Цели. Несбалансированность классов в наборах данных систем обнаружения вторжений (intrusion detection system, IDS) создает сложности для достижения равномерной эффективности обнаружения. В данном исследовании представлен стандартный каркас на основе генеративно-состязательной сети (generative adversarial network, GAN) для синтетической генерации сетевого трафика с целью расширения обучающих наборов данных IDS. Цель работы – оценить качество и практическую ценность сгенерированных GAN образцов для повышения способности IDS к обобщению. Исследование сосредоточено на проверке того, могут ли стандартные GAN генерировать реалистичный синтетический трафик, а не на целевой генерации отдельных малочисленных классов атак.

Методы. При реализации на наборах данных для исследований в области обнаружения вторжений NSL-KDD, CIC-IDS2017 и CIC-IDS2018 структура GAN продемонстрировала высокую точность в воспроизведении распределения реального сетевого трафика, что было подтверждено анализом гистограмм различных характеристик, таких как длительность потоков, объем байтов и частота пакетов.

Результаты. Структура обеспечивает стабильное обучение, поддерживая разнообразие генерируемых образцов и создавая аутентичные синтетические данные. На наборе данных CIC-IDS2017 модель случайного леса, обученная на реальных данных, достигла точности 99,86%. Синтетические данные, сгенерированные с помощью GAN, сохранили тот же уровень точности (99,86%), что подтверждает качество генерации синтетического сетевого трафика для общего расширения данных. Однако стандартная GAN генерирует образцы из общей распределенной выборки данных, не ориентируясь на конкретные классы атак, что означает, что малочисленные атаки (U2R1, R2L2) не были специально учтены.

Выводы. Данное исследование демонстрирует, что стандартные GAN способны генерировать реалистичный синтетический сетевой трафик, сохраняющий общую производительность классификатора, что подтверждает концепцию применения GAN для увеличения данных в системах обнаружения вторжений. Однако стандартная GAN не решает задачу генерации малочисленных атак, поскольку создает выборки из общей распределенной выборки данных без классового контроля. Основные ограничения методологии включают вычислительную сложность и невозможность целенаправленной генерации недостаточно представленных классов атак (U2R, R2L). В дальнейшем требуется использование условных GAN, чтобы обеспечить классово-ориентированную генерацию и напрямую устранить дисбаланс классов в наборах данных IDS.

Цели. Исследуется возможность использования семантико-онтологической модели анализа текстовых документов для разработки прикладных инструментов установления информационного морфизма. В качестве текстового онтологического основания для количественного анализа научных текстов рассматриваются паспорта научных специальностей ВАК1. Цель работы состоит в разработке графовой семантикоонтологической модели, которая по тексту статьи или автореферата восстанавливает профиль близости к шифрам специальностей и тем самым задает отображение от пространства документов к пространству паспортов.

Методы. Паспорта научных специальностей обрабатываются как единый корпус. По чанкам строится словарь униграмм и биграмм, рассчитываются TF-IDF2 представления и локальные графы ICAN3. Для пар «документ и паспорт» вычисляются меры сходства, которые в лексическом и семантическом слоях сворачиваются в оценки и объединяются в гибридную метрику. Результат переводится в вероятностное распределение по шифрам через температурный softmax4. Качество модели оценивается на корпусе авторефератов и статей из журналов Перечня ВАК РФ5, дополнительно проводится сравнение с крупными языковыми моделями.

Результаты. Гибридная схема дает точность top 1 около 0.69 и top 3 около 0.90 на авторефератах, а на статьях достигает 0.91 и 0.93. Это выше, чем у лексических и семантических вариантов. Метод выигрывает по top 1 для статей и остается сопоставимым по top 3, сохраняя интерпретируемость через n-граммы и контекстные графы.

Выводы. Паспорта ВАК могут быть практичным онтологическим основанием для анализа научных текстов, а предложенная модель является интерпретируемой и вычислительно экономичной альтернативой для выбора шифра и построения тематических профилей с учетом междисциплинарности.

