РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

НАУЧНЫЙ ЦЕНТР СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ ВИТИ НТУУ «КПИ»

Научно-исследовательская лаборатория

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Первый Международный научно-практический семинар

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ

№ 1 за 2012 год

Секция

Физико-математические науки

Киев, 27 января 2012

Уважаемые коллеги!

Оргкомитет благодарит всех студентов, бакалавров, специалистов, магистров, аспирантов, докторантов, научных, педагогических и научно-педагогических работников, которые активно приняли участие в организованном Первом Международном научно-практическом семинаре «МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ». Организатор Научный центр связи и информатизации ВИТИ НТУУ «КПИ», г. Киев, Украина.

Президиум организационного комитета:

Козубцов Игорь Николаевич, к.т.н., профессор РАЕ, ведущий научный сотрудник НИЛ НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Киев;

Масесов Николай Александрович, к.т.н., слушатель Национального университета обороны Украины, Украина, г. Киев;

Васильев Константин Александрович, к.т.н., старший преподаватель кафедры №33 ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Полтава;

Кайдаш Иван Никифорович, к.т.н., с.н.с., ведущий научный сотрудник НИО НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Киев;

Куцаев Владимир Викторович, старший научный сотрудник НИЛ НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Киев;

Міждисциплінарні дослідження в науці та освіті: Фізико-математичні науки [Текст] / Збірник праць I Міжнародного науково-практичного семінару (27 січня 2012 р.): під ред. проф. А.П. Стахова. [Електронний ресурс]. Междисциплинарные исследования в науке и образовании. – 2012. – № 1. – Режим доступа URL: http://www.es.rae.ru/mino/153-481 (дата обращения: 27.01.2012).

Междисциплинарные исследования в науке и образовании: Физико-математические науки [Текст] / Сборник трудов I Международного научно-практического семинара (27 января 2012 г.): под ред. проф. А.П. Стахова. [Электронный ресурс]. Междисциплинарные исследования в науке и образовании. – 2012. – № 1. – Режим доступа URL: http://www.es.rae.ru/mino/153-481 (дата обращения: 27.01.2012).

В СООТВЕТСТВИИ С ПОСТАНОВЛЕНИЕМ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ от 20 Июня 2011 г. N 475 к опубликованным работам, отражающим основные научные результаты диссертации, ПРИРАВНИВАЮТСЯ работы, опубликованные в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций и симпозиумов, в электронных научных изданиях  http://правительство.рф/gov/results/15694/ См. п.10 Постановления 

© НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ»

© РАЕ

© Авторский коллектив

Содержание

Физико-математические науки		..................................................................	4
	МАТЕМАТИКА ГАРМОНИИ КАК НОВОЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ А.П. Стахов...............................................................................................		4
	О ВОЗМОЖНОСТЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АРИФМЕТИКИ ФИБОНАЧЧИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КРИПТОГРАФИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ Н.И. Самойленко, В.Б. Уфимцева……………………………………..		9
	МИКРОПРОЦЕССОРЫ ФИБОНАЧЧИ – КАК ОДНА ИЗ БАЗИСНЫХ ИННОВАЦИЙ БУДУЩЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА, ИЗМЕНЯЮЩИХ УРОВЕНЬ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ А.П. Стахов...............................................................................................		16
	ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИКИ ГАРМОНИИ В ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Н. Ф. Семенюта........................................................................................		39
	ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАСПОЗНАВАНИЯ ЛИЦ ПО ЦИФРОВОЙ 3D-МОДЕЛИ М.И. Шаханов..........................................................................................		42
	РЕШЕНИЕ СЕМИНАРА........................................................................		52
	Информационные партнеры..................................................................		57
	Об электронном научно-техническом журнале "Междисциплинарные исследования в науке и образовании"............		58

Физико-математические науки

МАТЕМАТИКА ГАРМОНИИ КАК НОВОЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ

Стахов Алексей Петрович

Президент Международного Клуба Золотого Сечения (Канада)

Доктор технических наук, профессор

Е-mail: [email protected]

