Завідувач відділу – Гуляницький Леонід Федорович, член-кор. НАН України, доктор технічних наук, лауреат Державної премії України в галузі науки та техніки (2009), премій імені В.М. Глушкова (2007) та імені В.С.Михалєвича (2018) НАН України, Республіканської премії імені М. Островського в галузі науки та техніки для молодих вчених (1982).
Відділ засновано у січні 2011 року на базі відділу № 135 та Центру таймерних обчислювальних систем Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. У відділі працюють 20 співробітників, серед них – 2 доктори та 5 кандидатів наук.
Офіційний сайт відділу 180:
https://incyb.kiev.ua/podrzdeleniya/viddilennya-matematichnoi-kibernetiki-ta-sistemnogo-analizu/viddil-metodiv-kombinatornoyi-optimizaciyi-ta-intelektualnix-informaciinix-texnologii
Основні напрями наукової діяльності
Фундаментальні напрями:
1) Розробка і дослідження математичних моделей та методів комбінаторної оптимізації.
2) Математичне моделювання та оптимізація складних систем і дискретних процесів.
3) Оптимізація рішень в умовах невизначеності та ризику.
4) Інтелектуальні інформаційні технології та системи різного призначення.
5) Паралельні алгоритми та розподілені обчислення.
6) Методи аналізу, обробки, захисту і кодування інформації та їх застосування.
Прикладні напрями:
1) Моделювання та прогнозування в соціально-економічних та виробничих системах.
2) Розробка алгоритмів оптимізації проектування та функціонування мереж різної природи.
3) Застосування моделей та методів оптимізації при управлінні складними системами.
4) Застосування математичних моделей та методів в біоінформатиці та медицині.
5) Розробка та використання систем навчання та контролю знань.
6) Розробка і впровадження СППР в різних сферах застосувань.
7) Розробка систем захисту від несанкціонованого доступу та створення програмно-апаратних засобів інформаційної безпеки.
Найважливіші результати:
Фундаментальні:
Проведено формалізацію та розроблено математичні моделі ряду складних проблем, які виникають при оптимальному проектуванні систем і об’єктів різної природи, інвестиційній та бізнесовій діяльності, оптимізації транспортних перевезень, проектуванні та функціонуванні мереж різної природи, в обчислювальній біології.
Розроблено та досліджено ряд гібридних алгоритмів та метаевристик, які призначені для розв’язання широкого кола складних оптимізаційних задач. Запропоновано та апробовано оригінальний підхід до створення моделе-орієнтованих кооперативних алгоритмів комбінаторної оптимізації. Розроблено ряд паралельних алгоритмів, які апробовано на суперкомп’ютерах родини СКІТ при розв’язанні серії проблем оптимізації рішень в економіці, біотехнологіях та техніці.
Розвинено теорію комбінаторних просторів та формальний підхід до означення та класифікації задач комбінаторної оптимізації.
Розроблено математичний апарат, призначений для дослідження і розв’язування проблем оптимального вибору альтернатив на основі використання групових експертних оцінок.
Для класу задач комбінаторної оптимізації, які виникають при прогнозуванні третинної структури протеїнів, запропоновано і досліджено нові підходи до формалізації поняття кодування, зокрема, на основі застосування апарату кватерніонів. Сформульовано і доведено основні властивості таких кодувань, запропоновано алгоритми їх побудови.
Створено вдосконалені міжгалузеві макроекономічні моделі визначення структурно-технологічних змін. Модифікація моделей здійснювалася шляхом урахування в них можливості виготовлення одного виду продукції декількома технологіями, більш повного урахування впливу недосконалої конкуренції, можливостей цінового регулювання з боку держави, впливу чинників ризику та невизначеності. Проведено верифікацію зазначених моделей, для чого створено необхідні компоненти програмного та інформаційного забезпечення.
Досліджено методи прогнозування часових рядів, які ґрунтуються на еволюційних алгоритмах. Проаналізовано проблеми застосування генетичних алгоритмів і розроблено міметичний алгоритм, який є подальшим розвитком еволюційного підходу.
