Based on force-directed algorithms method for metagraph visualization

This paper describes the method for automatic metagraph visualization based on the principles of force-directed algorithms. The criteria under which the final image is understandable for users and corresponds to a predetermined metagraph are defined. This approach defines the set of the rules for forces between metagraph nodes depending on the types of the nodes between which the forces act. The analogue of Venn diagram is used to visualize the metagraph nodes. The method was tested on random metagraphs with up to 60 vertices and up to 25 metavertices

Інформаційна технологія створення та використання баз нечітких знань із застосуванням метаграфів

У дисертаційній роботі удосконалено нечітку логічну модель, яка побудована для оброблення інформації, за рахунок подання ієрархічної БНЗ у вигляді метаграфа з додатковими обмеженнями на його структуру та введеним порядком вузлів, і нечіткого логічного виведення на його основі з виділенням необхідної для виведення частини. Запропоновано метод статичної верифікації ієрархічної БНЗ, поданої у вигляді метаграфа, що дозволило проводити перевірку БНЗ на відповідність властивостям несуперечливості, лінгвістичної повноти, лінгвістичної ненадлишковості, відсутності зациклювання. Запропоновано метод візуалізації метаграфів в якому враховується вкладеність вершин у метавершини при розрахунку їх взаємного розташування на площині та його розширення для випадку ієрархічних метаграфів. Розроблено інформаційну технологію створення та використання БНЗ із застосуванням метаграфів, яка базується на удосконаленій моделі, розроблених методах та алгоритмах. Для реалізації інформаційної технології створено комплекс інструментальних засобів створення та використання БНЗ для оброблення інформації при оцінюванні стану складного об’єкту, який включає модулі створення та редагування БНЗ на основі метаграфа, модуль візуалізації метаграфа, модуль підготовки метаграфа, модуль статичної верифікації БНЗ та модуль нечіткого-логічного виведення на основі метаграфа, модуль роботи з базами даних.The fuzzy logic model for information processing is improved in the thesis. Fuzzy knowledge base representation in the form of a metagraph, the algorithms for metagraph construction, numbering metagraph vertices, finding necessary metagraph’s part and fuzzy inference based on metagraph are proposed. The requirements for structure of metagraph corresponding to non-redundant, linguistic non-contradicted and linguistic complete fuzzy knowledge base are defined. Fuzzy knowledge base properties static verification based on metagraph structure analysis is proposed. The thesis describes the method for metagraph and hierarchical metagraph visualization based on the principles of force-directed algorithms. The information technology for based on metagraph fuzzy knowledge base development and usage is described. This technology includes improved model, developed methods and algorithms. The proposed technology includes tools for fuzzy knowledge base development and usage for complex object evaluation. It includes software module to create and edit based on metagraph fuzzy knowledge base, software module to visualize metagraph, software module for fuzzy knowledge base static verification, software module for based on metagraph fuzzy inference, software module to work with databases.Диссертационная работа посвящена развитию существующих и созданию новых научных и практических результатов в области разработки интеллектуальных систем основанных на базах нечетких знаний (БНЗ), представлению БНЗ в виде метаграфа и дальнейшей его визуализации. Выполнен анализ достижений и разработок в области использования систем бизнес-аналитики, а в рамках них построения и использования интеллектуальных систем для оценки состояния сложных объектов, представления БНЗ, свойств БНЗ, а также визуализации графовых структур. Определены нерешенные проблемы и показана необходимость усовершенствования существующих и создания новых моделей, методов и алгоритмов, а также информационной технологии создания и использования БНЗ с применением метаграфов. Усовершенствовано нечеткую логическую модель, которая создана для обработки информации, за счет представления иерархической БНЗ в виде метаграфа, введения ограничений на структуру метаграфа, упорядочивания его узлов для определения порядка применения правил и нечеткого логического вывода на основе части метаграфа, выделенной для оценки искомой лингвистической переменной. Предложен метод статической верификации БНЗ, представленной в виде метаграфа, что предоставляет возможность проверить БНЗ на соответствие свойствам неизбыточности, лингвистической непротиворечивости, лингвистической полноты, отсутствия зацикливания, используя структуру метаграфа. Определены критерии, при выполнении которых, графическое представление метаграфа является правильным, т.е. соответствует аналитическому представлению метаграфа. Предложен метод визуализации метаграфа, который заключается в комбинировании силовых алгоритмов и позволяет строить графическое представление любого метаграфа в автоматическом режиме. Предложенный метод расширен для случая иерархических метаграфов. Предложена информационная технология создания и использования БНЗ с применением метаграфов, которая базируется на основе описанных усовершенствованной нечеткой модели, разработанных методов и алгоритмов. Особенностью разработанной технологии является наличие комплекса инструментальных средств создания и использования БНЗ для обработки информации по оценке состояния сложного объекта, а также возможность работы с БНЗ в графическом режиме, что позволило сократить время формирования, анализа, редактирования 1,5 – 5 раз. Использование информационной технологии при проведении оценки состояния сложного объекта позволило минимизировать привлечение экспертов и повысить эффективность работы лиц, принимающих решения и исследователей на 30% за счет автоматизации фиксации результатов наблюдений, одновременной их записи в БД, и формированию отчетов с результатами оценки состояния на их основе. Для практической реализации предложенной информационно технологии создана информационная система, соответствующие БНЗ и БД, которые внедрены в Национальном антарктическом научном центре Министерства образования и науки Украины

