Диссертация (1090614)
Текст из файла
Автономная некоммерческая организация«Институт Физико-Технической Информатики»На правах рукописиКоломейченко Максим ИгоревичМатематическое и программное обеспечениевизуального анализа графовой информациисети взаимодействующих объектовСпециальность 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечениевычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»ДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, доцентЧеповский Андрей МихайловичМосква — 20162СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 4ГЛАВА 1.Средства визуального анализа графа ............................................ 111.1.Программное обеспечение для анализа графов ........................................
111.2.Многополосное размещение ...................................................................... 351.3.Визуальный анализ структуры графа взаимодействующих объектов наоснове выделения «сообществ» ............................................................................. 391.4.Выводы по 1 главе ...................................................................................... 51ГЛАВА 2.Геометрические модели автоматических размещений объектовграфа на плоскости .................................................................................................. 522.1.Базовые геометрические модели автоматического размещений ............. 522.2.Геометрическая модель автоматического размещений на основе методафизических аналогий ............................................................................................. 602.3.Многополосное размещение ......................................................................
692.4.Выводы по 2 главе ...................................................................................... 89ГЛАВА 3.Визуальный анализ графа социальной сети, допускающеговыделение подграфов .............................................................................................. 903.1.Методика выделения сообществ................................................................ 903.2.Вычислительные эксперименты ................................................................
983.3.Построение геометрической модели автоматического размещенияобъектов графа с выделенными сообществами .................................................. 1013.4.Выводы по 3 главе .................................................................................... 120ГЛАВА 4.4.1.Программный комплекс визуального анализа графов ............ 121Общая архитектура программного комплекса ........................................
12134.2.Хранение данных ...................................................................................... 1284.3.Используемые структуры данных ........................................................... 1324.4.Инструменты анализа ............................................................................... 1394.5.Выводы по 4 главе .................................................................................... 144ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ............................................................. 145СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................
147ПРИЛОЖЕНИЕ А. Описание функциональности программного комплекса................................................................................................................................... 157ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акты внедрения .................................................................. 2304ВВЕДЕНИЕАктуальностьтемыисследования.Графовоепредставлениевзаимодействия сложных программных систем, равно как и взаимодействующихобъектов в социальных сетях, имеет не только теоретический интерес, но исерьезное практическое применение в задачах обеспечения безопасности. Такаязадачавозникаетприисследованиисоциальныхсетей,анализетелекоммуникационного взаимодействия объектов, проведения расследованийправоохранительными органами и решается методами визуального анализа.Актуальность работы определяетсяпотребностью в методах реализацииинтерфейсов программных комплексов для анализа графов, возникающей в задачахантитеррористической деятельности, социологического и экономического анализа.Несмотрянамногообразиебиблиотекдлясозданияинструментоввизуализации сетей, в существующих программных продуктах наблюдается ряднедостатков:отсутствиеплатформенно-независимыхрешений,отсутствиесобственных специализированных хранилищ, человеко-машинные интерфейсысистем не ориентированы на аналитическую работу с графами больших размеровпо причине отсутствия встроенных в системы визуализации многих эффективныхметодов автоматического размещения объектов (многополосное размещение,разделение по группам взаимосвязанных объектов).Прианализевзаимодействующихобъектоввозникаютпроблемывизуального анализа структуры графов больших размеров.
Поэтому длявизуализации множества взаимодействующих объектов требуется разработка иреализация методов многополосного размещения и разделение по группамвзаимосвязанных объектов, эффективных модификаций метода физическиханалогий.5Решаемая научная и практическая задача состоит в разработке и реализацииэффективных с точки зрения скорости и обрабатываемых объемов алгоритмов иархитектурных решений программного обеспечения, позволяющего средствамичеловеко-машинных интерфейсов проводить аналитический анализ графов.Объект исследования – параметры расположения объектов графа наплоскости при его визуальном представлении в программном интерфейсе.Предмет исследования – методы и алгоритмы автоматического размещенияобъектов графа при его визуализации в человеко-машинном интерфейсе программанализа структуры графа.Целью диссертационной работы является решение задач автоматическогоразмещения элементов графа на плоскости для задач визуального анализаструктуры взаимодействия объектов.Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:1.
