Назиров Р.Р., Щур Л.Н. «Математическое моделирование на суперкомпьютерах (вместо предисловия)» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 5-9 (2014)

Алешин С.В. «Оценка инвариантных числовых показателей аттракторов систем дифференциальных уравнений с запаздыванием» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 10-17 (2014)

Среди инвариантных характеристик динамических систем большую роль играют ляпуновские показатели и ляпуновская размерность. Анализ спектра показателей Ляпунова широко применяется для исследования сложной динамики в системах обыкновенных дифференциальных уравнений и в моделях, сводящихся к отображениям. В конечномерном случае, по теореме Оселедеца, линеаризованная на аттракторе система обыкновенных дифференциальных уравнений всегда является правильной по Ляпунову, и, тем самым, верхний предел может быть заменён обычным, что позволяет эффективно вычислять показатели Ляпунова. В статье рассматривается вопрос вычисления показателей Ляпунова для систем дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом, для которого данная теорема, вообще говоря, не работает. Приводятся результаты тестирования разработанного алгоритма для уравнения Хатчинсона. Отмечено хорошее совпадение результатов численного моделирования с утверждениями аналитического плана. Иллюстрируется применение алгоритма к некоторым задачам. В частности, рассматривается система уравнений Ланга–Кобаяши на возможность получения режима гиперхаоса.

Бараш Л.Ю., Халатников И.М. «Эффективная проводимость двумерных замощений плоскости: сравнение аналитических и численных результатов» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 18-24 (2014)

Представлен численный метод для получения эффективной проводимости двумерных замощений плоскости многоугольниками. Для периодических структур используется сеточный метод с релаксацией для решения уравнения Лапласа с соответствующими условиями сшивки на границах между областями компонент с разными проводимостями и с соответствующими периодическими граничными условиями. Метод позволяет определить эффективную проводимость с высокой точностью как в области применимости теории возмущений, так и в случаях, когда проводимости компонент существенно различны. Полученные результаты хорошо согласуются с имеющимися аналитическими результатами.

Бараш Л.Ю., Щур Л.Н. «Использование технологии MULTI-GPU для многомерного численного интегрирования методом Монте-Карло» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 25-32 (2014)

Задача многомерного численного интегрирования методом Монте-Карло имеет многочисленные приложения. Применение современных методов вычислений с использованием гибридных вычислительных систем с графическими процессорами позволяет значительно увеличить производительность при выполнении задач интегрирования. Вычисление многомерного интеграла методом Монте-Карло с использованием одиночного графического процессора даёт повышение производительности в 40–100 раз по сравнению с использованием центрального процессора. Также продемонстрировано линейное увеличение производительности вычислений Монте-Карло при увеличении числа узлов гибридной вычислительной системы с графическими процессорами.

Биктимиров М.Р., Жижченко А.Б., Овсянников А.П., Шер А.А., Климов П.А. «Организация эффективного сетевого доступа к ресурсам дата-центра в распределённой инфокоммуникационной инфраструктуре» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 33-40 (2014)

Проведён анализ информационного обмена информационно-вычислительных ресурсов, объединённых опорной телекоммуникационной сетью Российской академии наук в Московском регионе. На его основе определены требования для разработки телекоммуникационных решений для доступа к ресурсам дата-центра. Предложены архитектурные решения для организации телекоммуникационной компоненты датацентра с целью обеспечения надёжной работы и доступа к ресурсам дата-центра из российских научных сетей. Создан прототип телекоммуникационного узла доступа дата-центра.

Васенин В.А., Роганов В.А., Зензинов А.А. «Гибридный подход к моделированию средств обеспечения информационной безопасности GRID/CLOUD -систем» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 41-53 (2014)

Эффективное и безопасное использование распределённых информационных систем на базе технологий облачных и грид-вычислений требует оценки и оптимизации средств обеспечения их безопасности. В этих целях представляется целесообразным проводить моделирование исследуемых систем и сценариев поведения при различных условиях их эксплуатации. В настоящее время широко распространена дискретно-событийная симуляция, которая не подходит для тестирования реальных программных средств. В этой связи авторы предлагают подход к проведению натурного, имитационного, виртуального и аналитического моделирования, а также их объединения в рамках гибридного режима моделирования. Такой подход позволяет исследовать поведение распределённых систем с разных сторон, учитывая особенности архитектуры, программного обеспечения (ПО), назначения систем и условий их эксплуатации. В статье также представлен прототип программной среды с поддержкой гибридного режима моделирования.