A Novel Graph-Based Modelling Approach for Reducing Complexity in Model-Based Systems Engineering Environment

Field of systems engineering (SE) is developing rapidly and becoming more complex, where multiple issues arise such as overcomplexity, lack of communication or understanding of the design process on different stages of its lifecycle. Model-based systems engineering (MBSE) has been introduced to overcome the communication issues and reduce systems complexity. A novel approach for modelling interactions is proposed to enhance the existing MBSE methodologies and further address the identified challenges. The approach is based on graph theory, where pre-defined rules and relationships are substituted and reorganised dynamically with graphical constructs. A framework for reducing complexity and improving logic modelling in MBSE with metagraph object-oriented approach is presented. This framework is tested in use cases from literature, where the model-based systems approach is applied to design an automobile system to match the acceleration requirements, and to improve a CubeSat nanosatellite communication subsystem. Through the use case scenarios, it has been proven that the methodology framework meets all the identified functional and design requirements and achieves the aim of the research. This work may be viewed as a step forward towards more consistent and automatic modelling of interactions among subsystems and components in MBSE. Automation techniques have multiple applications in systems engineering field as engineers always aim to produce higher quality and cost-effective products in less time and that is achieved by integrating knowledge on every stage of a development lifecycle. In addition to those advantages for SE field, the research provides basis for potential research proposals for future work in various engineering fields such as knowledge based engineering or virtual engineering

Технология обработки сервисов с интеграцией информационных ресурсов в системах поддержки операционной деятельности предприятий связи