Досліджено задачу нелінійного програмування з білінійною цільовою функцією та обмеженнями, в які входять співвідношення прямої та двоїстої моделей Леонтьєва та дві квадратичні нерівності з діагональними матрицями. Показано, що коли матриця Леонтьєва продуктивна, то множина рішень задачі може бути описана за допомогою власних векторів, які відповідають максимальним власним числам деяких симетричних матриць. Якщо матриця Леонтьєва продуктивна та нерозкладна, то задача має єдиний розв’язок. Розроблено алгоритм знаходження такого розв’язку, проведені розрахунки для агрегованого 15-галузевого балансу України.
Розроблено методи та алгоритми таймерної електромеханічної системи розмежування доступу до інформаційних ресурсів на основі вітчизняного ключа-автентифікатора.
Розроблено нові концепції, методи та алгоритми персоналізації комп’ютерних систем, як суто апаратних так і програмно-апаратних, на основі вітчизняного ключа-автентифікатора. Розроблено концепцію нового уніфікованого зчитувача ключа, що дозволить збільшити кількість комбінацій, які можуть вводитись за допомогою ключа-автентифікатора, а також дозволить зчитувати будь-які механічні автентифікатори, незалежно від їх форми та кількості сегментів.
Прикладні:
Розроблено інформаційні технології та математичне забезпечення, призначені для використання у системі підтримки прийняття рішень у складі інтегрованої інформаційно-аналітичної системи “Електронний Парламент України”.
Розроблено та реалізовано програмно ряд моделей і методів середньострокового макроекономічного прогнозування, результати застосування яких використовувалися при прийнятті рішень на рівні Кабінету Міністрів України.
Розроблено інформаційну технологію та оригінальні математичні моделі, які призначені для моніторингу і аналізу економічних процесів на макрорівні на основі використання агрегованих та інтегральних індексів, зокрема, для моніторингу бюджетної сфери у регіонах України.
Для розв`язання проблем передбачення просторової структури білків розроблено та досліджено нові алгоритми оптимізації, що базуються на ідеї метода гілок і меж та оптимізації мурашиними колоніями. На основі значних обчислювальних експериментів, проведених із використанням суперкомп`ютера СКІТ-3, проведено дослідження їх ефективності. Показано переваги над рядом відомих алгоритмів.
Створено інтелектуальний комплекс для стегоаналітичних досліджень, здатний автономно перевіряти масиви зображень великого об’єму, адаптуватись до рівня завантаженості обчислювальних ресурсів та їх виду. Новий комплекс є концептуально сумісним з існуючими системами інтелектуального аналізу даних (Data Mining). Побудовано раціональний план стегоаналітичних досліджень, який дозволив суттєво зменшити кількість статистичних досліджень і розробити нові алгоритми сімейства методів НЗБ-стеганографії.
Розроблено інструментарій для бюджетного прогнозування та аналітичної підтримки бюджетного процесу. Інструментарій складається з системи економіко-математичних моделей та алгоритмічних і програмних засобів, необхідних для здійснення модельних розрахунків. Особливістю створеного інструментарію є одночасне розв’язання задач короткострокового макроекономічного прогнозування, моделювання процесу виконання державного бюджету та підтримки бюджетного менеджменту.
Розроблено систему підтримки прийняття рішень для проведення структурних реформ під час ринкової трансформації. Ядром такої системи є оптимізаційні моделі, орієнтовані на покращення старих та застосування нових технологій. Моделі сформульовані в термінах задачі нелінійного програмування (ЗНЛП) та включають дві цільові функції для максимізації: кінцеві доходи споживачів та мультиплікатор «приріст доходів – приріст виробництва». Моделі разом з необхідним програмним та інформаційним забезпеченням складають основу інформаційних технологій прийняття управлінських рішень, реалізованих в середовищі спеціалізованої системи підтримки прийняття рішень (СППР). Розвинуте програмне забезпечення з використанням Lapack++ та Qt бібліотек не вимагає спеціальної комп’ютерної підготовки. Інші властивості СППР – модульність та еластичність – забезпечують швидку адаптацію до спеціалізованих вимог.
