Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка Internet-сервиса, программного обеспечения и метода, интегрирующего нечеткое моделирование и анализ нечетких тенденций временных рядов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
20.07.2009 - 31.10.2009
Приложение № 3 к Временному регламенту
приемки выполненных работ (этапов работ) по
государственным контрактам, заключенным
в рамках ФЦП «Научные и
научно-педагогические кадры
  инновационной России»
на 2009-2013 годы

АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА 1 ЭТАПЕ
«Разработка интегрального метода нечеткого моделирования»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от «20» июля 2009 г. № 02.740.11.5021.


Шифр: «2009-1.5-502-003-007»

Период выполнения этапа «20» июля 2009 г -
31 октября 2009 г.
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет»,
432027, г. Ульяновск, ул. Северный венец, д. 32
Цель работы Разработка новых методов, моделей, программных систем анализа временных рядов на основе интеграции F-преобразования и нечетких тенденций, повышающих конкурентоспособность и эффективность управленческих решений предприятий малого и среднего бизнеса


1. Наименование разрабатываемой продукции
Новая математическая модель временных рядов, позволяющая идентифицировать, анализировать и прогнозировать новые знания в форме нечетких тенденций о динамике экономических показателей малых и средних предприятий, полученных по результатам публичной отчетности и экспресс-анализа.
Новый интегральный метод нечеткого моделирования временных рядов экономических показателей, объединяющий метод F-преобразования и комплекс методов выявления и анализа нечетких тенденций временных рядов, в форме объекта интеллектуальной собственности.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 1 этапе:
A. Новый интегральный метод нечеткого моделирования временных рядов, объединяющий F-преобразование с методом выявления и анализа нечетких тенденций, учитывает современные требования конечных пользователей: повышение информативности результатов экспресс-анализа, сокращение временных затрат на процесс интерпретации результатов, моделирование временных рядов небольшой длины (от 10 значений), для которых статистические методы не гарантируют адекватное построение моделей.
  Разработанный нами метод обеспечивает повышение информативности результатов экспресс-анализа за счет возможности генерации как числовых, так и лингвистических оценок тренда, а так же лингвистических оценок динамики в целом временных рядов (ВР) экономических показателей. Указанная возможность обеспечивает не только сокращение временных затрат конечных пользователей на интерпретацию результатов экспресс-анализа, но и временных затрат на моделирование ВР.
Интегральный метод предполагает создание многоуровневых математических моделей, методов решения комплекса задач на основании совокупности критериев, дающих оценку адекватности метода, такие как среднеквадратичное отклонение(MSE) и средняя ошибка аппроксимации (МАРЕ), критерии сохранения свойств F-преобразования и критерии качества моделирования нечетких тенденций. Для последних получены соответствующие математические выражения, используемые в параметрической идентификации моделей.
B. Анализ, обобщение научных результатов, концептуальная и математическая постановка задачи и формализация модели нечеткого временного ряда на основе оценки применимости интеллектуальных технологий, инструментальных алгоритмических и программных средств для решения отдельных задач.
Концептуальная постановка задачи формулируется как задача извлечения новых знаний из временных рядов в форме нечетких тенденций. Математическая постановка задачи нечеткого моделирования временного ряда включает формализацию новой нечеткой модели временного ряда на основе многоуровневого описания и его декомпозиции, получаемой интеграцией F-преобразования и модели нечеткой тенденции(на основе ACL-шкалы). F-преобразование используется для извлечения основной тенденции и моделирования числовых оценок уровней, а ACL-шкала применяется для «измерения» нечеткой оценки уровней и элементарных тенденций. В результате математическое описание модели временных рядов основано на теории нечетких множеств и нечетких логических моделей и предусматривает описание регулярных и авторегрессионных компонент ВР.
C. Перечень задач, реализующих интегральный метод нечеткого моделирования:
• Выделение векторного и функционального трендов временного ряда по методу F-преобразования.
• Генерация и нахождение основных нечетких тенденций по результатам F-преобразования.
• Генерация и анализ авторегрессионных зависимостей нечетких тенденций.
• Многоуровневое моделирование временного ряда для получения числовых оценок тренда (на основе F-преобразования) и лингвистических оценок нечетких тенденций.