Цели. В процессе производства и эксплуатации печатных узлов (ПУ), устанавливаемых в блоках радиоэлектронных средств (РЭС), могут возникать конструктивные дефекты, обусловленные технологическими погрешностями или воздействием внешних эксплуатационных факторов. Наибольшую опасность представляют латентные дефекты, которые невозможно выявить после изготовления ПУ, но которые способны привести к отказам в процессе эксплуатации. Современные ПУ характеризуются высокой плотностью компоновки электрорадиоэлементов и, как правило, размещаются в герметичных блоках, что существенно затрудняет применение традиционных методов контроля. Целью работы является повышение достоверности выявления и классификации латентных дефектов конструкций ПУ в герметичных блоках по механическим амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ) с использованием глубокой нейронной сети.

Методы. Предложен метод вибродиагностики, основанный на численном моделировании механических процессов, экспериментальных вибрационных испытаниях и применении искусственной нейронной сети для классификации технического состояния. Диагностирование осуществляется путем анализа механических АЧХ, полученных с помощью акселерометра, установленного на корпусе блока, и их сравнения с базой расчетных АЧХ, сформированной для различных технических состояний ПУ.

Результаты. Для экспериментальной проверки метода изготовлен макет ПУ внутри блока, в конструкцию которого вносились различные дефекты, и сформирована база расчетных механических АЧХ для исправного и неисправных состояний. После получения экспериментальных АЧХ выполнено их сравнение с расчетными данными, и с использованием глубокой нейронной сети определены виды внесенных дефектов.

Выводы. Разработанный метод вибродиагностики ПУ позволяет с высокой точностью выявлять и классифицировать латентные дефекты, возникающие в РЭС в процессе производства и эксплуатации, и повышает достоверность оценки технического состояния ПУ.

Цели. Целями работы являются: создание комбинированного нейровизионного алгоритма распознавания сигнальных радиоизображений объектов в режиме реального времени с использованием технологий машинного обучения и нейронной сети с полносвязной архитектурой и аугментацией данных; повышение вероятности правильной классификации при нейровизионной обработке сигналов.

Методы. В работе применены методы электродинамического моделирования, машинного обучения (линейная регрессия, классификация, случайный лес) и глубокого обучения (полносвязные нейронные сети). Применена техника бэггинга. Проведена оценка показателей точности классификации объектов и статистических критериев воспроизводимости радиоизображений.

Результаты. Разработан комбинированный нейровизионный метод распознавания объектов, показавший вероятность правильной классификации любого из переданных к обучению объектов с заданными форм-факторами не менее 0.97 при использовании аугментированных данных. Показано, что аугментация данных повышает вероятность правильной классификации нейронной сетью на 0.04. Полученные результаты подтвердили адекватность нейросетевых методов для задач нейровизионного распознавания объектов по сравнению с методами машинного обучения, прежде всего, при ограниченной базовой выборке объектов для обучения нейронной сети. Предложенный метод исследован для базисной классификации сферических и кубических моделей объектов в сантиметровом радиочастотном диапазоне частот.

Выводы. Нейронные сети с аугментацией данных демонстрируют вероятность правильной классификации свыше 0.97 в задачах нейровизионного распознавания радиоизображений в сравнении с нейронными сетями без аугментации данных (ниже на 0.04) и методами машинного обучения (ниже на 0.13). Методы машинного обучения уступают нейросетям в воспроизводимости радиоизображений, однако являются незаменимыми при ограниченных ресурсах вычислительной мощности. Для применения в реальных условиях требуются расширение базы данных за счет натурных экспериментов и применение гибридных архитектур нейронных сетей.

Цели. Материалы, состоящие из множества ультратонких слоев, каждый из которых имеет толщину порядка нескольких нанометров, являются перспективным классом композитных структур с уникальными физическими характеристиками, не присущими традиционным материалам. Они представляют значительный интерес в научной и промышленной сферах благодаря своей многофункциональности и широким возможностям применения. Особое внимание исследователей привлекают структуры, включающие как магнитные, так и немагнитные слои. Исследование магнитооптических явлений, в частности эффекта Керра, в данных структурах способствует углублению понимания их физических свойств и расширению возможностей их практического применения. Для корректной интерпретации экспериментальных данных необходимо учитывать возможные интерференционные эффекты. В связи с этим возникает потребность в разработке математической модели структуры и сопоставлении экспериментальных результатов с теоретическими расчетами. Целью настоящего исследования является анализ одного из методов моделирования многослойных структур, в которых всесторонне теоретически рассматриваются все три магнитооптических эффекта Керра (полярный, меридиональный, экваториальный) с получением универсальных формул.