Склад наукових працівників відділу методів комбінаторної оптимізації та інтелектуальних інформаційних технологій (№180)
| П І Б | Посада | Науковий ступінь | Наукове звання | |
|---|---|---|---|---|
| Волошин С.В. | м.н.с | svoloshyn@gmail.com | ||
| Гуляницький Л.Ф. | зав.від. | д.т.н. | с.н.с. | leonhul.icyb@gmail.com |
| Корольов В.Ю. | с.н.с. | к.т.н. | с.н.с. | korolyov@i.ua |
| Малишко С.О. | с.н.с. | к.ф.-м.н. | ssskiev@hotmail.com | |
| Огурцов М.І. | н.с. | ogurtsov.ukrane@gmail.com | ||
| Провотар О.О. | м.н.с. | |||
| Рудик В.А. | м.н.с. | vitalina.rudyk@gmail.com | ||
| Рясна І.І. | н.с. | riasnaia@gmail.com | ||
| Сапко О.В. | м.н.с. | av.sapko@gmail.com | ||
| Скукіс О.Є. | н.с. | oskukis@gmail.com | ||
| Ходзінський О.М. | с.н.с. | к.ф.-м.н. | с.н.с. | okhodz@gmail.com |
Інформація про залучення працівників відділу № 180 до навчально-виховного процесу в вищих навчальних закладах України
| № п/п |
Прізвище та ініціали |
Навчальний заклад | Посада | Назва курсу |
|---|---|---|---|---|
| 1. | Гуляницький Л.Ф. | Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, факультет інформатики і обчислювальної техніки | Професор |
1. Математичні моделі і методи теорії прийняття рішень та їх застосування в економічних дослідженнях. 2. Математичні методи економічного прогнозування |
| 1. | Гуляницький Л.Ф. | Київський національний університет імені Тараса Шевченка, факультет кібернетики | Професор |
1. Методи комбінаторної оптимізації. 2. Математичні методи прогнозування. |
| 3. | Огурцов М.І. | Відкритий міжнародний університет розвитку людини “Україна” | Викладач |
1. Захист інформації. 2. Тестування комп’ютерних засобів. 3. Комп’ютерна графіка. |
| 4. | Ходзінський О.М. | Національний авіаційний університет, Інститут комп’ютерних інформаційних технологій, кафедра інженерії програмного забезпечення. | Доцент |
1. Дискретні структури. 2. Основи дискретної математики. |
| 5. | Ходзінський О.М. | Київський національний університет імені Тараса Шевченка факультет кібернетики, кафедра інформаційних систем | Доцент |
1. Дискретна математика. 2. Захист інформації. 3. Складність обчислень. |
Основні наукові досягнення відділу № 180
Розроблено інформаційні технології та математичне забезпечення, призначені для використання у системі підтримки прийняття рішень у складі інтегрованої інформаційно-аналітичної системи “Електронний Парламент України”. Розроблено програмно-технічні засади, концепції, методології та архітектуру інтернет-комунікацій, веб-порталу та центрів обробки даних ВР України, а також концепцію, принципи побудови і функціонування підсистем аналізу, моделювання та підтримки прийняття і документування рішень в ІАС «Електронний Парламент України». Здійснено розробку загальних вимог до інтерфейсів і компонентів автоматизованих робочих місць, програмно-технічних комплексів і автоматизованих систем, які складають основу інформаційно-аналітичної системи «Електронний Парламент України».
Досліджено методи прогнозування часових рядів, які ґрунтуються на еволюційних алгоритмах. Проаналізовано проблеми застосування генетичних алгоритмів і розроблено меметичний алгоритм, який є подальшим розвитком еволюційного підходу. Ефективність розробленого алгоритму прогнозування досліджено на основі аналізу результатів проведеного обчислювального експерименту.