D. Комплекс методов и алгоритмов F-преобразования и прогнозирования числовых оценок, идентификации, анализа и прогнозирования нечетких тенденций временных рядов экономических показателей, ориентированных на «мягкие» вычисления.

E. Проектная документация и научно-методическое обеспечение проведения тестирования и вычислительного эксперимента программного обеспечения нового интегрального метода нечеткого моделирования, включающие проверку свойств F-преобразования, критериев качества моделирования временных рядов на основе статистической обработки результатов генерируемых типов временных рядов.
2.2. Новизна полученных решений
Новизна полученных решений определяется учетом в них особенностей объектов экспресс-анализа экономических ВР предприятия, которые обладают неопределенностью. Данная неопределенность может быть соотнесена с нечеткостью качественных оценок показателей, образующих нечеткие временные ряды небольшой длины. Анализ, моделирование и прогнозирование нечетких тенденций в нечетких временных рядах представляет собой новую задачу извлечения знаний из временных рядов (Time Series Data Mining).
Известные исследования в области нечеткого моделирования временных рядов проводятся в основном зарубежными исследователями (см., например, Q. Song, B. Chissom, Fuzzy time series and its models, Fuzzy Sets and Systems, 54 (1993)), генерируют числовые оценки и не решают задачу анализа нечетких тенденций .

2.3. Особенности проведенного исследования
Особенностями проведенного исследования является использование исключительно методов нечеткого моделирования при построении математических моделей, методов и алгоритмов решения задач, а именно: методов моделирования экспертных высказываний, проведения логического вывода, использование аппарата нечетких множеств и нечетких временных рядов.
Методы и алгоритмы решения поставленных задач используют также аппарат нечетких нейронных сетей.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Непосредственной областью применения полученных результатов являются, прежде всего, малые и средние предприятия, проводящие экспресс-анализ состояния и динамики экономических показателей на основе временных рядов небольшой длины.
Исследование изменения основных показателей деятельности экономического субъекта, анализ текущих и прогнозирование будущих тенденций является важной задачей менеджеров, от адекватного решения которой зависит эффективность деятельности и конкурентоспособность предприятия. Потенциальными потребителями являются малые и средние предприятия(менеджеры, лица принимающие решения), вузы, частные лица.
Но метод, являясь универсальным методом прогностики, может быть применен к анализу состояния любого объекта, если оно может быть представлено нечеткими временными рядами.
Потребителями универсальной части программного продукта являются различные организации, занятые анализом сложной гетерогенной информации и/или разработчики программного обеспечения прогностики.

3.2. Выполненные исследования являются заделом диссертационных работ четырех аспирантов, двух докторантов. Тематика проведенного исследования используется при формировании тем выпускных и индивидуальных научных студенческих работ.

3.3. Полученные в НИР результаты способствуют закреплению в сфере науки и образования талантливой молодежи, достижению заданных индикаторов и показателей, развитию образовательного процесса, обеспечивая тем самым профессиональную ориентацию кадров задействованных в образовательном процессе на работу в наукоемких и технологически перспективных отраслях.

4. Выводы

Рассмотренный в отчете метод, интегрирующий F-преобразования и анализ нечетких тенденций временных рядов, базируется на методах нечеткого моделирования и извлечения знаний (Data Mining). Основной целью разработки интегрального метода является реализация удобного, оперативного и многоаспектного (многоуровнего) анализа временных рядов при экспресс-анализе экономических показателей, ориентированного на лиц, принимающих решений. Количественный анализ временных рядов экономических показателей реализуется методом F-преобразования, который применяется для выделения тренда и прогнозирования числовых уровней. Качественный анализ временных рядов экономических показателей с генерацией лингвистических оценок уровней и динамики обеспечивается применением моделирования и прогнозирования нечетких тенденций.
Решение задачи экспресс-анализа экономических показателей предприятий на основе интегрального метода будет способствовать повышению конкурентоспособности малого бизнеса и развитию национального сектора экономики.