Разработать универсальные геометрические модели для реализации методовавтоматического размещения объектов графа больших размеров с цельюанализа структуры графа.2. Разработать алгоритмы для создания процедур нахождения и визуализациисвязанных групп вершин (сообществ) в анализируемых графах.3. Разработать архитектуру и принципы реализации человеко-машинногоинтерфейса программного комплекса, включающие методы визуализации ихранения графов больших размеров с целью анализа их структуры.Методы исследования. Диссертационная работа базируется на методах:теории графов, теории множеств, методах компьютерной графики и численныхметодах.Научная новизна результатов исследования состоит в том, что1. Разработан алгоритм автоматического размещения «быстрый павлиний хвост»,основанный на методе физических аналогий и оптимизирующий скоростные6характеристики алгоритма метода физических аналогий за счет анализа тольколокальной области на плоскости.2.
Предложены и реализованы в человеко-машинном интерфейсе геометрическиемодели, основанные на разработанных многополосных размещениях графа наплоскости, включающие формализацию процедуры расположения смежных слинией темы вершин и учитывающие визуальные характеристики (размеры)при размещении вторичных вершин относительно линии темы.3. Разработан и реализован метод выделения групп взаимодействующихобъектов, применимый к большим данным реальных сетей.4. Разработана и реализована в программном интерфейсе геометрическая модельавтоматическогоразмещениянаплоскостигруппсвязанныхвершин(сообществ) графа.Практическаязначимость.Научныеипрактическиерезультатыдиссертации использованы при разработке информационных систем и проведениянаучно-исследовательскихиопытно-конструкторскихработ,очемсвидетельствуют: акт о внедрении результатов диссертационного исследования,предоставленный ЗАО «Медианн-Решения»: акт об использовании результатовдиссертации,предоставленныйМеждународнымЦентромпоЯдернойбезопасности (АНО МЦЯБ); акт о внедрении результатов диссертационногоисследования,предоставленныйАОРДТЕХ.Результатыдиссертациииспользованы в учебном пособии [84].Результаты исследований по теме диссертационной работы использованыпри выполнении научно-исследовательских работ по следующим грантам РФФИ:• Проект № 16-07-00641 «Исследование и разработка математических моделей,методов и алгоритмов визуализации и анализа графов на примере социальныхсетей»7• Проект № 16-29-09546 «Разработка новых методов мониторинга и комплексноголингвистического и тематического анализа сообщений социальных медиа вцелях противодействия экстремизму и терроризму».Основные положения, выносимые на защиту:1.
Методика оптимизации скоростных характеристик алгоритма построенияразмещения объектов для визуализации связей графа на основе методафизических аналогий.2. Алгоритмы построения многополосного размещения для визуализации связейвыделенного множества объектов графа.3. Геометрическая модель и алгоритм для выделения в графе групп связанныхвершин (сообществ) и автоматического их размещения на плоскости с цельювизуального анализа в рамках программного интерфейса.4.
Архитектура программного комплекса визуализации и хранения графовбольших размеров с целью анализа их структуры средствами человекомашинного интерфейса и используемые в программном комплексе структурыданных.Достоверность результатов и обоснованность научных положенийдиссертационной работы обеспечивается корректным использованием методовтеории графов, теории алгоритмов и математического аппарата прикладнойматематики.Достоверностьполученныхвыводовподтверждаетсятакжесогласованностью с имеющимися результатами других авторов, результатамиэкспериментальных исследований и апробации работы. Достоверность результатовработы подтверждается работоспособностью предложенных методов и алгоритмовпри опытной и промышленной эксплуатации разработанного программногообеспечения.Апробацияработы.Материалыдиссертациидокладывалисьнамеждународных конференциях: Международной конференции по физико-8технической информатике CPT-2013, 12-19 мая 2013 г., Ларнака, Республика Кипр;Международной научной конференции Международного центра по ядернойбезопасностиИнститутафизико-техническойинформатикиSCVRT2013,Протвино, 25-29 ноября 2013 г.; Ершовской конференции по информатике 2014,Санкт-Петербург, 2014 г.; Международной научной конференции по физикотехнической информатике (CPT2015), 10-17 мая 2015 г., Ларнака, РеспубликаКипр; III Международной научно-практической конференции «Управлениеинформационной безопасностью в современном обществе», Москва, 19-21 мая2015 г.; IV Международной научно-практической конференции «Управлениеинформационной безопасностью в современном обществе», Москва, 31 мая-2 июня2016г.;Международнойнаучнойконференциипофизико-техническойинформатике (CPT2016), 8-15 мая 2016 г., Ларнака, Республика Кипр; 26Международной конференции GraphiCon2016, Нижний Новгород, 19-23 сентября2016 г.; Международной научной конференции Московского физико-техническогоинститута (государственного университета) и Института физико-техническойинформатики (SCVRT16), Протвино, 21-24 ноября 2016 г.Публикации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