Запропоновано і досліджено підходи до формалізації понять абсолютного та відносного кодування, які використовуються при розв’язанні задач прогнозування третинної структури протеїнів. Розглянуто загальний випадок тривимірної решітки. Сформульовано і доведено основні властивості цих кодувань, запропоновано алгоритми їх побудови. Отримані результати використано для розробки ефективних алгоритмів передбачення просторової структури білків, які ґрунтуються на оптимізації мурашиними колоніями.
Розроблено інформаційну технологію та оригінальні математичні моделі, які призначені для моніторингу і аналізу економічних процесів на макрорівні на основі використання агрегованих та інтегральних індексів, зокрема, для моніторингу бюджетної сфери у регіонах України
Для класу задач комбінаторної оптимізації що виникають при прогнозуванні третинної структури протеїнів, розроблено та досліджено нові алгоритми оптимізації, що базуються на ідеї метода гілок і меж та оптимізації мурашиними колоніями. На основі обширних обчислювальних експериментів, проведених із використанням суперкомп`ютера СКІТ-3, проведено дослідження їх ефективності. Показано переваги над рядом відомих алгоритмів.
Створено вдосконалені міжгалузеві макроекономічні моделі визначення структурно-технологічних змін. Модифікація моделей здійснювалася шляхом урахування в них можливості виготовлення одного виду продукції декількома технологіями, більш повного урахування впливу недосконалої конкуренції, можливостей цінового регулювання з боку держави, впливу чинників ризику та невизначеності. Проведено верифікацію зазначених моделей, для чого створено необхідні компоненти програмного та інформаційного забезпечення.
Досліджено задачу нелінійного програмування з білінійною цільовою функцією та обмеженнями, в які входять співвідношення прямої та двоїстої моделей Леонтьєва та дві квадратичні нерівності з діагональними матрицями. Показано, що коли матриця Леонтьєва продуктивна, то множина рішень задачі може бути описана за допомогою власних векторів, які відповідають максимальним власним числам деяких симетричних матриць. Якщо матриця Леонтьєва продуктивна та нерозкладна, то задача має єдиний розв’язок. Розроблено алгоритм знаходження такого розв’язку, проведені розрахунки для агрегованого 15-галузевого балансу України.
Розроблено методи та алгоритми таймерної електромеханічної системи розмежування доступу до інформаційних ресурсів на основі вітчизняного ключа-автентифікатора.
Розроблено нові концепції, методи та алгоритми персоналізації комп’ютерних систем, як суто апаратних так і програмно-апаратних, на основі вітчизняного ключа-автентифікатора. Розроблено концепцію нового уніфікованого зчитувача ключа, що дозволить збільшити кількість комбінацій, які можуть вводитись за допомогою ключа-автентифікатора, а також дозволить зчитувати будь-які механічні автентифікатори, незалежно від їх форми та кількості сегментів.
Створено інтелектуальний комплекс для стегоаналітичних досліджень, здатний автономно перевіряти масиви зображень великого об’єму, адаптуватись до рівня завантаженості обчислювальних ресурсів та їх виду. Новий комплекс є концептуально сумісним з існуючими системами Інтелектуального аналізу даних (Data Mining). Побудовано раціональний план стегоаналітичних досліджень, який дозволив суттєво зменшити кількість статистичних досліджень і розробити нові алгоритми сімейства методів НЗБ-стеганографії.
Участь у конференціях, виставках
В 2010 р. нинішні співробітники відділу взяли участь у п”ятьох провідних міжнародних конференціях, серед яких І Int. Symp. on Combinatorial Optimization ISCO-2010 (March 24-26 2010, Hammamet, Tunisia), 24th European Conference on Operational Research EURO XXIV (Juli 11-14 2010, Lisbon, Portugal), 7th International Conference ANTS 2010 (September 8-10, 2010, Brussels, Belgium)
Протягом 2010-2012 років співробітники відділу, які раніше працювали у Центрі таймерних обчислювальних систем Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України брали участь у виставкових акціях: «Наука – виробництву», «Барвиста Україна», та «Високі технології-2010». Це підтверджено відповідними дипломами та подяками.
