Программная «начинка» беспилотных летательных и наземных аппаратов использует двоичную систему измерения, которая выглядит как комбинации цифр 0 и 1. Учёные в СКФУ предложили заменить её на систему остаточных классов, то есть операций с остатками от деления чисел на определённое основание. Это ускоряет вычисления и делает их точнее.
Над принципиально новыми алгоритмами для современных устройств работает и молодой кандидат технических наук, доцент кафедры математического моделирования факультета математики и компьютерных наук имени профессора Н.И. Червякова, старший научный сотрудник департамента науки Северо-Кавказского федерального университета Диана Калита.
Вычисляют параллельно
Диана Калита и её коллеги, включая заведующего кафедрой математического моделирования Павла Ляхова, уже применили новый алгоритм в проекте по повышению надёжности передачи данных между узлами беспроводной сенсорной сети.
«Наша группа исследователей продолжает исследования математика Николая Ивановича Червякова. Он занимался развитием непозиционной системы исчисления – системы остаточных классов, которая позволяет сокращать время вычислений за счёт их параллельной организации. Николая Ивановича уже с нами нет, но его идеи применяют учёные в разных странах мира, в том числе мы, его непосредственные ученики», – рассказала Диана Калита.
Для беспроводных сенсорных сетей она с коллегами разработала программный алгоритм, при построении которого оперировала медицинскими данными.
«Допустим, есть несколько медицинских датчиков, которые снимают показания с пациента: измеряют температуру, давление, сердцебиение – и отправляют эти данные на передающее устройство. Мы их потом анализируем, – рассказала Диана. – Но этот алгоритм может применяться и в других сферах, где тоже используются беспроводные сенсорные сети, например, при снятии показаний температуры воздуха, влажности почвы для метеостанций. С нашим алгоритмом передача данных будет быстрее и надёжнее. Мы снизили риск ошибок, возникающих из-за помех: временных отказов датчиков, сбоев напряжения сети и так далее».
Пока не кончился заряд
Теперь та же организация вычислений применяется учёными кафедры математического моделирования в исследовании «Высокоскоростная и экономичная вероятностная фильтрация видеоданных беспилотного транспорта».
«Нашей изюминкой снова будет применение остаточных классов, – говорит Диана Калита. – Мы разрабатываем алгоритмы и методы, которые могут применяться в беспилотных летательных и наземных аппаратах для определения местоположения того или иного объекта. Местоположение мы находим с помощью вероятностной фильтрации. Обычно фильтрация производится в позиционной системе исчисления, а мы разработали алгоритм, основанный на алгоритме Гольдшмидта (бельгийского учёного). А теперь переписываем его для системы остаточных классов, чтобы всё работало быстро, корректно, энергоэффективно. Это позволит усовершенствовать системы наблюдения. Если взять, например, беспилотный летательный аппарат, то он автономно без подзарядки работает какой-то промежуток времени, и ему нужно как можно быстрее и корректнее получить и обработать данные».
Исследователи записывают и преобразуют функции (зависимости одних переменных от других), выстраивая алгоритмы, которые потом будут использоваться в программном обеспечении аппаратов.
Как китайский язык
Диана любила математику со школы – спасибо учительнице, которая умела интересно преподносить этот предмет. Девочке не пришлось даже нанимать репетиторов. Знаний, полученных на уроках в селе Николо-Александровском Левокумского округа Ставрополья, оказалось достаточно, чтобы поступить на бюджетное место в университете.
В семье больших знатоков не было: папа работал агрономом, мама – заведующей хозяйственной частью в школе. Диана же решила стать учительницей математики. Но один их знакомый заронил в голову девочки мысль, что можно учить не школьников, а студентов, преподавать в университете.
«У меня это отложилось в голове, и когда я поступила в университет на специальность «прикладная математика и информатика», поставила себе осознанную цель: поступить в аспирантуру. Окончила с красным дипломом, и Николай Иванович Червяков, который тогда был заведующим кафедрой, предложил поступить к нему аспирантуру. Пригласил посмотреть, чем они занимаются. Я послушала и подумала: «Это какой-то китайский язык для меня». Настолько было тяжело для понимания. Но Николай Иванович умел внушать уверенность. «У тебя всё получится, пробуй», – говорил он. И я решила, что раз уже поступила в аспирантуру, надо окончить, защитить кандидатскую».
Не только для мужчин
Трудностей пришлось преодолеть немало, и не только в сфере науки. Стипендия в те времена была маленькая. Аспирантам-гуманитариям платили по 2 тысячи рублей в месяц, технарям – по 6 тысяч рублей. Приходилось не только учиться и заниматься научной деятельностью, но и подрабатывать ассистентом на кафедре и репетитором. Диана трудилась днём и ночью.
«Николай Иванович был очень требовательным, и если он сказал, что нужно сделать, я должна была в назначенный срок показать результат, – вспоминает она. – При этом моральная поддержка Николая Ивановича и Павла Алексеевича Ляхова мне очень помогла. Я защитила кандидатскую диссертацию и окунулась в научную деятельность. Позже Павел Алексеевич стал завкафедрой и позвал к себе работать. Я с удовольствием согласилась. У нас общая тема исследований».
Диане Калита очень нравится заниматься наукой, и она не согласна с теми, кто считает, что математические и технические науки – это прерогатива мужчин. Всё, что казалось сложным, победили упорство и труд. Сейчас она с коллегами разговаривает на одном языке.
Конечно, важную роль играет целеустремлённость молодых людей. Из семи человек, поступивших в аспирантуру вместе с Дианой, окончили только двое.
У нынешних аспирантов, считает молодая учёная, финансовой поддержки намного больше. Если раньше гранты казались чем-то недоступным, то сейчас и студенты, и аспиранты лучше осведомлены, как подавать заявки. Появились и стимулирующие повышенные стипендии, и зарплата даже для магистров, занимающихся научной деятельностью.
А поле для работы – обширное и, уверена Диана Калита, оно никогда не будет освоено полностью, потому что каждый новый исследователь, питаясь идеями предшественников, предлагает что-то новое.
«Сфера IT– технологий сейчас активно развивается. Ключевое направление – уменьшение базовых элементов вычислительной техники, – говорит кандидат технических наук. – В области исследований по системе остаточных классов мы на мировом уровне. Публикуем результаты в зарубежных изданиях, и потом на нас ссылаются учёные и в других странах».
Кот учёный
От научной деятельности и преподавания в вузе Диана позволяет себе отдыхать: читать, вышивать крестиком, играть на баяне. В детстве она окончила музыкальную школу. Особенно любит вальс Евгения Доги из кинофильма «Мой ласковый и нежный зверь».
Кстати, ласковые и нежные четвероногие у неё есть. Это два кота. Один из них внёс свой вклад в науку. Питомец был подопытным, когда математик апробировала новый алгоритм.
«Он у меня породы «сфинкс», и я прикрепила к нему датчики, сняла видео, как он прыгал, запустила алгоритм на компьютере, и в дальнейшем техника могла отслеживать кота, выводя в рамочку. Этот опыт стал научной статьёй. Сфинкс в ней упомянут. За участие я отблагодарила его вкусным кормом».
Но лучший отдых, по её словам, – это путешествия. Когда меняется обстановка, в голову приходят новые творческие идеи.