В 2009 г. международное издательство “World Scientific” опубликовало книгу: A.P. Stakhov. The Mathematics of Harmony. From Euclid to Contemporary Mathematics and Computer Science” (748 p.) [1]

http://www.worldscibooks.com/mathematics/6635.html

Книга является завершением более чем 2.5-тысячелетнего периода в развитии «Учения о гармонии», начиная с Пифагора, Платона и Евклида. В книге развивается новый взгляд на «Начала» Евклида, основанный на «гипотезе Прокла». Согласно этой гипотезе, главной целью Евклида при написании своих «Начал» было создание завершенной теории Платоновых тел, которые в Древней Греции ассоциировались с «гармонией Мироздания». Для создания этой теории Евклид уже в Книге II вводит «золотое сечение», которое буквально пронизывает «Начала» Евклида от Книги II до заключительной Книги XIII, посвященной изложению теории Платоновых тел. То есть, основной результат своих «Начал» – теорию Платоновых тел – Евклид разместил в заключительной Книге, что соответствует традиции написания научных произведений. Игнорирование «гипотезы Прокла» является одной из «стратегических ошибок» в развитии математики [2]. «Гипотеза Прокла» приводит к переосмыслению всей истории математики и математического образования, которые, как известно, берут свое начало у Евклида. Восстановление исторической истины относительно «Начал» Евклида («Гипотеза Прокла») требует широкого введения в современную математику и математическое образование «идеи гармонии» и таких понятий как Платоновы тела, золотое сечение, числа Фибоначчи и др. Это отражает процесс «Гармонизации математики» [3], который начался в математике с момента публикации брошюры Н.Н. Воробьева «Числа Фибоначчи» (1961) [4], организации в 1963 г. американской Фибоначчи Ассоциации и учреждения математического журнала “The Fibonacci Quarterly”.

Книга состоит из 3-х частей. В первой части «Классическое золотое сечение, числа Фибоначчи и Платоновы тела» излагаются основы «классической теории золотого сечения», основанной на числах Фибоначчи и Люка [4] и знаменитой «золотой пропорции»

, (1)

которая является корнем алгебраическом уравнении

, (2)

В этой части книги приводятся многочисленные приложения ЗС в природе, науке и искусстве. С этой частью книги коррелируется материал русскоязычной книги «Код да Винчи и ряды Фибоначчи», опубликованной в изд-ве «Питер» в 2006 г. [5].

Во второй части «Математика гармонии» излагаются начала «математики гармонии» (МГ), которая основывается на двух новых математических понятиях:

1. Обобщенные золотые пропорции или золотые р-пропорции , которые являются корнем алгебраического уравнения

. (3)

С золотыми р-пропорциями тесно связаны так называемые р-числа Фибоначчи, которые задаются следующим рекуррентным соотношением:

, (4)

которое при р=1 сводится к рекуррентному соотношению, задающему «классические числа Фибоначчи» 1,1,2,3,5,8,13,21,...:

, (5)

Связь золотых р-пропорций с р-числами Фибоначчи задается следующим соотношением:

2. «Металлические пропорции»

(6)

которые являются корнем следующего алгебраического уравнения:

, (7)

где - заданное действительное число.

Таким образом, в МГ используются новые математические константы – золотые р-пропорции и металлические пропорции или -пропорции , задаваемые выражением (6). Формула (5) является обобщением классической «золотой пропорции» (2) ().

Еще одним оригинальным результатом МГ являются гиперболические функции Фибоначчи и Люка [6,7], основанные на «золотой пропорции» (1), и гиперболические -функции Фибоначчи и Люка [8], основанные на металлических пропорциях.

К разряду новых математических результатов, описанных в этой части книги, относятся обобщенные матрицы Фибоначчи [9], основанные на р-числах Фибоначчи (4), и «золотые» матрицы [10], основанные на гиперболических функциях Фибоначчи [7].

Наконец 3-я часть книги [1] посвящена приложениям «математики гармонии» в информатике. Наиболее важными из них являются: алгоритмическая теория измерения и коды Фибоначчи [11], коды золотой пропорции [12], троичная зеркально-симметричная арифметика [13], которая вызвала восторг у выдающегося американского математика Дональда Кнута, автора бестселлера «Искусство программирования», наконец, новая теория кодирования и криптографии, основанная на матрицах Фибоначчи [14].

Наиболее важными для информатики математическими результатами, изложенными в части 3, являются новые системы счисления, названные р-кодами Фибоначчи:

, (8)

где - двоичная цифра, - вес i-го разряда, равный р-числу Фибоначчи (2), и кодами золотой р-пропорции:

(9)

где - двоичная цифра i-го разряда, - вес i-го разряда, связанный с весами предыдущих разрядов соотношением:

(10)

Именно эти системы счисления стали источником 65 патентов, выданных патентными ведомствами США, Японии, Англии, Франции, ФРГ, Канады и др. стран на советские изобретения в области «компьютеров Фибоначчи» [15]. В статье [16] описана идея создания микропроцессоров Фибоначчи, которые могут существенно повысить информационную надежность микропроцессоров.

