Mathematical Model for Adaptive Technology in E-learning Systems

The emergence of a large number of e-learning platforms and courses does not solve the problem of improving the quality of education. This is primarily due to insufficient implementation or lack of mechanisms for adaptation to the individual parameters of the student. The level of adaptation in modern e-learning systems to the individual characteristics of the student makes the organization of human-computer interaction relevant. As the solution of the problem, a mathematical model of the organization of human-computer interaction was proposed in this work. It is based on the principle of two-level adaptation that determines the choice of the most comfortable module for studying at the first level. The formation of an individual learning path is performed at the second level. The problem of choosing an e-module is solved using a fuzzy logic. The problem of forming a learning path is reduced to the problem of linear programming. The input data are the characteristics of the quality of student activity in the education system. Based on the proposed model the computer technology to support student activities in modular e-learning systems is developed. This technology allows increasing the level of student’s cognitive comfort and optimizing the learning time. The most important benefit of the proposed approach is to increase the average score and increase student satisfaction with learning

Моделі оптимізації людино-машинної взаємодії в автоматизованих системах. Програмна реалізація систем автоматизованного проектування. Моделі та методи прийняття рішень в умовах невизначеності при управлінні енергозабезпеченням

Мета роботи – розробка теоретико-методологічних і науковопрактичних основ розробки інформаційних технологій управління та інформаційних систем на потреб галузей суспільного виробництва та соціальної сфери. Методи дослідження – системний та функціональний аналіз, дискретна математика та математична логіка

Інформаційно-екстремальне машинне навчання системи функціонального діагностування з ієрархічною структурою даних

Context. The problem of information-extreme machine learning of the functional diagnosis system is considered by the example of recognizing the technical state of a laser printer by typical defects of the printed material. The object of the research is the process of hierarchical machine learning of the functional diagnosis system of an electromechanical device. Objective. The main objective is to improve the functional efficiency of machine learning during functional diagnostics system retraining using automatically forming a new hierarchical data structure for an expanded alphabet of recognition classes. Method. A method of information-extreme hierarchical machine learning of the system of functional diagnosis of a laser printer based on typical defects of the printed material is proposed. The method was developed with functional approach of modeling the cognitive processes of natural intelligence, which makes it possible to give the diagnostic system the properties of adaptability under arbitrary initial conditions for the formation of images of printing defects and flexibility during retraining of the system due to an increase in the power of the alphabet of recognition classes. The method is based on the principle of maximizing the amount of information in the process of machine learning. The process of information-extreme machine learning is considered as an iterative procedure for optimizing the parameters of the functioning of the functional diagnostics system according to the information criterion. As a criterion for optimizing machine learning parameters, a modified Kullback’s information measure is considered, which is a functional of the exact characteristics of classification solutions. According to the proposed categorical functional model, an information-extreme machine learning algorithm has been developed based on a hierarchical data structure in the form of a binary decomposition tree. The use of such a data structure makes it possible to split a large number of recognition classes into pairs of nearest neighbors, for which the optimization of machine learning parameters is carried out according to a linear algorithm of the required depth. Results. Information, algorithmic software for the system of functional diagnostics of a laser printer based on images of typical defects in printed material has been developed. The influence of machine learning parameters on the functional efficiency of the system of functional diagnostics of a laser printer based on images of defects in printed material has been investigated. Conclusions. The results of physical modeling have confirmed the efficiency of the proposed method of information-extreme machine learning of the system of functional diagnosis of a laser printer based on typical defects in printed material and can be recommended for practical use. The prospect of increasing the functional efficiency of information-extremal learning of the functional diagnostics system is to increase the depth of machine learning by optimizing additional parameters of the system’s functions, including the parameters of the formation of the input training matrix.Розглянуто задачу інформаційно-екстремального машинного навчання системи функціонального діагностування на прикладі розпізнавання технічного стану лазерного принтера за типовими дефектами друкованого матеріалу. Об’єктом дослідження є процес ієрархічного машинного навчання системи функціонального діагностування електромеханічного пристрою. Мета.Підвищення функціональної ефективності машинного навчання системи функціонального діагностування шляхом автоматичного формування нової ієрархічної структури даних при перенавчанні системи через розширення алфавіту класів розпізнавання. Метод. Запропоновано метод інформаційно-екстремального ієрархічного машинного навчання системи функціонального діагностування лазерного принтеру за типовими дефектами друкованого матеріалу. Метод розроблено в рамках функціонального підходу до моделювання когнітивних процесів природнього інтелекту, що дозволяє надати системі діагностування властивості адаптивності при довільних початкових умовах формування зображень дефектів друку та гнучкості при перенавчанні системи через збільшення потужності алфавіту класів розпізнавання. В основу методу покладено принцип максимізації кількості інформації в процесі машинного навчання. Процес інформаційно-екстремального машинного навчання розглядається як ітераційна процедура оптимізації параметрів функціонування системи функціонального діагностування за інформаційним критерієм. Як критерій оптимізації параметрів машинного навчання розглядається модифікована інформаційна міра Кульбака, яка є функціоналом від точнісних характеристик класифікаційних рішень. Згідно із запропонованою категорійною функціональною моделлю розроблено алгоритм інформаційно-екстремального машинного навчання за ієрархічною структурою даних у вигляді бінарного декурсивного дерева. Застосування такої структури даних дозволяє розбивати велику кількість класів розпізнавання на пари найближчих сусідів, для яких оптимізація параметрів машинного навчання здійснюється за лінійним алгоритмом необхідної глибини. Результати. Розроблено інформаційне, алгоритмічне і програмне забезпечення системи функціонального діагностування лазерного принтеру за зображеннями типових дефектів друкованого матеріалу. Досліджено вплив параметрів машинного навчання на функціональну ефективність системи функціонального діагностування лазерного принтеру за зображеннями дефектів друкованого матеріалу. Висновки. Результати фізичного моделювання підтвердили працездатність запропонованого методу інформаційно-екстремального машинного навчання системи функціонального діагностування лазерного принтеру за типовими дефектами друкованого матеріалу і можуть бути рекомендовані для практичного використання. Перспектива підвищення функціональної ефективності інформаційно-екстремального машинного навчання системи функціонального діагностування полягає в збільшенні глибини машинного навчання шляхом оптимізації додаткових параметрів функціонування системи, включаючи параметри формування вхідної навчальної матриці

