Данный отчет по научно-исследовательской деятельности представляет итоги исследований, совершенных в Санкт-Петербургском государственном университете в рамках государственного задания на тему «Искусственный интеллект и наука о данных: теория, технология, отраслевые и междисциплинарные исследования и приложения» за четвертый год реализации. Исследуемыми объектами являются современные системы и технологии искусственного интеллекта, а также подходы, методы и алгоритмы науки о данных в контексте отраслевых и междисциплинарных исследований и приложений. Главной целью данной работы является создание и улучшение методов и теоретических основ для решения междисциплинарных задач, связанных со сбором, обработкой и анализом данных, включая данные с неопределенностью, для прогнозирования различных социальных и технологических явлений. Методология проекта включает использование технологий и систем искусственного интеллекта в исследованиях, соприкасающихся с данными. Новизна исследования заключается в разработке новых методов применения и развития технологий ИИ как в теории, так и на практике в разных областях.
Все проведённые научные исследования сгруппированы по следующим научным направлениям:
•ИИ для предиктивной аналитики, систем управления и оптимизации.
•ИИ для высокопроизводительных вычислений, операционных систем.
•ИИ для механики и проектирования инженерных систем.
•ИИ для интеллектуальной обработки видео и звука.
•Фундаментальные исследования для ИИ.
По результатам исследований, проводимых в ходе реализации НИР, опубликовано 18 работ – журнальные статьи, индексирующиеся в WoS/Scopus, из них 6 в научных журналах первого и второго квартилей, 4 – статьи, находящиеся в процессе публикации.
Исследуемыми объектами являются современные системы и технологии искусственного интеллекта, а также подходы, методы и алгоритмы науки о данных в контексте отраслевых и междисциплинарных исследований и приложений. Главной целью данной работы является создание и улучшение методов и теоретических основ для решения междисциплинарных задач, связанных со сбором, обработкой и анализом данных, включая данные с неопределенностью, для прогнозирования различных социальных и технологических явлений. Методология проекта включает использование технологий и систем искусственного интеллекта в исследованиях, соприкасающихся с данными. Новизна исследования заключается в разработке новых методов применения и развития технологий ИИ как в теории, так и на практике в разных областях.
Все проведённые научные исследования сгруппированы по следующим научным направлениям:
•ИИ для предиктивной аналитики, систем управления и оптимизации.
•ИИ для высокопроизводительных вычислений, операционных систем.
•ИИ для механики и проектирования инженерных систем.
•ИИ для интеллектуальной обработки видео и звука.
•Фундаментальные исследования для ИИ.
Основными результатами коллектива исследователей являются:
ИИ для предиктивной аналитики, систем управления и оптимизации:
1.Проведены сравнение и анализ методов и подходов к многошаговому прогнозированию, выбраны лучшие комбинации подхода и алгоритма для прогнозирования возобновляемой энергии.
2.Получены и проанализированы новые аналитические зависимости, позволяющие более точно управлять давлениями для увеличения добычи конденсата.
3.Разработан новый алгоритм, демонстрирующий значительное улучшение в эффективности распределения ресурсов по сравнению с традиционными методами.
4.Проведено систематическое сравнение и анализ методов непрерывной идентификации, атак на них и методов защиты.
5.Проведено сравнительное исследование применимости и характеристик различных типов токенов для решения задач управления и распространения данных с учетом их уникальности; разработана архитектура и алгоритмы работы ранка данных на основе блокчейн-технологий; предложена собственная реализация платформы для распространения данных: рынка данных Art Space Marketplace.
6.Проведено систематическое сравнение и анализ методов непрерывной идентификации для IoT.
7.Разработана математическая модель гибридной системы тригенерации, которая учитывает взаимодействие всех компонентов системы (газовой турбины, фотоэлектрических панелей, системы рекуперации тепла, котла, абсорбционного охладителя и аккумуляторной систем), позволяющая эффективно учитывать энергетические потоки и эксплуатационные характеристики системы, а также оптимизировать ее работу.
ИИ для высокопроизводительных вычислений, операционных систем:
1.Разработана трехуровневая виртуальная блокчейн сеть и теоремы, гарантирующие ее безопасность.
2.Определено строго математически обоснованное представление решений дифференциальных уравнений в частных производных.
3.Разработан новый метод составления расписания задач в гетерогенных вычислительных средах на основе адаптивной нейронной гиперэвристики, позволяющий минимизировать время выполнения задач, представленных в виде направленных ациклических графов.
4.Разработана новая модель построения расписаний на направленных ациклических графах с гетерогенными исполнителями в условиях неопределенности относительно структуры графа.
5.Разработан алгоритм Stable PC в сочетании с UMAP для уменьшения размерности временных рядов, что позволило выявить причинно-следственные связи между сервисами.
6.Представлены новые формулы для шага Барзилай-Борвейна, которые обеспечивают стабильность и ускоряют сходимость алгоритма SARAH.
Фундаментальные исследования для ИИ:
1.Созданы новые алгоритмы проверки изоморфизма элементарных конъюнкций, задающих описания сложных структурированных объектов.
2.Предложена модель нечёткой сети, меняющей конфигурацию.
ИИ для механики и проектирования инженерных систем:
1.Исследована возможность удержания космического аппарата в окрестности точки Лагранжа системы Солнце-Земля при использовании только одного элемента управления солнечного паруса, а именно его отражательной способности.