Таким образом, даже краткий перечень теорий, оригинальных результатов и приложений МГ (особенно в информатике) свидетельствует о том, что речь идет о принципиально новом междисциплинарном направлении, которое касается не только современной математики, но и всей науки в целом, включая информатику. МГ вызвала большой интерес выдающихся ученых как в Украине и России (академик Юрий Митропольский [17], профессор Сергей Абачиев [18]), так и за ее пределами (выдающийся американский математик Дональд Кнут и американский философ профессор Скотт Олсен [19]).

Следует отметить, что в 2010 г. в Одесском национальном университете уже проведен 1-й Международный Конгресс по Математике Гармонии http://sites.google.com/site/harmonymathkongress/

В настоящее время на сайте «Академия Тринитаризма» проводитcя Международный online семинар по математике гармонии http://www.trinitas.ru/rus/002/a0232013.htm

Возникает вопрос: как приобщиться к этому научному направлению? Для этого необходимо начинать с изучения книги [1]. Но это практически невозможно для украинских студентов, аспирантов и специалистов, потому что эта книга продается по цене US$181 / 119!

Что же делать? С учетом публикации англоязычной книги автора [1] возникла парадоксальная ситуация. Новая научная теория («Математика Гармонии»), изложенная в книге [1], созданная украинским ученым и признанная во всем мире, недоступна украинским специалистам и студентам. Поэтому первый шаг в возрождении этого научного направления в Украине состоит в том, чтобы срочно опубликовать эту книгу на украинском и русском языках. Автор обращается к Президиуму организационного комитета поддержать это предложение в Решении международного семинара «Междисциплинарные исследования в науке и образовании» и, возможно, даже выступить инициатором реализации такого предложения.

Литература:

1. Stakhov A.P. The Mathematics of Harmony. From Euclid to Contemporary Mathematics and Computer Science” / A.P. Stakhov // New Jersey, London, Singapore, Hong Kong: World Scientific. – 2009. - 748 p.
2. Стахов А.П. Три «ключевые» проблемы математики на этапе ее зарождения и «Математика Гармонии» как альтернативное направление в развитии матеатической науки / А.П. Стахов // Totallogy-XXI. Постнекласичні дослідження. №17/18. – Київ: ЦГО НАН України. – 2007. - C. 274-323.
3. Стахов А.П., Математизация гармонии и гармонизация математики / А.П. Стахов // «Академия Тринитаризма». – 2011. Эл № 77-6567, публ.16897 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/100a/02320066.htm
4. Воробьев Н.Н. Числа Фибоначчи / Н.Н. Воробьев // М.:Наука.-1978.–144 с.
5. Стахов А.П., Слученкова А.А., Щербаков И.Г. «Код да Винчи и ряды Фибоначчи». / А.П. Стахов, А.А. Слученкова, И.Г. Щербаков // Санкт-Петербург: Питер, 2006.
6. Стахов А.П., Ткаченко И.С. Гиперболическая тригонометрия Фибоначчи. / А.П. Стахов А.П., И.С. Ткаченко // Доклады Академии наук УССР, том 208, № 7, 1993 г. – C. 20-33.
7. Stakhov A, Rozin B. On a new>
8. Стахов А.П. Формулы Газале, новый класс гиперболических функций Фибоначчи и Люка и усовершенствованный метод «золотой» криптографии. / А.П. Стахов // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.14098, 21.12.2006 (http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/004a/02321063)
9. Stakhov AP. A generalization of the Fibonacci Q-matrix./ A.P. Stakhov // Доклады Академии наук Украины, 1999, №9, с. 46-49.
10. Stakhov A. The “golden” matrices and a new kind of cryptography. / A. Stakhov // Chaos, Solitons & Fractals 2007, Volume 32, Issue 3, 1138-1146.
11. Стахов А.П. Введение в алгоритмическую теорию измерения / А.П. Стахов // М.: Советское Радио, 1977. – 288 с.
12. Стахов А.П. Коды золотой пропорции / А.П. Стахов // М.: Радио и связь, 1984. – 152 с.
13. Stakhov AP. Brousentsov’s ternary principle, Bergman’s number system and ternary mirror-symmetrical arithmetic./ A.P.Stakhov // The Computer Journal 2002, Vol. 45, No. 2: 222-236.
14. Stakhov A. Fibonacci matrices, a generalization of the “Cassini formula”, and a new coding theory. / Stakhov A. // Chaos, Solitons & Fractals, 2006, Volume 30, Issue 1, 56-66.
15. Помехоустойчивые коды: Компьютер Фибоначчи // Москва, Знание, серия «Радиоэлектроника и связь», вып.6, 1989 г. – 64 c.
16. Стахов А.П. Микропроцессоры Фибоначчи - как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем. / А.П. Стахов // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.16759, 16.08.2011 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/009a/02321212.htm
17. Митропольский Ю.А. Отзыв о научном направлении украинского ученого, доктора технических наук, профессора Алексея Петровича Стахова / Ю.А. Митропольский // «Академия Тринитаризма». 2005. - Эл № 77-6567, публ.12452. http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/006a/02320005.htm
18. Абачиев С.К. Математика гармонии глазами историка и методолога науки / С.К. Абачиев // «Академия Тринитаризма». - 2010. - Эл № 77-6567, публ.15991 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/009a/02321185.htm
19. Olsen Scott. Professor Alexey Stakhov is an absolute genius of modern science (in Honor of Alexey Stakhov’s 70th Birthday). / Scott Olsen // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.15281, 11.05.2009 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0232/012a/02322061.htm