Нечеткая иерархическая оценка качества комплексных систем защиты информации

Changes in the legislation of Ukraine lead to a gradual transition to international standards in the field of ensuring the protection of information in information and communication systems of government authorities. However, the latest regulatory framework is based on the regulatory documents of the past. In this regard, it became necessary to develop new approaches to assessing the security of information and communication systems. One of the options for solving this problem is the use of penetration testing methods. During this procedure, the parameters of the complex protection tools are tested using publicly available tools used by cybercriminals. After completing this procedure, three options for the results are possible, which are described by fuzzy terms: the system meets the requirements of regulatory documents, the system does not comply with the requirements of regulatory documents, the system partially meets the requirements of regulatory documents and needs to be improved. As a result, the problem arises of developing a model that allows obtaining an integral indicator of security based on a fuzzy knowledge base. The article analyzes international documents in the field of cybersecurity and normative documentation of the system of technical protection of information in Ukraine. As the criteria for evaluating the system, the criteria of security against unauthorized access were selected, which in turn are defined in the existing national regulatory documents. A model of a fuzzy hierarchical system for assessing the security profile has been developed, which sets a set of assessment criteria and the sequence of their use. The proposed hierarchical model makes it possible to present the assessment process in an explicit form and implement the process of checking the criteria, indicating the degree of confidence of the expert in the relevance of the assessment criteria. The system was implemented in the Fuzzy Logic Toolbox environment of the Matlab application package. Computer experiments have shown the possibility of applying the developed model in practice.Зміни в законодавстві України призводять до поступового переходу на міжнародні стандарти в сфері забезпечення захисту інформації в інформаційно-комунікаційних системах державних органів і об’єктів критичного призначення. Але оскільки новітня нормативна база в основному створюється на базі нормативних документів минулих років, то виникає необхідність розроблення нових підходів до оцінки захищеності інформаційно-комунікаційних систем. Одним із варіантів вирішення даної проблеми є застосування методів тестування на проникнення та апарату нечіткої логіки. Під час даної процедури відбувається тестування параметрів комплексу засобів захисту за допомогою загальнодоступних інструментів, які використовуються і зловмисниками. Після завершення даної процедури можливі три варіанти результатів, які описуються нечіткими термами: система відповідає вимогам нормативних документів, система не відповідає вимогам нормативних документів, система частково відповідає вимогам нормативних документів та потребує доопрацювання. Внаслідок цього постає завдання розробки моделі, яка б дозволяла на основі нечіткої бази знань отримати інтегральний показник захищеності. В статті проведений аналіз міжнародних документів в сфері кібербезпеки та нормативної документації системи технічного захисту інформації України. Для оцінки інформаційно-комунікаційної системи були вибрані критерії захищеності від несанкціонованого доступу, які визначені в існуючих національних нормативних документах. Розроблена модель нечіткої ієрархічної системи оцінювання профілю захищеності, яка задає множину критеріїв оцінювання та послідовність їх використання. Запропонована ієрархічна модель дозволяє подати процес оцінювання у явному виді та реалізувати процес перевірки критеріїв із зазначенням ступеню впевненості експерта у релевантності критеріїв оцінювання. Система була реалізована у середовищі Fuzzy Logic Toolbox пакету прикладних програм Matlab. Проведені комп’ютерні експерименти показали можливість застосування розробленої моделі на практиці.Изменения в законодательстве Украины приводят к постепенному переходу на международные стандарты в области обеспечения защиты информации в информационных, коммуникационных системах государственных органов. Однако новейшая нормативная база опирается на нормативные документы прошлых лет. В связи с этим возникла необходимость разработать новые подходы в оценке защищенности информационных, коммуникационных системах. Одним из вариантов решения данной проблемы является применение методов тестирования на проникновение. Во время данной процедуры происходит тестирование параметров комплекса средств защиты с помощью общедоступных инструментов, используемых злоумышленниками. После завершения данной процедуры возможны три варианта результатов, которые описываются нечеткими термами: система соответствует требованиям нормативных документов, система не соответствует требованиям нормативных документов, система частично соответствует требованиям нормативных документов и нуждается в доработке. В результате возникает задача разработки модели, позволяющей на основе нечеткой базы знаний получить интегральный показатель защищенности. В статье проведен анализ международных документов в сфере кибербезопасности и нормативной документации системы технической защиты информации Украины. В качестве критериев оценки системы были выбраны критерии защищенности от несанкционированного доступа, которые определены в существующих национальных нормативных документах. Разработана модель нечеткой иерархической системы оценки профиля защищенности, которая задает множество критериев оценки и последовательность их использования. Предложенная иерархическая модель позволяет представить процесс оценивания в явном виде и реализовать процесс проверки критериев с указанием степени уверенности эксперта в релевантности критериев оценки. Система была реализована в среде Fuzzy Logic Toolbox пакета прикладных программ Matlab. Проведенные компьютерные эксперименты показали возможность применения разработанной модели на практике