2.Построена связная система моделей от ветрового волнения до силового взаимодействия волн с корпусом судна с учетом отражения.
ИИ для интеллектуальной обработки видео и звука:
1.Создана новая модель для генерации артионимов, которая успешно адаптирует подходы, ранее применяемые к фотографиям, к произведениям искусства, что ранее считалось сложной задачей из-за символизма и неоднозначности артионимов.
2.Показано, что такие характеристики автора, как национальность, миграция и наличие учеников, существенно влияют на стоимость произведений искусства, несмотря на предположения концепции "смерти автора".
Новизна научно-исследовательской работы заключается в разработке новых подходов к применению и развитию технологий искусственного интеллекта как с фундаментальной, так и с практической стороны в целом спектре актуальных областей.
В частности, по каждому выделенному направлению относятся следующие новые научные результаты:
Для предиктивной аналитики, систем управления и оптимизации проведен анализ методов многошагового прогнозирования; разработан алгоритм распределения ресурсов; проведен анализ методов непрерывной аутентификации; исследована применимость токенов для задач управления и распространения данных; разработана архитектура и алгоритмы работы рынка данных на основе блокчейн-технологий; предложена реализация платформы для распространения данных; разработана оптимизирующая модель системы тригенерации.
Для вычислений, операционных систем разработана трехуровневая виртуальная блокчейн сеть; исследовано решение дифференциальных уравнений в частных производных; разработан новый метод составления расписания задач в гетерогенных вычислительных средах; разработана модель построения расписаний на графах с гетерогенными исполнителями в условиях неопределенности; разработан алгоритм Stable PC, выявляющий причинно-следственные связи между сервисами; для алгоритма SARAH представлены улучшенные формулы для шага.
В рамках фундаментальных исследований созданы новые алгоритмы проверки изоморфизма элементарных конъюнкций, задающих описания сложных структурированных объектов; предложена модель нечёткой сети, меняющей конфигурацию.
Для механики и проектирования инженерных систем получены следующие результаты: исследована возможность удержания космического аппарата в окрестности точки при использовании одного элемента управления; построена связная система моделей взаимодействия волн с корпусом судна.
Для интеллектуальной обработки видео и звука создана новая модель для генерации артионимов; проанализированы характеристики автора, влияющие на стоимость его произведения.
Комбинации алгоритмов многошагового прогнозирования для устройств с множественным входом и выходом востребованы в энергетике. Разработанные законы управления давлениями на скважинах, способствуют оптимизации добычи газового конденсата. Разработка и применение многоцелевой оптимизация для гибридной системы тригенарации, которая включает в себя возобновляемые источники энергии и аккумуляторные системы хранения энергии, находит применение в различных областях энергетики и машиностроения.
Безопасности данных – это совокупность мер по защите ценной информации и ресурсов, в рамках гранта: разработан новый подход к аутентификации, в частности, непрерывной аутентификации, использующий методы машинного обучения и искусственного интеллекта, разработан новый подход непрерывной аутентификации для борьбы с рядом уязвимостей в системах интернета вещей (IoT). Проведены исследования технологий и существующих решений, используемых для организации рынка данных, с учетом требований масштабируемости, эффективности, защищенности, прозрачности, анализе возможностей блокчейн-технологий для создания рынка данных, разработка архитектуры рынка данных, проведении сравнительного анализа предложенной реализации с аналогами.
Переход от одноуровневых виртуальных блокчейн сетей к многоуровневым с адаптацией для этого случая консенсуса голосования приводит к улучшениям в высокопроизводительных вычислениях. Изучение возможностей строгих представлений для функциональных интегралов как источников высокопроизводительных вычислительных процедур. Разработка подхода для выявления взаимосвязей между микросервисами с помощью алгоритма Stable PC и метода уменьшения размерности UMAP, применяется для графовой нейронной сети для прогнозирования временных рядов метрик и распространения ошибок.
Фундаментальные исследования являются основой для принципиально новых нейронных сетей, представлен алгоритм проверки на изоморфизм формул с одним предикатным символом; на его основе разработка алгоритм такой проверки для формул с произвольным количеством предикатных символов. Создание теоретической модели нечётких нейронных сетей, меняющих конфигурацию, используя алгоритм выделения наибольшей общей (с точностью до имён переменных) подформулы двух элементарных конъюнкций предикатных формул.
Исследована возможность удержания космического аппарата в окрестности точки Лагранжа системы Солнце-Земля при использовании только одного элемента управления солнечного паруса применяется при проектировании космических аппаратов. Построенная связная система моделей от ветрового волнения до силового взаимодействия волн с корпусом судна с учетом отражения может применяться для разработки систем поддержки принятия решений при управлении судном с учетом метеоусловий.
Модель на основе трансформеров для генерации артионимов, проведение для этой модели экспериментов на больших художественных датасетах с оценкой качества генерации как автоматически, так и через экспертные оценки, находит применение в генеративном искусственном интеллекте.
Модель гедонической регрессии и анализ значимости характеристик произведений и авторов произведениях искусства, оценка влияния различных факторов на цену произведений, применяется для прогнозирования долгосрочных инвестиций.
Краткое название | GZ-2024 |
---|
Акроним | NIR_GZ_2021 – 4 |
---|
Статус | Завершено |
---|
Эффективные даты начала/конца | 1/01/24 → 31/12/24 |
---|