УДК 621.372

ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИКИ ГАРМОНИИ В ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Н. Ф. СЕМЕНЮТА

канд. техн. наук, профессор

академик Международной академии связи

почетный профессор

Белорусский государственный университет транспорта (г. Гомель)

Математика гармонии в последние годы получила применение в науке, технике, образовании. Так, в учебных пособиях для студентов[1, 3] изложены проявления элементов математики гармонии в природе и искусстве, в [2, 4] – науке и технике. В 2009 г. в издательстве «Наука мира» в Сингапуре был издан обобщенный труд А. П. Стахова «Математика гармонии – от Евклида до современной математики» [5]. В 2011 г. на базе Одесского национального университета был проведен 1-й Конгресс по математике гармонии, где были обсуждены достижения в этом новом направлении математики, намечены пути дальнейшего развития математики гармонии в различных областях искусства, науки, техники и образования, в том числе теории линейных электрических цепей.

В настоящее время теория гармонии развивается и оказывает большое вияние на методы исследования и способы решеня многих практических и теоретических задач в самых разнообразных областях науки и техники, искусства, музыки, живописи, поэзии, архитектуры, биологии, медицини, вычислительной технике, экономике, социологии и др. Математика гармонии носит поистинно трансдисциплинарный, общеобразовательный характер и составляет элемент культуры всякого образованного человека, каков бы не был профиль его профессиональной подготовки.

Целью настоящей статьи является обобщение работ автора по применению рекуррентных последовательностей к анализу однородных электрических цепей [2, 4]. Предложенный автором метод анализа значительно сокращает трудоемкость и время на расчеты лестничных цепей по сравнению с известными методами (законы Ома и Кирхгофа, контурные уравнения токов и узловых напряжений и др.). Метод позволяет по-новому также подойти к решению многих теоретических и практических задач в науке и технике, теории электрических цепей (ТЛЭЦ) и др.

Метод, основанный на математике гармонии, назван автором методом лестничных чисел [2]. В основу метода положены рекуррентные (Фибоначчи, Люка и др.) и мультирекуррентные последовательности чисел.

Мультирекуррентные последовательности чисел формируются соотношениями:

S2n = S2n-1 + S2n-2;

S2n-1 = kS2n-2 + S2n-3, (1)

где S1 = 1, S2 = 1, k – параметр последовательности.

Четные S2n и нечетные S2n-1 члены последовательности (1) определяются суммированием двух предыдущих чисел. Однако числа с четными номерами перед суммирование умножаются на коэффициент k. Следовательно, последовательность (1) является мультирекуррентной.

Числа мультирекуррентнх последовательности (1) можно представить в виде многочленов

S1 = 1, S5 = k2 + 3k2 + 1,

S2 = 1, S6 = k2 + 4k2 + 3,

S3 = k + 1, S7 = k3 + 5k2 + 6k +1,

S4 = k + 2, S8 = k3 + 6 k2 + 10k + 4.