Руководитель работ по проекту

Профессор, к.ф.-м.н.,
Чешская республика, г.Острава ______________ И.Г. Перфильева
8 октября 2009 г.


Ректор _____________А.Д. Горбоконенко
М.П.
Развернуть
2
01.11.2009 - 15.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА 2 ЭТАПЕ
«Разработка специализированной программной системы нечеткого моделирования(автономная версия)»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 20 июля 2009 г. № 02.740.11.5021.


Шифр: «2009-1.5-502-003-007»

Период выполнения этапа 1 ноября 2009 г. - 31 декабря 2009 г.
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет»

Цель работы Разработка новой программной системы анализа временных рядов на основе интегрального метода нечеткого моделирования, объединяющего F-преобразования и анализ нечетких тенденций, для повышения конкурентоспособности и эффективности управленческих решений предприятий малого и среднего бизнеса.


1. Наименование разрабатываемой продукции
Программный продукт в виде пакета прикладных программ, математическое обеспечение которого основано на многомодельном подходе и включает метод нечеткого моделирования экономических показателей(автономная версия), в форме дистрибутива и полной документации как внутрикорпоративный инструмент повышения эффективности управленческих решений .
База данных статистики временных рядов экономических показателей малых и средних предприятий, обеспечивающая надежное, конфиденциальное хранение данных и обладающая удобным интерфейсом.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Перечень задач на 2 этапе
2.1.1. Разработка и описание проекта специализированной программной системы нечеткого моделирования в виде пакета прикладных программ(автономная версия) на основе анализа реализованных прототипов: программной системы FuzzyTendNet Ульяновского государственного технического университета и программного обеспечения LFLC 2000 университета г. Острава (Чешская республика)
2.1.2. Исследование, анализ и оценка проекта структуры и функционирования программной системы интегрального метода нечеткого моделирования.
2.1.3. Исследование, разработка, реализация и описание модели базы данных и специализированного приложения базы данных в виде пакета прикладных программ на основе нового метода нечеткого моделирования временных рядов экономических показателей малых и средних предприятий
  2.1.4. Разработка и описание проектной документации и научно-методического обеспечения проведения тестирования и вычислительного эксперимента программного продукта нового метода нечеткого моделирования в форме Internet-сервиса.
  2.1.5. Описание состава дистрибутива специализированной программной системы нечеткого моделирования(автономная версия).
  
2.2. Результаты работы на 2 этапе:
2.2.1.Новая специализированная программная система нечеткого моделирования в виде пакета прикладных программ(автономная версия), реализованная на основе анализа реализованных прототипов: программной системы FuzzyTendNet Ульяновского государственного технического университета и программного обеспечения LFLC 2000 университета г. Острава (Чешская республика) и учета современных требований менеджеров малых и средних предприятий.

  Разработанная нами проект специализированной программной системы нечеткого моделирования в виде пакета прикладных программ(автономная версия) обеспечивает повышение информативности результатов экспресс-анализа за счет возможности генерации как числовых, так и лингвистических оценок тренда, а так же лингвистических оценок динамики в целом временных рядов (ВР) экономических показателей. Указанная возможность обеспечивает не только сокращение временных затрат конечных пользователей на интерпретацию результатов экспресс-анализа, но и временных затрат на моделирование ВР. В разработанной специализированной программной системе нечеткого моделирования в виде пакета прикладных программ(автономная версия) использовались решения систем LFLC 2000 и FuzzyTendNet и учитывались современные требования менеджеров малых и средних предприятий:
-высокая степень автоматизации процесса моделирования и прогнозирования при сохранении приемлемой точности;
-сокращение временных затрат на обработку данных ;
- низкая сложность(пользователь не должен задумываться как правильно и какие применить математические методы и модели);
-извлечение знаний, характеризующих качественные аспекты как одного ряда, так и совокупности одновременных рядов;
- представление результатов в лингвистической форме;
- хранение результатов анализа и прогноза в форме, пригодной для дальнейшей обработки в системах поддержки принятия решений.