Координація наукової діяльності
1. Гуляницький Л.Ф. – член спеціалізованих вчених рад по захисту докторських дисертацій:
Д26.001.35 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка;
Д26.002.03 при Національному технічному університеті України “КПІ”.
2. Ходзінський О.М. – член спеціалізованої вченої ради К26.062.11 Національного авіаційного університету.
Міжнародні зв’язки
Участь науковців у роботі міжнародних організацій, комітетів, редколегій тощо:
Гуляницький Л.Ф. – член програмного комітету Міжнародних конференцій “Knowledge-Dialogue-Solution” (KDS-2010–KDS-2013), член програмного комітету Міжнародної школи-семінару “Теорія прийняття рішень” (з 2008 р.), член програмного комітету Міжнародної конференції “Computational Intelligence (CI -2011, CI -2013)”, “Комбінаторна оптимізація та нечіткі множини (КОНеМ-2011–КОНеМ-2013)”.
Основні публікації з 2011 року
Гуляницкий Л.Ф., Рудык В.А. Проблема предсказания структуры протеина: формализация с использованием кватернионов // Кибернетика и системный анализ. – 2013. – №4. – С. 130–136.
Шелестов А.Ю., Кравченко А.Н., Скакун С.В., Волошин С.В., Куссуль Н.Н. Информационная система агромониторинга на основе геопространственных данных // Кибернетика и системный анализ. – 2013. – № 1. – С. 145–154.
Гуляницкий Л., Рудык В. Анализ алгоритмов прогнозирования третичной структуры протеина на базе метода оптимизации муравьиными колониями / Problems of Computer Intellectualization (Eds. V.Velichko, O.Voloshin, K.Markov). – Kiev-Sofia: V.M.Glushkov Institute of Cybernetics, ITHEA, 2012. – P. 152–159.
Гуляницкий Л., Омельянчик Д. Разработка и использование интегрального индекса бюджетной сферы / Problems of Computer Intellectualization (Eds. V.Velichko, O.Voloshin, K.Markov). – Kiev-Sofia: V.M.Glushkov Institute of Cybernetics, ITHEA, 2012. – P. 227–241.
Гуляницкий Л.Ф., Самусь А.В. Решение Н-методом задачи оптимизации маршрутов транспортных средств с временными окнами // Компьютерная математика. – 2012. – № 2. – С. 147–155.
Гуляницкий Л.Ф. Разработка методов прогнозирования на основе эволюционных алгоритмов // Компьютерная математика. – 2012. – № 1. – С. 69–77.
Корольов В.Ю. Захист інформації в корпоративних USB-флеш накопичувачах для хмарних обчислень // Математичні машини і системи. – 2012. – № 2. – С.60–69.
Верлань А.Ф, Горошко И.О., Карпенко Е.Ю., Королёв В.Ю., Мосенцова Л.В. Методы и алгоритмы восстановления сигналов и изображений. – К.: НАН Украины. Институт моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова, 2011. – 368 c.
Hulianytskyi L., Sokol V. Effective energy recomputation for low autocorrelation binary sequence problem // Int. J. “Information Theories and Applications”. – 2011. – 18. – N. 4.– P. 344–357.
Королёв В.Ю., Полиновский В.В., Герасименко В.А. Стеганография по методу наименее значимого бита на базе персонализированных флеш-накопителей // Управляющие системы и машины. – № 1 (231). – 2011. – С. 79 – 87.
Рудык В.А. Представление структуры белка в трехмерных дискретных решетках произвольного типа //Теорія оптимальних рішень. – 2011. – № 10. – C. 39–47.
Омельянчик Д.А. Моделирование и оптимизация параметров региональных бюджетов / Applicable Information Models (Eds. K.Markov, V. Velichko). – Sofia: ITHEA, 2011. – С. 97–103.
Шелестов А.Ю., Куссуль Н.М., Загородній Є.В., Волошин С.В., Скакун С.В., Кравченко О.М., Колотій А.В. Геоінформаційна система фермера // Наука та інновації. –2011, – 7.– № 3.– С. 25 – 29.