Глызин С.Д. «Инвариантные числовые характеристики аттрактора и диффузионный хаос в уравнении Гинзбурга–Ландау с гантелеобразной пространственной областью» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 54-66 (2014)

Рассматривается феномен многомодового диффузионного хаоса, одним из признаков которого является увеличение ляпуновской размерности аттрактора распределённых эволюционных динамических систем при уменьшении коэффициента диффузии. Для иллюстрации этого эффекта рассматривается краевая задача типа «реакция–диффузия» в области, состоящей из двух прямоугольных частей, связанных между собой перемычкой. Ширину перемычки примем бифуркационным параметром задачи, она меняется так, что мера области сохраняется. Изучены условия возникновения хаотических колебаний и построена зависимость инвариантных характеристик аттрактора задачи от ширины перемычки. Параметр диффузии при этом выбран так, что за счёт уменьшения ширины перемычки может появиться пространственно неоднородный хаотический аттрактор. Для полученного аттрактора вычисляются ляпуновские экспоненты и ляпуновская размерность. Показано, что величина размерности при уменьшении параметра растёт до некоторого предела, кроме того выяснилось, что увеличение размерности связано с усложнением распределения по пространственной переменной устойчивых режимов системы.

Демидов Д.Е. «Реализация генератора вычислительных ядер OpenCL в библиотеке VexCL» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 67-80 (2014)

Представлена методика, используемая в библиотеке с открытым исходным кодом VexCL для автоматической генерации вычислительных ядер OpenCL из выраженийязыка программирования C++. Данная методика позволяет значительно упростить написание программ, использующих графические ускорители для повышения эффективности научных расчётов. Показано преимущество такого подхода по сравнению с использованием библиотек с фиксированным программным интерфейсом.

Денисенко М.В., Сатанин А.М. «Мезоскопические флуктуации населённости кубита в поле управляющего сигнала» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 81-90 (2014)

Изучаются мезоскопические флуктуации населённости джозефсоновского кубита в переменном поле, которое представляет собой суперпозицию электромагнитных импульсов большой амплитуды. Показано, что относительная фаза импульсов ответственна за темп переходов Ландау–Зинера и, соответственно, за частоту переходов между адиабатическими состояниями. Поскольку в коаксиальных линиях на кубит поступают случайные последовательности импульсов, длительность которых контролируется с точностью до периода поля, то это приводит к сильным мезоскопическим флуктуациям населённости кубита. При этом влияние относительной фазы импульсов на населённость подобно магнитному полю в мезоскопике, что ведёт к разрушению интерференционно картины населённости. Изучено влияние длительности импульса и шума на обнаруженные флуктуационные эффекты.

Дружинин О.А., Троицкая Ю.И., Зилитинкевич С.С. «Прямое численное моделирование турбулентного устойчиво стратифицированного воздушного потока над взволнованной водной поверхностью» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 91-103 (2014)

Параметризация потоков импульса и тепла в турбулентном, устойчиво стратифицированном пограничном слое над взволнованной водной поверхностью необходима для крупномасштабных численных климатических моделей и прогноза погоды. При этом связь между крупномасштабными полями скорости и температуры и турбулентными потоками на границе раздела океан-атмосфера даётся относительно простыми функциями, включающими так называемые «балковые» коэффициенты. Значения этих коэффициентов в различных моделях климата меняются в довольно широких пределах, и их конкретизация является довольно сложной задачей натурного и численного эксперимента. Мы используем прямое численное моделирование как инструмент для детального исследования пограничного слоя на границе раздела океан-атмосфера, чтобы далее уточнять и верифицировать параметризацию, используемую в крупномасштабных климатических моделях. Особое внимание уделяется эффектам, обусловленным устойчивой стратификацией воздушного потока.

Карбачинский И. «Проблемы построения систем защиты от спама в интернете» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 104-109 (2014)

Трафик в поисковых системах играет одну из важнейших ролей в онлайн экономике. Поэтому неудивительно, что за последние годы количество спама в Интернете неуклонно растёт. Ежедневно в сети появляются тысячи новых сайтов, содержащих некачественный контент. В статье детально рассматривается устройство защиты от спама в современных информационно-поисковых системах по интернет-пространству (веб). Рассматриваются проблемы построения спам-классификатора, проблемы переобучения и отбора признаков. Рассматриваются способы применения методов уменьшения размерности пространства для улучшения качества классификатора, а также различные способы визуализации многомерных данных. Особое внимание уделено отбору информативных признаков и оптимизации скорости работы классификатора.

Меньшутин А.Ю., Щур Л.Н. «Многомерное обобщение модели Diffusion Limited Aggregation (DLA)» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 110-120 (2014)

Описывается численный алгоритм для построения многомерных структур роста в рамках модели агрегации, ограниченной диффузией Diffusion Limited Aggregation (DLA). Обсуждаются способы ускорения процесса численного моделирования, методы организации работы с памятью, методы и особенности симуляции случайного блуждания в пространстве размерностью больше 2, а также другие элементы численного алгоритма. Для описания численного эксперимента используется предметно-ориентированный язык.