2.2.2.Исследование, анализ и оценка проекта структуры и функционирования программной системы интегрального метода нечеткого моделирования.
Исследование и анализ проекта программной системы интегрального метода нечеткого моделирования заключается в выборе технологии программирования (Java Server Pages). Это технология, позволяющая разработчикам динамически генерировать HTML, XML и другие веб-страницы для реализации требуемого функционала, а также включает библиотеки JSP тегов. Страницы компилируются JSP-компилятором в сервлеты, представляющие собой Java-классы. JSP — одна из наиболее высокопроизводительных технологий, так как весь код страницы транслируется в java-код сервлета с помощью компилятора JSP страниц Jasper, и затем компилируется в байт-код виртуальной машины java (JVM). Сервлет-контейнеры (Tomcat), способные исполнять JSP страницы, написаны на платформо-независимом языке Java, который может работать под различными операционными системами и платформами, что тоже сыграло важную роль в данном решении.
Метод нечеткого моделирования, реализованный в специализированной программной системе, представляет собой разработанный на первом этапе интегральный метод нечеткого моделирования временных рядов, объединяющий F-преобразования и анализ нечетких тенденций для повышения информативности результатов экспресс-анализа.
Описание и оценка структуры и функций реализованной специализированной программной системы интегрального метода нечеткого моделирования и анализа нечетких тенденций временных рядов экономических показателей для целей экспресс-анализа состояния предприятия, включающих:
1.Выделение векторного и функционального трендов временного ряда по методу F-преобразования.
2. Генерацию и нахождение основных нечетких тенденций по результатам F-преобразования.
3. Генерацию и анализ авторегрессионных зависимостей нечетких тенденций.
4. Многоуровневое моделирование временных рядов.
Разработанная специализированная система отвечает требованиям обеспечения лицензионной чистоты программного продукта, проектирование программного продукта производилось с использованием автоматизированных средств проектирования, основанных на концепции и технологии UML, объектно-ориентированной технологии программирования и технологии баз данных.

2.2.3. Исследование, разработка, реализация и описание модели базы данных и специализированного приложения базы данных в виде пакета прикладных программ на основе нового метода нечеткого моделирования временных рядов экономических показателей малых и средних предприятий .

Разработаны и реализованы в СУБД MySQL новые модель реляционной базы данных и специализированное приложение базы данных, обеспечивающие надежное, конфиденциальное хранение данных и обладающие удобным интерфейсом для:
1.Ввода, вывода и редактирования наименований экономических показателей, расчетных формул вычисления экономических индексов, используемых в экспресс-анализе.
2.Хранения промежуточных данных используемых моделей интегрального метода нечеткого моделирования и анализа нечетких тенденций временных рядов.
3.Графического, численного и лингвистического представления результатов моделирования временных рядов.
Разработанная база данных проектировалась на принципах обеспечения:
непротиворечивости, неизбыточности, надежности.
Количество примеров (временных рядов экономических показателей) в базе данных: 10.

2.2.4. Разработка и описание проектной документации и научно-методического обеспечения проведения тестирования и вычислительного эксперимента программного продукта нового метода нечеткого моделирования в форме Internet-сервиса.
Разработанная проектная документация включает наряду с традиционными методиками тестирования и вычислительного эксперимента, тестирование надежности и эффективности удаленного доступа к базе данных.

2.2.5. Описание состава дистрибутива специализированной программной системы нечеткого моделирования(автономная версия).
Описание дистрибутива включает инструкцию по установке специализированной программной системы нечеткого моделирования, комплект файлов, для установки и инструкцию по использованию.