Основними науковими результатами є технологія обробки сервісів з інтеграцією інформаційних ресурсів в системах обслуговування викликів, яка дозволить істотно підвищити ефективність використання технічних ресурсів в процесі надання послуг абонентам зв’язку, дозволить проводити розподілену обробку заявок щодо надання послуг користувачеві та їх тарифікацію, покращити якість обслуговування абонентів, а також підвищити інтелектуальність процесу обслуговування. Методики та методичні рекомендації щодо впровадження технології обробки сервісів з інтеграцією інформаційних ресурсів в системах обслуговування викликів, що включають: - Метод побудови розкладів включення/виключення обладнання, що дозволяє економити енергетичні ресурси системи, які враховують статистичні дані про щільність вхідного випадкового потоку викликів; - Спосіб оптимізації роботи систем тарифікації та білінгу, що забезпечує мінімізацію економічних втрат, а також зменшення відмов у обслуговуванні викликів у години пікового навантаження; - Метод оптимізації роботи комутаційних пристроїв із застосуванням додаткових ресурсів для підвищення їх швидкодії у час найбільшого навантаження; - Метод підвищення ефективності роботи системи балансування навантаження за рахунок обліку статистичних даних про добове навантаження на різні підсистеми, враховуючи тип контенту; - Модель та метод створення оптимальної структури розподіленої системи тарифікації, організація розміщення ресурсів системи тарифікації; - Метод динамічного використання орендованих ресурсів розподіленої інфраструктури оператора зв’язку; - Модель та метод створення та використання розподілених баз знань, що є частиною OSS/BSS систем підприємств зв’язку, які дозволяють ефективно використовувати експертні знання в таких системах; - Модель системи управління та контролю ресурсів в датацентрах оператора мережі мобільного зв'язку з гетерогенною інфраструктурою.The main scientific results are the services processing technology with the integration of information resources in the request service systems, that will allow significantly increasing the efficiency of technical resources in the provision of services to communication subscribers, allow for distributed processing of requests for user services and their billing, allow improving the quality of customer service and increasing the intelligence of service process. Methodologies and guidelines for the introduction of services processing technology with the integration of information resources in the request service systems, including: - The method of construction the schedule of equipment work that saves energy resources of the system, taking into account the statistical data on the density of the incoming stream of random demands; - Method for optimization of charging and billing, providing minimimum economic losses and reduce failures in service calls in peak hours; - A method of optimizing switching devices using additional resources to improve their performance in peak time; - Method for improving the efficiency of the load balance system by keeping statistics on the daily load on the various subsystems, taking into account the type of content; - Models and methods of creating the optimal structure of the distributed system of charging, the organization of provisioning of the resources of charging systems; - Method of using leased dynamic resources of operator's distributed infrastructure; - Models and methods of creating and using distributed knowledge bases that are part of OSS/BSS systems of communication companies that can effectively use the expertise in these systems; - Model of the resources management and control system in the network operator data center with a heterogeneous infrastructure.Основными научными результатами являются технология обработки сервисов с интеграцией информационных ресурсов в системах обслуживания вызовов, которая позволит существенно повысить эффективность использования технических ресурсов в процессе предоставления услуг абонентам связи, позволит проводить распределенную обработку заявок на предоставлении услуг пользователю и их тарификацию, улучшить качество обслуживания абонентов, а также повысить интеллектуальность процесса обслуживания. Методики и методические рекомендации по внедрению технологии обработки сервисов с интеграцией информационных ресурсов в системах обслуживания вызовов, которые включают: - Метод построения расписаний включения/выключения оборудования, что позволяет экономить энергетические ресурсы системы, учитывающие статистические данные о плотности входного случайного потока вызовов; - Способ оптимизации работы систем тарификации и биллинга, что обеспечивает минимизацию экономических потерь, а также уменьшение отказов в обслуживании вызовов в часы пиковой нагрузки; - Метод оптимизации работы коммутационных устройств с применением дополнительных ресурсов для повышения их быстродействия в час наибольшей нагрузки; - Метод повышения эффективности работы системы балансировки нагрузки за счет учета статистических данных о суточной нагрузке на различные подсистемы, учитывая тип контента; - Модель и метод создания оптимальной структуры распределенной системы тарификации, организация размещения ресурсов системы тарификации; - Метод динамического использования арендованных ресурсов распределенной инфраструктуры оператора связи; - Модель и метод создания и использования распределенных баз знаний, являющихся частью OSS/BSS систем предприятий связи, которые позволяют эффективно использовать экспертные знания в таких системах; - Модель системы управления и контроля ресурсов в датацентрах оператора мобильной связи с гетерогенной инфраструктурой

Interactive Searching and Visualization of Patterns in Attributed Graphs.

International audienceSearching for patterns in graphs and visualizing the search results is an active area of research with numerous applications. With the continual growth of database size, querying these databases often results in multiple solutions. Text-based systems present search results as a list, and going over all solutions can be tedious. In this paper, we present an interactive visualization system that helps users find patterns in graphs and visualizes the search results. The user draws a source pattern and labels it with attributes. Based on these attributes and connectivity constraints, simplified subgraphs are generated, containing all the possible solutions. The system is quite generic and capable of searching patterns and approximate solutions in a variety of data sets

Globa, L.