Моисеенко С.Г., Бисноватый-Коган Г.С., Арделян Н.В. «Моделирование магниторотационных процессов в коллапсирующих сверхновых и развитие магнитодифференциально-вращательной неустойчивости» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 121-135 (2014)

Сверхновые с коллапсирующим ядром сопровождаются формированием нейтронной звезды или чёрной дыры. Гравитационная энергия трансформируется в энергию взрыва, что наблюдается во взрывах сверхновых второго типа и типов Ib,c (SN II, SNIb, SNIc). Представлены результаты двумерного магнитогидродинамического (МГД) моделирования магниторотационного взрыва коллапсирующей сверхновой, где источником энергии является энергия вращения, а магнитное поле играет роль «передаточного ремня», трансформирующего вращательную энергию в энергию взрыва. Тороидальная часть магнитной энергии на начальном этапе эволюции растёт линейно со временем из-за дифференциального вращения. Когда тороидальная компонента магнитного поля существенно превышает полоидальную компоненту магнитного поля, возникает магнито-дифференциально-вращательная неустойчивость (МДРН), приводящая к быстрому росту магнитной энергии. На конечной стадии развития процесса формируется быстрая МГД ударная волна, приводящая к взрыву сверхновой. В случае, когда начальное магнитное поле является полем дипольного типа, возникает слабо коллимированный струйный выброс (джет). При очень больших значениях магнитного поля развитие МДРН не обнаружено.

Ноздрин Д.А. «Сведение задачи оптимизации потоков в интеллектуальной инженерной сети к задаче, решаемой симплекс-методом» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 136-145 (2014)

Проведено рассмотрение балансных уравнений в интеллектуальных инженерных сетях, в частности, в электросетях, и задаче оптимизации потоков в условиях сетевой архитектуры и деления общей сети на зоны. Важной задачей, встающей перед многими комплексами, оказывается задача просчёта оптимального распространения потоков, такого, чтобы выбранная целевая функция стремилась к максимуму (минимуму). Данная задача актуальна для большинства интеллектуальных инженерных сетей с различными накладываемыми условиями. Если ввести ограничения по пропускной способности и/или ограничения на управляющие воздействия, то эта задача становится задачей управления потоками, которая включает в себя разные типы потоковых задач. Такими задачами могут быть задачи определения существования потока, транспортные задачи, задачи построения топологии и пр. Варьируя условия и ограничения задачи, можно адаптировать алгоритмы под сети газо-, водоснабжения, электросети, транспортные сети, сети сотовой связи. В данной статье задача рассматривается в контексте электросетей.

Старостин Н.В., Панкратова М.А. «Архитектурно-зависимая декомпозиция в методиках суперкомпьютерного моделирования» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 146-153 (2014)

Численное моделирование физических процессов в параллельной среде предполагает распределение аппроксимационной сетки по процессорам. Результат распределения во многом определяет количество межпроцессорных коммуникаций, коллизий во время пересылок информации, а, следовательно, и время выполнения параллельной программы. В работе приводится постановка задачи архитектурно-зависимой декомпозиции, предлагаются пути решения задачи.

Шикота С.К. «К задаче разработки методики построения распределённой инфокоммуникационной системы для научной и научно-учебной деятельности» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 154-159 (2014)

Ставится задача по разработке методики построения распределённой инфокоммуникационной системы для обеспечения научной и научно-учебной деятельности творческого коллектива. Проводится анализ существующих инфокоммуникационных систем порталов и платформ с целью выявления общих компонентов, которые используются для управления данными, метаданными, вычислительными ресурсами, правами доступа, добавлением заданий и мониторингом, а также для обработки результатов моделирования.

Щур Л.Н. «Алгоритм Ванга–Ландау: случайное блуждание по спектру энергии» Механика, управление и информатика, 6, № 6, с. 160-166 (2014)

Проведён анализ точности вычисления плотности состояний методом Ванга–Ландау. На примере вычисления плотности состояний двумерной модели Изинга показано, что стандартный метод ведёт к конечной точности вычислений. Проанализирована матрица переходов по спектру энергий и показано, что она является стохастической. Это наблюдение даёт возможность замены эвристического требования равномерности гистограммы на физическое требование регулирования точности заполнения столбцов матрицы переходов. Ставится вопрос о модификации стандартного метода Ванга–Ландау. Проанализированы пути эффективной параллелизации метода для возможности его реализации на массивно-параллельных суперкомпьютерных системах.