2.2. Новизна полученных решений
Новизна полученных решений в виде специализированной программной системы нечеткого моделирования временных рядов определяется учетом новых требований менеджеров к программным средствам, особенностями экономических ВР предприятия, которые обладают неопределенностью, а также реализацией нового интегрального метода нечеткого моделирования и анализа нечетких тенденций ВР, разработанного на предыдущем этапе, обеспечивающего многоуровневый экспресс-анализ: количественный и качественный (выраженный в экономических терминах).
Использование пакетов прикладных программ, реализующих статистические методы для решения поставленной задачи анализа тенденций и прогноза экономических показателей предприятий в рамках экспресс-анализа, удовлетворяющего новым требованиям, имеет существенные ограничения, так как они обладают высокой сложностью, низкой степенью автоматизации, представлением знаний в виде математических формул, что приводит к росту временных затрат пропорционально росту количества анализируемых временных рядов. Применение статистических пакетов(Statistica, SPSS и др.) для оперативного анализа и прогноза временных рядов экономических показателей помимо высокой стоимости лицензии требует от менеджеров высокой квалификации в области математической статистики и значительных интеллектуальных и временных затрат, обусловленных сложностью и многообразием моделей и методов обработки временных рядов.
Указанные отличия в методах анализа временных рядов, ориентация на повышение удобства работы и представление результатов в виде лингвистически выраженных зависимостей и оценках, имеющих экономический смысл, и определяет новизну разработанной специализированной программной системы нечеткого моделирования ВР (автомномная версия).

2.3. Особенности проведенного исследования
Особенностями проведенного исследования является применение интеллектуальных и информационных технологий при создания специализированной программной системы для реализации нового метода нечеткого моделирования.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Непосредственной областью применения полученных результатов являются, прежде всего, малые и средние предприятия, проводящие экспресс-анализ состояния и динамики экономических показателей на основе временных рядов небольшой длины.
Исследование изменения основных показателей деятельности экономического субъекта, анализ текущих и прогнозирование будущих тенденций является важной задачей менеджеров, от адекватного решения которой зависит эффективность деятельности и конкурентоспособность предприятия. Потенциальными потребителями являются малые и средние предприятия(менеджеры, лица принимающие решения), вузы, частные лица, а также организации, занятые анализом сложной гетерогенной информации и/или разработчики программного обеспечения прогностики.

3.2. Выполненные исследования являются заделом диссертационных работ четырех аспирантов, двух докторантов. Тематика проведенного исследования используется при формировании тем выпускных и индивидуальных научных студенческих работ. По окончании выполнения НИР результаты работ планируются включить в лекционный курс дисциплин «Интеллектуальные информационные технологии» «Высокоуровневые методы информатики и программирования» лекций «Проектирование экономических информационных систем» «Основы Internet-программирования» для студентов Ульяновского государственного технического университета.

3.3. Полученные в НИР результаты способствуют закреплению в сфере науки и образования талантливой молодежи, достижению заданных индикаторов и показателей, развитию образовательного процесса, обеспечивая тем самым профессиональную ориентацию кадров задействованных в образовательном процессе на работу в наукоемких и технологически перспективных отраслях.

4. Выводы
Разработанная специализированная система нечеткого моделирования в виде пакета прикладных программ (автономная версия) в полном объеме реализует разработанный на предыдущем этапе интегральный метод, интегрирующий F-преобразования и анализ нечетких тенденций временных рядов, обеспечивает удобный интерфейс, позволяющий выполнять многоуровневый анализа временных рядов при экспресс-анализе экономических показателей, ориентированного на лиц, принимающих решений. Количественный анализ временных рядов экономических показателей реализуется методом F-преобразования, который применяется для выделения тренда и прогнозирования числовых уровней. Качественный анализ временных рядов экономических показателей с генерацией лингвистических оценок уровней и динамики обеспечивается применением моделирования и прогнозирования нечетких тенденций.
Решение задачи экспресс-анализа экономических показателей предприятий на основе интегрального метода будет способствовать повышению конкурентоспособности малого бизнеса и развитию национального сектора экономики.


