#модель

Одна из фундаментальных проблем при создании эффективных моделей машинного обучения — определение необходимого и достаточного количества данных для их обучения. Слишком мало данных — модель будет неточной, слишком много — неоправданные затраты времени и ресурсов на сбор и обработку информации. Ученые из МФТИ предложили два новых метода для решения этой задачи, основанных на анализе функции правдоподобия с использованием техники бутстрэпа.

Участие в научных конференциях — это не только шанс поделиться своими идеями, но и важный шаг в карьере будущего исследователя. Однако не все студенты готовы к такой активности. Как преподавателям заранее понять, кто из первокурсников проявит интерес к науке? В МТУСИ нашли ответ, используя алгоритмы машинного обучения.

Ключевую роль в обеспечении надежности моста играют специальные подшипники, которые позволяют конструкции плавно двигаться под тяжелым весом, при нагреве и вибрациях, защищая от разрушения. Современные детали включают стальные элементы, полимерные слои и специальную смазку, которая снижает трение и продлевает срок службы моста. Если она плохая или ее вовсе нет, это может привести к заклиниванию подшипников, трещинам в мосту и даже его обрушению. Для того, чтобы понять, как смазочный материал ведет себя на реальном объекте, создают его «цифровые двойники» и исследуют в разных условиях. Ученые Пермского Политеха разработали усовершенствованную математическую модель, которая снизит погрешность в расчетах и уменьшит общий риск аварий.

В Институте прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН впервые в мире предложили модель малоизученного компонента спектра поглощения водяного пара — континуума, основанная на физических механизмах его формирования. Она позволяет существенно увеличить точность определения атмосферных характеристик, в первую очередь влажности и температуры, которые необходимы при прогнозировании погоды и долгосрочных изменений климата.

Геомеханическое моделирование широко используется при строительстве и разработке нефтяных месторождений. Оно позволяет точнее подобрать необходимое оборудование для вскрытия пласта, определить его интервал, оптимальную траекторию ствола скважины, оценить устойчивость горной породы в процессе бурения и добычи. Все это важно для максимально эффективной разработки месторождений. Тем не менее, существующие аналитические решения часто дают неточные результаты, так как учитывают не все факторы. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет анализировать напряженное состояние обсадной колонны, цементного камня и участка породы вблизи скважины. Это дает возможность оценивать, как условия вскрытия пласта и применяемые материалы для цементирования скважины отразятся на ее устойчивости и продуктивности.

В технологиях 3D-печати, которые активно применяют в металлургии и медицине, важную роль играют гранулированные материалы — сыпучие порошки, состоящие из отдельных частиц (гранул) небольшого размера. Их используют для создания деталей автомобилей, самолетов, имплантатов и протезов. До начала печати процесс моделируют на компьютере. Это помогает выявить потенциальные дефекты, определить оптимальные параметры работы принтера (мощность лазера, скорость сканирования), что в целом улучшает качество изделий и повышает производительность. Однако само моделирование требует значительных затрат компьютерного времени. Ученые Пермского Политеха разработали упрощенную модель частицы, благодаря которой вычисления можно сократить в 23 раза.

Прежде, чем создавать систему защиты от киберпреступности в крупных компаниях и государственных структурах, необходимо тщательно проанализировать угрозы, вероятность их возникновения и возможные последствия, чтобы понимать, на что обращать внимание в первую очередь и как организовывать охрану сведений. Сложность заключается в том, что при таком анализе иногда приходится одновременно учитывать очень много нюансов и особенностей информационных систем. Для упрощения этого процесса ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая поможет автоматизировать оценку угроз безопасности данных. Это повысит эффективность и оперативность работы экспертов, способствуя более надежной охране ценной информации.

Ученые СПбГУ подтвердили эффективность созданной ими ранее математической модели прогнозирования развития эпидемий. Основой анализа стали ретроспективные данные пандемии коронавируса в Москве и Санкт-Петербурге в 2020-2021 году. Вероятность ошибки модели не превысила одного процента.

Урожайный потенциал семян в России реализуется на 20-30 процентов. Человеческий фактор, погода, несвоевременный полив и многое другое снижают качество и скорость роста тепличных плодов. При соблюдении требуемых условий и применении передовых технологий можно успешно выращивать широкий ассортимент растений круглогодично, включая те, которые обычно произрастают в более подходящих климатических условиях. Ученые Пермского Политеха создали компьютерную модель полностью автоматизированной «умной» теплицы, которая отслеживает уровень влажности, температуры и других показателей, влияющих на урожайность. Предлагается схема полностью оборудованной конструкции, чего ранее никто не делал.

Ученые Сколтеха представили новую простую физическую модель для предсказания твердости материалов, основанную на информации о модуле сдвига и уравнениях состояния кристаллических структур. Модель полезна для широкого спектра практических применений — все параметры в ней можно определить с помощью базовых расчетов либо измерить экспериментально.