Коэффициенты многочленов совпадают с биноминальными коэффициентами треугольника Паскаля. Следовательно, мультирекуррентные числа можно представить также в виде сумм биномиальных составляющих:

S1 = , S5 = ,

S2 = , S6 = ,

S3 = , S7 = ,

S4 = , S8 = .

Мультирекуррентные последовательности последовательности чисел являются фундаментальными алгебраическими моделями многих физических процессов и явлений в природе, науке и техники (тепло- и массоперенос и др.), в том числе в теории электрических цепей, железнодорожных рельсовых цепей, электрических фильтрах и др. В целом можно отметить, что мультирекуррентные последовательности таят еще много не раскрытых особенностей и ждут своих исследователей.

Нечетных и четных членов лестничной последовательности чисел (1) связаны с гиперболическими функциями и определяются по формулам, установленным Н. Ф. Семенютой [6]:

(2) где = ln p1, p1 – корень характеристического уравнения p2 – (2 + k) p + 1 = 0.

Корни квадратного уравнения:

Из формул (2) могут быть получены формулы соответствующие частным случаям (при любом k) рекуррентных последовательностей. Так, в случае k = 1 последовательность (1) превращается в классическую последовательность Фибоначчи. Для k = 1, р1 = 2,618 и после преобразования (2) получим

, = 0,962.

Формулы для определения нечетных и четных членов Люка

= 0,962.

Рассмотрим цепочечно соединенные три четырехполюсники (n = 3) с параметрами k = R1/R2 = 1, kн = R1 /Rн и нагрузкой Rн. (рисунок 2),

Рисунок 2 – Однородная лестничная электрическая цепь (n = 3)

Из анализа цепи можно установить следующие выражения токов цепи:

.

Токи цепи формируются двумя последовательностями (спиралями типа Фибоначчи). Первая – основная последовательность Фибоначчи, вторая – производная (модифицированная) последовательность типа Фибоначчи, которая определяется сопротивлением нагрузки Rн.

Входное сопротивление цепи

где U0 и I 1 соответственно напряжение и ток на входе цепи (см. рисунок 2).

В случае холостого хода (Rн =, kн = 0) и короткого замыкания

(Rн = 0, kн = ) входные сопротивления соответственно равны

.

Коэффициент передачи цепи

К = ,

где U0 и Uн напряжение соответственно на входе и выходе (нагрузке) цепи (см. рисунок 2).

В случае холостого хода (Rн =, kн = 0) и короткого замыкания (Rн = 0, kн = ) коэффициент передачи соответственно равен:

Kxx =. S7, Kкз =. S6.

Аналогично могут быть получены формулы входных сопротивлений и коэффициента передачи и для других последовательностей (Rн).

Таким образом, применение мультирекуррентных (лестничных) чисел позволяет значительно упростить анализ лестничных однородных электрических цепей, а также упростить моделирование многих физических процессов в системах с сосредоточенными и распределенными однородными, параметрами в природе, науке и технике [2, 6].

Список литературы:

1. Семенюта, Н. Ф. Золотая пропорция в природе и искусстве / Н. Ф. Семенюта, В. Л. Михаленко. – Гомель : БелГУТ, 2002. – 82 с.

2. Семенюта, Н. Ф. Анализ линейных электрических цепей методом лестничных чисел / Н. Ф. Семенюта. – Гомель : БелГУТ, 2010. – 109 с.

3. Семенюта, Н. Ф. Фундаментальные основы красоты – гармонические пропорции / Н. Ф. Семенюта. – Гомель : БелГУТ, 2010. – 178 с.

4. Семенюта, Н. Ф. Гармонические пропорции в науке и технике / Н. Ф. Семенюта. – Гомель : БелГУТ, 2012. 171 с.

5. Stakhov, A. The Mathematics of Harmony – From Euclid to comtemporary Mathematics and Computer Science / А. Stakhov. World Scientific : 2009. – 676 c.

6. Семенюта, Н. Ф. О связи рекуррентных числовых последовательностей и гиперболических функций / Н. Ф. Семенюта // Применение АВМ и ЭЦВМ к решению некоторых задач механики деформируемых тел. – Гомель : БелИИЖТ, 1972. – Вып. 114. – С. 39–43.