Проведено аналіз стану та проблем, які виникають при наданні послуг в глобальних мережах, зокрема в системах Cloud Computing та Grid, а також моделей, методів та алгоритмів надання сервісів і їх тарифікації показав, що наявно ряд вузьких місць в системі надання послуг в глобальному середовищі як для Інтернет-провайдерів, так і операторів зв’язку, зокрема систем обробки викликів, обробки запитів в дата-цетрах та тарифікації, оскільки при недостатніх їх потужностях кінцевий користувач не може отримати замовлену послугу. Розроблено метод розподілу ресурсів серверу тарифікації з урахуванням потреб у ресурсах заявок на обслуговування різних типів послуг, який дозволив врахувати статистичні дані про добове навантаження різних типів сервісів та підвищити економічну ефективність обслуговування. Удосконалено систему балансування навантаження між набором доступних серверів, які можуть здійснювати обслуговування, враховуючи як показники завантаженості основного та додаткового серверів, так і витрати на транспортування потоку заявок (часові та економічні), це дозволить підвищити гнучкість та відмовостійкість систем надання послуг в глобальних мережах. На основі удосконаленої системи тарифікації, яка передбачає набір засобів контролю використання ресурсів, а саме контроль розподілу технічних ресурсів, контроль за процесом керування вхідним потоком навантаження на один сервер тарифікації, контроль за процесом перерозподілу потоку заявок на тарифікацію між набором серверів тарифікації; розроблено рекомендації щодо зміни програмних компонент системи тарифікації OCS та запропоновано опис роботи її удосконалених компонент у вигляді проекту програмної документації.The analysis of the status and problems arising in the provision of services in global networks, particularly in systems Cloud Computing and Grid, as well as models, methods and algorithms to provide services and their pricing shown that the existing number of bottlenecks in the system to provide services in a global environment for ISPs and telecom operators, including call processing systems, query processing in data сetre and charging, since the lack of facilities the end user can not pick up service. The method of allocation of resources based billing server resource requirements of applications for maintenance of various types of services that allow to take into account the statistics of daily load different types of services and improve the economic efficiency of service. The system load balancing between a set of available servers that can perform service, including both indicators of congestion primary and secondary servers, and the cost of transporting flow applications (time and economic), it will increase the flexibility and resiliency of the provision of services in global networks. Based on the improved charging system, which provides a set of controls using resources such as the distribution of control inputs, control of process control input stream load per server pricing, control over the process of redistribution of tariff applications between servers set pricing; recommendations for changes of software components and charging OCS proposed description of its components improved as a draft program documentation.Проведён анализ состояния и проблем, которые возникают при предоставлении услуг в глобальных сетях, в частности в системах Cloud Computing и Grid, а также моделей, методов и алгоритмов предоставления сервисов и их тарификации показал, что наглядно ряд узких мест в системе предоставления услуг в глобальной среде как для Интернет-провайдеров, так и операторов связи, в частности систем обработки вызовов, обработки запросов в дата-центре и тарификации, поскольку при недостаточных их мощностях конечный пользователь не может получить заказанную услугу. Разработан метод распределения ресурсов сервера тарификации с учетом потребностей в ресурсах заявок на обслуживание различных типов услуг, который позволил учесть статистические данные о суточной нагрузки различных типов сервисов и повысить экономическую эффективность обслуживания. Усовершенствована система балансировки нагрузки между набором доступных серверов, которые могут осуществлять обслуживание, учитывая как показатели загруженности основного и дополнительного серверов, так и расходы на транспортировку потока заявок (временные и экономические), это позволит повысить гибкость и отказоустойчивость систем предоставления услуг в глобальных сетях. На основе усовершенствованной системы тарификации, которая предусматривает набор средств контроля использования ресурсов, а именно контроль распределения технических ресурсов, контроль за процессом управления входным потоком нагрузка на один сервер тарификации, контроль за процессом перераспределения потока заявок на тарификацию между набором серверов тарификации; разработаны рекомендации по изменению программных компонент системы тарификации OCS и предложено описание работы ее усовершенствованных компонент в виде проекта программной документации

Community Detection in Social Networks

Social networks usually display a hierarchy of communities and it is the task of community detection algorithms to detect these communities and preferably also their hierarchical relationships. One common class of such hierarchical algorithms are the agglomerative algorithms. These algorithms start with one community per vertex in the network and keep agglomerating vertices together to form increasingly larger communities. Another common class of hierarchical algorithms are the divisive algorithms. These algorithms start with a single community comprising all the vertices of the network and then split the network into several connected components that are viewed as communities. We start this thesis by giving an introductory overview of the field of com- munity detection in part I, including complex networks, the basic groups of com- munity definitions, the modularity function, and a description of common com- munity detection techniques, including agglomerative and divisive algorithms. Then we proceed, in part II, with community detection algorithms that have been implemented and tested, with refined use of data structures, as part of this thesis. We start by describing, implementing and testing against benchmark graphs the greedy hierarchical agglomerative community detection algorithm proposed by Aaron Clauset, M. E. J. Newman, and Cristopher Moore in 2004 in the article Finding community structure in very large networks [5]. We continue with describing and implementing the hierarchical divisive algorithm proposed by Filippo Radicchi, Claudio Castellano, Federico Cecconi, Vittorio Loreto, and Domenico Parisi in 2004 in the article Defining and identifying communities in networks [28]. Instead of testing this algorithm against benchmark graphs we present a community detection web service that runs the algorithm by Radicchi et al. on the collaboration networks in the DBLP database of scientific publi- cations and co- authorships in the area of computer science. We allow the user to freely set the many parameters that we have defined for this algorithm. The final judgment on the results is measured by the modularity value or can be left to the knowledgeable user. A rough description of the design of the algorithms and of the web service is given, and all code is available at GitHub [10] [9]. Lastly, a few improvements both to the algorithm by Radicchi et al. and to the web service are presented.Master i InformatikkMAMN-INFINF39