Models of description of indicators of digital progress economic transformations

Дослідження аспектів цифрової економіки та індикаторів оцінки стану економіки і суспільства є актуальним для розробки політик трансформації згідно цілей сталого розвитку. Прогрес технологій та нові можливості цифровізації економіки дають поштовх для удосконалення методик оцінювання та системи індикаторів. В Україні на державному рівні значна увага приділяється розвитку цифрової економіки та суспільства. Цифровізація визначена механізмом економічного зростання завдяки здатності технологій позитивно впливати на ефективність, результативність, вартість і якість економічної, громадської та особистої діяльності. Прийнято Концепцію розвитку цифрової економіки та суспільства України на 2018 – 2020 рр., у 2021 р. закон Верховною Радою "Про стимулювання розвитку цифрової економіки в Україні". Подальші завдання розвитку визначені в Стратегії цифровізації України до 2030 р. Метою даної роботи є розробка комплексу формальних математичних моделей, які забезпечують опис завдання визначення рівня цифрового розвитку країни (опис завдання визначення індикаторів прогресу цифрової трансформації в досягненні цілей сталого розвитку) з позицій системного аналізу. Наукові дослідження і рекомендації, представлені у роботі, достатньо обґрунтовані та достовірні. Вони базуються на аналізі методик та систем впливових міжнародних інституцій, на огляді праць вітчизняних та зарубіжних фахівців. Для досягнення мети дослідження використано загальнонаукові методи: контент-аналізу, групування та систематизування, теорії систем і системного підходу, абстрактно-логічний – для теоретичних узагальнень і висновків. Було проведено літературний огляд та визначено номенклатуру індикаторів прогресу цифрової трансформації в досягненні цілей сталого розвитку. На його основі було сформовано структуру комплексу моделей системного аналізу предметної області індикаторів прогресу цифрової трансформації. Вперше розроблено структури компонентних моделей, які описують необхідні елементи предметної області завдання визначення індикаторів прогресу цифрової трансформації.The study of aspects of the digital economy and indicators of the assessment of the state of the economy and society is relevant for the development of transformation policies in accordance with the goals of sustainable development. The progress of technologies and new possibilities of digitalization of the economy give impetus to the improvement of evaluation methods and the system of indicators. In Ukraine, at the state level, considerable attention is paid to the development of the digital economy and society. Digitization is defined as a mechanism of economic growth due to the ability of technologies to positively influence the efficiency, effectiveness, cost and quality of economic, public and personal activities. The concept of the development of the digital economy and society of Ukraine for 2018-2020 was adopted, and in 2021 the law “On stimulating the development of the digital economy in Ukraine” was adopted by the Verkhovna Rada. Further development tasks are defined in the Digitalization Strategy of Ukraine until 2030. The purpose of this work is to develop a complex of formal mathematical models that provide a description of the task of determining the level of digital development of the country (a description of the task of determining the indicators of the progress of digital transformation in achieving the goals of sustainable development) from the standpoint of system analysis. The scientific studies and recommendations presented in the work are sufficiently substantiated and reliable. They are based on the analysis of the methods and systems of influential international institutions, on the review of the works of domestic and foreign specialists. To achieve the goal of the research, general scientific methods were used: content analysis, grouping and systematization, systems theory and system approach, abstract-logical methods – for theoretical generalizations and conclusions. A literature review was conducted and a nomenclature of indicators of the progress of digital transformation in achieving the goals of sustainable development was determined. On its basis, the structure of a complex of models of system analysis of the subject area of digital transformation progress indicators was formed. For the first time, the structures of component models were developed, which describe the necessary elements of the subject area of the task of determining indicators of the progress of digital transformation