Методы. Для моделирования всех трех магнитооптических эффектов Керра в многослойных тонкопленочных структурах применяется метод Берремана, основанный на матричном представлении дифференциальных уравнений Максвелла.

Результаты. Для оптически изотропных материалов получены матрицы Берремана, соответствующие экспериментальным геометриям, необходимым для наблюдения экваториального, полярного и меридионального эффектов Керра. Предложен метод учета толстых слоев в исследуемой структуре.

Выводы. Использование метода Берремана с применением матриц, представленных в данной работе, для анализа магнитооптических эффектов Керра в изотропной среде позволило получить точные формулы магнитооптических эффектов и обеспечило более точное моделирование сложных многослойных структур, а также способствует углубленному пониманию их физических характеристик, открывая возможности для анализа и поиска широкого спектра материалов.

Цели. Целью работы является комплексный обзор аналоговых и пассивных физически неклонируемых функций (ФНФ), анализ уязвимостей к атакам на основе машинного обучения и разбор практических сценариев применения в современных интегральных схемах и устройствах интернета вещей.

Методы. Использованы методы количественной оценки различий реализаций ФНФ и признаков их формального описания, включая вычислимость, уникальность, реализуемость, сложность создания клонов, защиту от несанкционированного доступа.

Результаты. Показано, что аналоговые ФНФ относятся к классу «сильных» ФНФ, но требуют специальных мер для подавления влияния факторов внешней среды и старения. Приведены примеры, демонстрирующие близкую к идеальной уникальность (inter-HD1 ≈ 50%) при высокой стабильности (intra-HD2 < 1%) и рекордные энергетические показатели (единицы – десятки фДж/бит). Пассивные ФНФ характеризуются высокой стабильностью, но относятся к «слабым» ФНФ. Рассмотрены атаки на основе машинного обучения, показано, что конволюционные нейронные сети и многослойные перцептроны превосходят классические подходы. Средства защиты на уровне протокола, ограничивающие объем доступной злоумышленнику информации, позволяют избежать модификации архитектуры ФНФ.

Выводы. Аналоговые и пассивные ФНФ расширяют спектр средств аппаратной аутентификации и защиты
от подделок, особенно для маломощных и ресурсно-ограниченных устройств интернета вещей. Наиболее перспективны архитектуры с внутренней калибровкой и малыми накладными расходами по площади/потреблению, а также пассивные решения для задач однократной идентификации и контроля вмешательства. Остаются открытыми задачи стандартизации процедур чтения/оцифровки, повышения устойчивости к изменениям внешней среды и различным атакам, а также совмещения с коррекцией ошибок и постобработкой на кристалле. Для выбора архитектур ФНФ необходимо тщательное моделирование угроз и применение стратегий глубокой защиты с учетом будущих достижений машинного обучения.

Цели. Цель работы – систематический анализ и оптимизация основных конструкционно-технологических характеристик микроминиатюрных электронно-оптических систем для достижения максимальных показателей их работоспособности. В ходе исследования особое внимание уделялось установлению взаимосвязей между геометрическими параметрами системы и ее функциональными характеристиками.

Методы. В основе исследования лежит комплексное математическое моделирование динамики электронов в сложной пятиэлектродной схеме, достоверно воспроизводящей реальную конструкцию компактной электронно-лучевой микроколонны. Данный подход позволил установить количественные зависимости критических показателей производительности системы – разрешающей способности и интенсивности электронного пучка – от фундаментальных геометрических параметров: межэлектродных расстояний, конфигурации апертур диафрагм и углового размера выходного отверстия. Основные усилия были сосредоточены на определении оптимальных значений указанных параметров, обеспечивающих минимальный размер фокального пятна при одновременной максимизации энергии пучка.