Sustained Space and Cumulative Complexity Trade-offs for Data-Dependent Memory-Hard Functions

Memory-hard functions (MHFs) are a useful cryptographic primitive which can be used to design egalitarian proof of work puzzles and to protect low entropy secrets like passwords against brute-force attackers. Intuitively, a memory-hard function is a function whose evaluation costs are dominated by memory costs even if the attacker uses specialized hardware (FPGAs/ASICs), and several cost metrics have been proposed to quantify this intuition. For example, space-time cost looks at the product of running time and the maximum space usage over the entire execution of an algorithm. Alwen and Serbinenko (STOC 2015) observed that the space-time cost of evaluating a function multiple times may not scale linearly in the number of instances being evaluated and introduced the stricter requirement that a memory-hard function has high cumulative memory complexity (CMC) to ensure that an attacker\u27s amortized space-time costs remain large even if the attacker evaluates the function on multiple different inputs in parallel. Alwen et al. (EUROCRYPT 2018) observed that the notion of CMC still gives the attacker undesirable flexibility in selecting space-time tradeoffs e.g., while the MHF scrypt has maximal CMC $\Omega(N^2)$, an attacker could evaluate the function with constant $O(1)$ memory in time $O(N^2)$. Alwen et al. introduced an even stricter notion of Sustained Space complexity and designed an MHF which has $s=\Omega(N/\log N)$ sustained complexity $t=\Omega(N)$ i.e., any algorithm evaluating the function in the parallel random oracle model must have at least $t=\Omega(N)$ steps where the memory usage is at least $\Omega(N/\log N)$. In this work, we use dynamic pebbling games and dynamic graphs to explore tradeoffs between sustained space complexity and cumulative memory complexity for data-dependent memory-hard functions such as Argon2id and scrypt. We design our own dynamic graph (dMHF) with the property that {\em any} dynamic pebbling strategy either (1) has $\Omega(N)$ rounds with $\Omega(N)$ space, or (2) has CMC $\Omega(N^{3-\epsilon})$ --- substantially larger than $N^2$. For Argon2id we show that {\em any} dynamic pebbling strategy either(1) has $\Omega(N)$ rounds with $\Omega(N^{1-\epsilon})$ space, or (2) has CMC $\omega(N^2)$. We also present a dynamic version of DRSample (Alwen et al. 2017) for which {\em any} dynamic pebbling strategy either (1) has $\Omega(N)$ rounds with $\Omega(N/\log N)$ space, or (2) has CMC $\Omega(N^3/\log N)$

Multidimensional Network analysis

This thesis is focused on the study of multidimensional networks. A multidimensional network is a network in which among the nodes there may be multiple different qualitative and quantitative relations. Traditionally, complex network analysis has focused on networks with only one kind of relation. Even with this constraint, monodimensional networks posed many analytic challenges, being representations of ubiquitous complex systems in nature. However, it is a matter of common experience that the constraint of considering only one single relation at a time limits the set of real world phenomena that can be represented with complex networks. When multiple different relations act at the same time, traditional complex network analysis cannot provide suitable analytic tools. To provide the suitable tools for this scenario is exactly the aim of this thesis: the creation and study of a Multidimensional Network Analysis, to extend the toolbox of complex network analysis and grasp the complexity of real world phenomena. The urgency and need for a multidimensional network analysis is here presented, along with an empirical proof of the ubiquity of this multifaceted reality in different complex networks, and some related works that in the last two years were proposed in this novel setting, yet to be systematically defined. Then, we tackle the foundations of the multidimensional setting at different levels, both by looking at the basic extensions of the known model and by developing novel algorithms and frameworks for well-understood and useful problems, such as community discovery (our main case study), temporal analysis, link prediction and more. We conclude this thesis with two real world scenarios: a monodimensional study of international trade, that may be improved with our proposed multidimensional analysis; and the analysis of literature and bibliography in the field of classical archaeology, used to show how natural and useful the choice of a multidimensional network analysis strategy is in a problem traditionally tackled with different techniques