Исследователи из Сколтеха и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН разработали и испытали модель машинного обучения для точного расчета физических свойств расплавов солей с учетом влияния температуры. Расплавленные соли используются в металлургии, а в будущем могут помочь с утилизацией радиоактивных отходов атомных электростанций.

Преждевременные роды — одна из проблем современной медицины, пока не имеющая тенденции к снижению. В России около 10 процентов из 1,3-1,4 миллионов малышей рождаются недоношенными. Зачастую это вызывает бронхолегочную дисплазию — хроническое заболевание, при котором легкие формируются неправильно. У большинства детей с таким недугом в будущем возрастает риск возникновения респираторных инфекций, синдрома бронхиальной гиперреактивности и других проблем со здоровьем. Ученые Пермского Политеха разработали математические модели прогнозирования уровня бронхолегочной дисплазии у недоношенных новорожденных с экстремально низкой массой тела. Это позволит определить степень тяжести болезни на ранних сроках жизни ребенка и своевременно подобрать лечение.

На Земле насчитывается более 1000 действующих вулканов. Серьезную опасность для летательных аппаратов представляют облака вулканического пепла, выброшенные в атмосферу. Пепел воздействует на фюзеляж и аэродинамические поверхности самолета, а также на турбореактивные двигатели. Аккумуляция его частиц на сопловом аппарате может стать причиной отключения двигателя. В условиях глобального роста мировых авиаперевозок уделяется особое внимание безопасности полетов, в том числе оценивается устойчивость работы двигателей при попадании самолетов в облака вулканического пепла. Ученые АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха впервые численно оценили объемы высокотемпературных зон в тракте двигателя, в которых частицы пепла переходят в жидкую фазу и представляют опасность.

Микрожидкостные чипы с каналами размером порядка нескольких микрометров применяются в тех отраслях, где необходимо тщательно контролировать движение малых объемов жидкости. Сюда относится синтез ценных химических субстанций, доставка питательных веществ к клеточным культурам, транспортировка лекарственных препаратов по тонким капиллярам. Ученые Пермского Политеха выявили ранее неизвестный механизм, влияющий на течение жидкости в таких конструкциях. Это позволит увеличить точность моделирования и сделать такие чипы эффективнее.

Россия контролирует практически четвертую часть мирового рынка удобрений, которые производятся из природных калийных солей. Необходимую руду добывают на месторождениях с помощью горных комбайнов. Причем часто это происходит, когда машина должна обрабатывать только часть высоты пространства забоя. При работе в таком режиме многие части механизма испытывают значительные динамические нагрузки, что приводит к снижению производительности и аварийным разрушениям деталей. Ученые Пермского Политеха разработали теоретическую модель, которая позволит определить степень нагруженности приводной системы комбайна и оптимальный диапазон высоты подрубки пласта.

Алгоритм ученых из МФТИ и их коллег из Российского государственного научного центра робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург) и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского поможет в цифровом виде воспроизвести механику движений насекомого в полете, а также воздушные потоки вокруг него. Дальнейшее моделирование позволит создать линейку биоморфных летающих роботов.

Совместное исследование доцента факультета экономических наук НИУ ВШЭ Сергея Степанова, экспертов из бизнес-школы INSEAD и Нью-Йоркского университета в Шанхае показало, что для задач с высоким уровнем неопределенности, когда нет уверенности, какое из принятых решений лучше, больше пользы принесет консультация отдельных экспертов, чем целой группы.

Ученые из России и Кореи провели теоретическое исследование трех различных моделей ускоренного расширения ранней Вселенной. Они рассмотрели модели, в которых потенциал, вызывающий расширение, генерируется квантовыми эффектами. Оказалось, что первая модель может быть согласована с наблюдениями, а остальные две нет.

Сборка вентиляторов авиационных двигателей — ответственный момент. Важно убедиться, что ни на одном из этапов не возникнет ни малейших дефектов, которые могли бы привести самолет или вертолет в негодность. Например, в процессе сборки вентилятора может появиться дисбаланс лопастей, который ведет к снижению производительности механизма. Поэтому после технологических работ детали специально балансируют, но это дорогостоящий и требующий времени процесс. Ученые Пермского Политеха разработали компьютерную модель, которая позволяет еще до начала сборки спроектировать оптимальное расположение лопастей ротора, что сократит временные и финансовые затраты на производстве.

Термомеханическая обработка металлов и сплавов — важнейший этап производства прочных ответственных деталей для всех отраслей промышленности. Основной процесс при этом — рекристаллизация — перестроение зеренной структуры материала, которое приводит к существенному изменению его свойств. Ее корректное описание дает ключ к оптимизации технологии и формования более качественных изделий под конкретные цели. Ученые Пермского Политеха разработали модель для детального описания рекристаллизации. Исследование позволяет более глубоко понять закономерности формирования структуры материала и главное — определять оптимальные режимы его обработки.