Результаты. Проведенное компьютерное моделирование выявило определяющее влияние каждого компонента пятиэлементной электронно-оптической структуры на формирование качественных характеристик электронного потока. Установлено наличие выраженного минимума диаметра электронного пучка при определенной комбинации геометрических и электрических параметров системы. Обнаруженный оптимум позволил разработать новую методику проектирования и калибровки компактных электронно-лучевых приборов, обеспечивающую достижение максимального разрешения и высокой чувствительности при минимальном энергопотреблении. Детальный анализ продемонстрировал, что оптимальная конфигурация электродов позволяет снизить сферическую аберрацию на 25% по сравнению с традиционными решениями.

Выводы. Разработанный подход к проектированию электронно-оптических систем микроколонн существенно повышает производительность и расширяет функциональные возможности электронных микроскопов и родственных аналитических приборов. Практическая значимость работы подтверждается возможностью создания устройств с рекордными показателями разрешения при компактных размерах. Важным достижением является установление количественных критериев оптимизации, позволяющих целенаправленно улучшать характеристики электронно-лучевых систем.

Цели. Важную роль в современной физике и волноводной оптике играют и исследования, связанные с нахождением точных решений используемых при моделировании уравнений, позволяющие выявить классы точно решаемых моделей. Цель работы – изучение свойств поверхностных поперечных волн, распространяющихся вдоль границы раздела нелинейной и градиентной немагнитных сред без потерь.

Методы. В работе использованы методы математического моделирования, методы анализа и математической физики, дифференциальных уравнений и теории специальных функций. Использовались базовые принципы, методы и физические модели нелинейной и волноводной оптики.

Результаты. Проведено моделирование свойств поверхностных поперечных волн, распространяющихся вдоль границы раздела нелинейной и градиентной сред. В качестве модели нелинейности среды, описывающей нелинейно-оптический отклик среды на возмущения электрического поля, выбрана линейная форма зависимости диэлектрической проницаемости от интенсивности света. В качестве модели градиентной среды выбрана форма пространственного профиля диэлектрической проницаемости, описывающая ее изменение в зависимости от расстояния до границы раздела, для которой можно найти точное аналитическое решение стационарного волнового уравнения. Приведена математическая формулировка модели, которая представляет собой краевую задачу сопряжения для нелинейного уравнения с переменными коэффициентами. Найдены точные аналитические решения данной краевой задачи для случаев фокусирующей и дефокусирующей нелинейностей, которые описывают пространственные распределения напряженности электрического поля в поперечном границе раздела сред направлении. Анализ модели позволил выявить существенные различия пространственного распределения интенсивности поля в поверхностных волнах, распространяющихся в фокусирующих и дефокусирующих средах. Проведен детальный анализ влияния значений параметров модели, характеризующих оптические свойства контактирующих сред, на пространственное распределение интенсивности света в поверхностных волнах.

Выводы. Полученные результаты дополняют существующую теорию нелинейной и волноводной оптики и могут найти применение при проектировании новых волноводных структур с определяемыми пользователями свойствами. Полученные новые решения расширяют класс точно решаемых моделей планарных волноводных структур с распределенными неоднородными и нелинейными свойствами.

Цели. Цель работы – разработка новых подходов к методологии стратегического планирования в электронной промышленности с учетом глобальной многовекторной трансформации экономики и ускорения технологических изменений. Настоящее исследование показывает наиболее общие рамки дальнейшего развития электронной промышленности и рост ее влияния на социально-экономическое устройство будущего общества.

Методы. Наряду с классическими методами исследования социально-экономических отношений сложной системы, которой является электронная промышленность, применялись системный анализ, форсайттехнологии, моделирование производственных процессов и методы стратегического планирования. Особое внимание уделялось методу множественного сравнения для оценки объяснительной способности различных моделей развития.