Руководитель работ по проекту

Профессор, к.ф.-м.н.,
Чешская республика, г.Острава ______________ И.Г. Перфильева
3 декабря 2009 г.

Ректор
Ульяновского государственного
технического университета ______________ А.Д. Горбоконенко


3 декабря 2009 г. М.П.
Развернуть
3
01.01.2010 - 31.03.2010
1. Исследование результативности нового интегрального метода нечеткого моделирования временных рядов на основе проведения вычислительных экспериментов с разработанным специализированным программным продуктом путем сравнения с лучшими зарубежными аналогами.
2. Модификация модели временных рядов, методов, алгоритмов интегрального метода нечеткого моделирования.
3. Модификация программного продукта нового метода нечеткого моделирования, реализованного в виде пакета прикладных программ.
4. Реализация и описание программного продукта нового метода нечеткого моделирования в форме Internet-сервиса.
Развернуть
4
01.04.2010 - 13.09.2010
4.1. Исследование, анализ, разработка и
выбор способа эффективного
размещения Internet-сервиса в
инфокоммуникационной среде
Ульяновского государственного
технического университета на основе критериев скорости доступа.
4.2.Исследование и анализ
результативности нового метода и его
программной реализации в виде Internet-
сервиса на основе проведения
вычислительных экспериментов и
опытной эксплуатации.
4.3. Оценка, обобщение научных
результатов для выявления ограничений
и возможностей развития и применения
нового метода нечеткого моделирования
временных рядов, в том числе на
зарубежном рынке.
4.4. Разработка научно-методического
обеспечения по использованию
разработанных программных продуктов
для анализа нечетких тенденций
временных рядов экономических
показателей предприятий малого и
среднего бизнеса
4.5. Разработка программы внедрения
результатов НИР в образовательный
процесс.
4.6. Организация научного семинара по
тематике проекта
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Продолжительность работ
2010 - 2011, 13 мес.
Бюджетные средства
0,22 млн
Организация
ДГУ
профинансировано
Разработка современных технических средств и высоких технологий в области приборостроения для медицинских систем 1. Исследование принципов обработки, синтеза и представления графической информации в медицине. 2. Исследование эффекта стимулированного излучения при оптической накачке в множественных квантовых ямах MgxZn1-xO/ZnO, для УФ оптоэлектронных устройств. 3. Повышение эффективности управления процессами бесконтактной диагностики для систем, основанных на использовании многоагентных структур и нечеткой логики. 4. Исследование и разработка способов создания устройств кодирования динамических изображений для целей медицинской диагностики. 5. Исследование оптических, структурных и электрических характеристик эпитаксиальных пленок ZnO n- и p- типа, полученных методом импульсного лазерного напыления. 6. Моделирование алгоритмов обработки спектральных портретов для различных прикладных задач. 7. Разработка компоновки программно-алгоритмического комплекса для исследования гиперспектральных харак
профинансировано
Тема
Разработка интегрирующей информационно-аналитической системы мониторинга программ и проектов Минобрнауки России
Продолжительность работ
2013, 5 мес.
Бюджетные средства
14 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка интерактивной Веб-ориентированной системы для решения задач молекулярного моделирования с использованием технологий распределенных вычислений.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка теоретических основ и реализация методов моделирования и проектирования опорной инфраструктуры современных высокопроизводительных телекоммуникационных систем и сетей передачи данных нового поколения.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
14 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка программно-аппаратной платформы «виртуальный суперкомпьютер», обеспечивающей использование суперкомпьютеров на основе технологий виртуализации.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка программного комплекса и облачного сервиса для автоматизированного обобщения и анализа финансово-экономической информации о деятельности предприятий и обеспечения принятия управленческих решений.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
130 млн
Количество заявок
1