому редактор онтологии должен предоставлять многопользова­ тельский доступ к разрабатываемой онтологии. С точки зрения муль­ тидоступа большинство распространенных графических редакторов онтологий не поддерживает возможность совместной разработки он­ тологий. А те редакторы, которые поддерживают многопользователь­ скую работу, не имеют средств адаптации визуального представления онтологий под индивидуальные предпочтения пользователей. При­ мером такого редактора онтологий является и широко распростра­ ненный визуальный редактор Protege. Поэтому при проектировании и разработке визуального редактора онтологий MulTOnt мы постара-- лись решить указанные выше проблемы.

Для реализации механизмов адаптации под специфику решаемой задачи и индивидуальные предпочтения визуального представления онтологий (как и при помощи чего представлять вершины и дуги сети и т.п.) функционирование самого редактора онтологий MulTOnt реа­ лизовано также на принципах инженерии знаний. В основе реализа­ ции этого редактора лежит метаонтология (онтология об онтологии), описывающая знания о внутренних и внешних возможностях и меха­ низмах взаимодействия компонентов редактора MulTOnt.

Многопользовательская работа с редактором. Как было ука­ зано, онтологии применяются в различных информационных систе­ мах, и зачастую онтологию разрабатывает группа инженеров по знаниям.

При разработке многопользовательского программного обеспе­ чения необходимо учитывать, что при работе с некоторым общим ресурсом приложений необходимо поддерживать взаимодействие между участниками работы - клиентами. В ходе исследования было выявлено, что для реализации многопользовательского доступа тон­ кий веб-клиент является наиболее адекватным решением.

Для корректного многопользовательского доступа к редактору необходимо наличие возможности инициирования общения с клиен­ том со стороны сервера. Такое взаимодействие может быть организо­ ванно с помощью Rich Internet Application или же comet-модели. Comet - любая модель работы веб-приложения, при которой посто­ янное HTTP-соединение позволяет веб-серверу отправлять данные браузеру без дополнительного запроса со стороны браузера. Исполь­ зование RIA для создания MulTOnt не оправданно из-за повышенной

Принцип работы редактора MulTOnt следующий: пользователь, работая с онтологий, производит действия над визуальным элемен­ том онтологии (вершиной, дугой), который, в свою очередь, является SVG-элементом, что автоматически вызывает исполнение некоторого события. В данном случае событие - событие SVG-элемента, такое как mousedown, click и т.д. JavaScript-код реакции редактора на про­ изошедшее событие задается в метаонтологии, что приводит к вызову некоторого API-сервера и, как следствие, к соответствующему изме­ нению онтологии. Затем сервер подготавливает изменения в отобра­ жении онтологии, используя знания из метаонтологии, и отображает эти изменения в визуальном представлении онтологии клиента. Схема работы показана на рис. 2.

т е , определенное в ме1аонтологми

Рис. 2. Работа редактора MulTOnt

Также отличительной чертой редактора MulTOnt является воз­ можность задания собственных событий, определяющих Document Object Model события, путем задания соответствующим вершинам метаонтологии JavaScript кода. В таких событиях пользователь может использовать API сервера, что позволяет считать редактор MulTOnt редактором когнитивной графики.

Таким образом, основной отличительной способностью редакто­ ра MulTOnt является то, что его функционирование управляется зна­ ниями из метаонтологии, что обеспечивает реализацию адаптируемых механизмов. Это позволяет без переписывания исходного программ­ ного кода редактора расширять поведение и визуальное представле­ ние онтологии посредством внесения изменения в метаонтологию на