Результаты. Проведенное исследование объективно подводит к необходимости новой реструктуризации отраслей экономики и промышленности с особым статусом для электронной промышленности, т.к. ее развитие выходит за рамки экономической рациональности и приобретает цивилизационный характер. Постановка электронной промышленности в качестве локомотива всей экономики наряду с реструктуризацией подготовки кадров – это залог стратегического успеха развития нашей страны.

Выводы. Создание и непрерывное развитие системы стратегического планирования и управления электронной промышленностью – единственная возможность «срезать углы» в развернувшейся гонке за технологическим, а значит экономическим, военным и политическим суверенитетом. Особое стратегическое значение приобретает необходимость построения собственного макрорегиона, самодостаточного как с точки зрения производства, так и потребления электронной продукции.

Цели. В настоящее время глобальная экологическая повестка стала значимым фактором мировой политики и международных отношений. Происходящие в мире климатические изменения, нарастающее демографическое и техногенное давление на среду обитания, деградация биогеоценозов и истощение невозобновляемых природных ресурсов представляют собой единый комплекс экологических вызовов для всего человечества, который останется актуальным в течение всего XXI века. Целью настоящей статьи является рассмотрение технологических и социокультурных аспектов глобальных экологических вызовов современности в их взаимосвязи.

Методы. В статье используются системно-исторический метод и циклически-волновой подход к изучению мировой динамики.

Результаты. Рассмотрены особенности взаимодействия человечества с природной средой, проанализированы факторы и характер изменения антропогенных нагрузок в исторической ретроспективе, показаны этапы становления глобально-политической повестки экологизма, проведено сравнение климатической картины прошлого и наших дней, обозначены приоритеты управления экологической повесткой в новом мироустройстве.

Выводы. Общее антропогенное влияние на природную среду определяется рядом социокультурных, экономических и технологических факторов. Хотя степень этого влияния на протяжении истории повышается, однако именно климатические изменения не имеют выраженной антропогенной природы, будучи подчинены главным образом солнечным и геофизическим циклам. Наряду с этим, тема климатических изменений стала одним из ключевых элементов глобальной экологической повестки, которая в ряде случаев приводит к постановке регуляторных требований и технологических стандартов, затрудняющих темпы индустриализации и модернизации в развивающихся странах. В условиях формирования новой системы международных отношений появляется возможность переосмысления экологической повестки с дальнейшим перенаправлением ее на приоритеты климатического прогнозирования и адаптации, обеспечения экологической безопасности и развития природоподобных технологий.

Цели. Целями работы являются разработка дидактических моделей процесса преподавания правил чтения французского языка, изучаемого студентами первого курса с нуля, и выбор оптимальной модели для дальнейшего использования в обучении.

Методы. Применение дидактических моделей, разработанных с привлечением таких инструментов, как регрессионный анализ, математическая теория обучения и эксперимент по применению полученных моделей в группах, обучающихся французскому языку с нуля.

Результаты. Для сравнения и анализа представлены 3 полученные модели изучения 48 правил чтения во французском языке в течение 4, 8 и 16 недель по 12, 6 и 3 правила за одно занятие, соответственно, с повторением правил, изученных на предыдущем занятии. Учитывалось также влияние различных индивидуальных факторов на эффективность всех 3 моделей (лингвистические способности студента, уровень тревожности, предыдущий опыт изучения языков и т.п.). В результате была выбрана оптимальная модель обучения.

Выводы. Среднестатистический студент эффективнее усвоил правила чтения при восьминедельном обучении, когда последующие 8 недель (до конца семестра) правила регулярно повторялись на каждом занятии. При изучении правил чтения в течение 16 недель студенты не успели повторить некоторый материал в конце семестра, меньше правил повторялось на занятиях. При четырехнедельном изучении студенты путали правила, плохо их запоминали из-за когнитивной перегрузки. При наличии неблагоприятных факторов (слабые способности и мотивация, отсутствие самостоятельной работы и т.п.) результаты обучения оказались низкими независимо от выбранной модели. Напротив, при благоприятных условиях (хорошие способности, мотивация и т. п.) оказалось, что модель обучения не играет решающей роли.