Етап 1. Порівняння існуючих стратегій переходу до цифрової економіки та виявлення детермінант цифрової економіки, спрямованих на забезпечення сталого розвитку та енергетичної безпеки регіонів та держави в цілому

Формування сестейнових моделей функціонування економіки на основі реструктуризації секторів національного господарства, використання альтернативних енергетичних джерел, застосування адитивних методів виробництва та діджиталізації суспільного життя.The formation of sestain models of the functioning of the economy based on the restructuring of the sectors of the national economy, the use of alternative energy sources, the use of additive production methods and the digitization of social life

Інформаційна технологія автономної навігації безпілотного літального апарату за наземними природними та інфраструктурними орієнтирами

Мета роботи – підвищення функціональної ефективності автономного безпілотного авіаційного комплексу в режимі відеонавігації шляхом визначення місцезнаходження безпілотного літального апарату за наземними навігаційними орієнтирами. За результатами аналізу сучасних методів автономного польоту БПЛА без виходу в глобальну мережу позиціювання показано, що найбільш захищеним від впливу дії засобів радіоелектронної боротьби та кібератак є режим відеонавігації шляхом розпізнавання наземних навігаційних орієнтирів. Запропоновано метод визначення місцезнаходження автономного БПЛА в режимі відеонавігації за наземними навігаційними орієнтирами, який полягає в мінімізації функції повної квадратичної помилки. Приведено результати програмної реалізації методу для різних фреймів відеопотоку, що аналізується оптико-електронною бортовою системою спостереження автономного БПЛА. Розроблено структуру, функціональні моделі та інтерфейси застосунків системи підтримки прийняття рішень для машинного навчання бортової системи розпізнавання автономного безпілотного літального апарату

Розроблення методу формування вхідного математичного опису БСН шляхом аналізу відеопотоку за опто-електронним каналом

Мета роботи – підвищення функціональної ефективності автономної бортової системи навігації безпілотного авіаційного комплексу шляхом визначення місцезнаходження безпілотного літального апарату за наземними навігаційними орієнтирами. Об’єктом дослідження є процес машинного навчання та автономного розпізнавання наземних об’єктів. Предмет дослідження – категорійні моделі та методи інформаційно-екстремального машинного навчання бортової системи навігації БПЛА для визначення місцезнаходження безпілотного літального апарату за наземними навігаційними орієнтирами. За результатами аналізу сучасних безпілотних авіаційних комплексів обґрунтовано доцільність інформаційного синтезу автономних безпілотних літальних апаратів. Запропоновано класифікацію рівнів автономності безпілотників за їх функціональними можливостями. Обгрунтовано вибір методу досліджень в рамках інформаційно-екстремальної інтелектуальної технології аналізу даних. Розроблено комплекс функціональних категорійних моделей та удосконалено метод оцінки інформаційної спроможності інформаційно-екстремального машинного навчання автономної бортової системи навігації безпілотного. Розглянуто приклад інформаційно-екстремального машинного навчання бортової системи відеонавігації

Бортова система безпілотного літального апарату для автономного розпізнавання наземних малогабаритних об’єктів

Мета роботи – підвищення функціональної ефективності бортової системи безпілотного авіаційного комплексу для автономного розпізнавання малогабаритних наземних об’єктів шляхом надання системі властивості адаптивності до довільних початкових умов формування зображення об’єкту та гнучкості при перенавчанні через розширення потужності алфавіту класів розпізнавання