УДК 58

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАСПОЗНАВАНИЯ ЛИЦ ПО ЦИФРОВОЙ 3D-МОДЕЛИ

М.И. Шаханов

Владимирский Государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Научный руководитель – к.т.н., профессор В.Ф. Жирков

Системы распознавания человека требуют повышения надежности принятия решения, особенно в системах реального времени. Большинство из существующих подходов основываются на применении обычных 2D-изображений человека. Ограничения, накладываемые на подобные системы, могут быть сняты за счет использования 3D-моделей распознаваемых лиц. Благодаря усовершенствованию аппаратной базы и использованию комбинированных методов распознавания по 2D и 3D-изображению возможно достичь нового уровня надежности в подобных системах.

Интерес к 3D системам распознавания лиц вызван тем, что использование 3D-представления объекта потенциально имеет большую точность, чем использование его двухмерного снимка. Для 3D-моделей объектов справедливы следующие утверждения:

• обработка в пространстве 3D позволяет преодолеть такие ограничения 2D-моделей, как различные углы обзора и неоднородность освещения;
• устойчивость распознавания к отклонению ракурса лица от фронтального;
• высокая точность расстановки антропометрических точек на лице с получением абсолютных, а не только относительных размеров;
• устойчивость модели даёт возможность выявить форму и другие отличительные признаки объекта за счёт неизменности поверхности лица;
• глубина и особенности кривизны поверхности лица имеют ряд преимуществ над использованием яркостных характеристик в 2D-изображениях, так, например, становится значительно проще описать формы таких областей, как щёки, лоб, подбородок[1].

Основные проблемы, существующие в системах 3D-распознавания:

• ограничения, существующие в технологии обработки объектов 3D-сенсорами;
• ограниченность алгоритмов распознавания;
• сложность в организации и проведении экспериментов[2].

Предлагаемый комбинированный метод распознавания позволяет использовать преимущества 3D и 2D моделей.

Комбинированный метод распознавания по 2D и 3D-модели. Различия в распознаваемом образе лица и эталоне могут быть вызваны двумя типами причин – внутренними (зависящими от самого человека) и внешними (не зависящими от него). К первой категории относятся выражения эмоций на лице, пол, изменения, связанные с возрастом. Ко второй группе относятся положение головы, освещение, точка обозрения. Основными проблемам моделей являются:

• освещение. Изменение условий освещения, например, в помещении или на улице, при которых идет съемка изображения лица, может повлиять на точность распознавания. Различия в освещении могут быть вызваны как различными типами источника так и физическими параметрами камеры или другого устройства съемки. Решение данной проблемы заключается в использовании информации, представленной в 3D-поверхности лица. Таким образом, имея такую 3D-модель, проблема сводится к простому сравнению геометрии формы лица распознаваемого человека и модели, хранящейся в базе, причем данные модели окажутся инвариантны к освещению.
• положение головы. Разнообразие в позиции может быть вызвано разными углами обзора камеры, что становится причиной отклонения положения лица на 3D и 2D изображениях. Так как лицо является трехмерным объектом, двухмерное распознавание при различных отклонениях лица от фронтального становится затруднительным. При наличии же информации о лице в трехмерной модели проблема может быть решена путем геометрических преобразований и последующим распознаванием с применением 2D либо 3D подходов.
• выражения лица. Разработка надежных систем распознавания лиц сталкивается с проблемой нечувствительности применяемых алгоритмов к изменчивости выражений лица человека.
• эффект старения. Старение является неотъемлемой проблемой распознавания, потому что лицо это идентификатор, который меняется с годами и эффект старения не может быть проконтролирован и игнорироваться. Так как причин старения и изменения лица может быть бесконечное множество, общего решения данной проблемы не существует[3].

Несмотря на все вышеперечисленные преимущества, 3D-распознавание лиц имеет и ряд недостатков:

• получение 3D-модели лица с использованием специального сканера или стереосистемы – процесс, требующий временных и материальных затрат;
• извлечение отличительных признаков (глаза, нос, рот) по 3D-модели очень трудоемкая задача;
• сравнение формы распознаваемого образа и эталонного вычислительно сложная задача, требующая больших временных затрат;
• потеря информации о текстуре лица после получения 3D-модели.

Основываясь на предыдущих выводах, комбинированная система распознавания (3D + 2D) представляет наибольший интерес и позволит повысить надежность распознавания[3]. Например, проблемы, связанные в различиях в положении и освещении, могут быть преодолены с помощью 3D-данных (форма), полученных из модели, в то время, как отличительные особенности лица могут быть выделены с помощью 2D-данных (текстура). Как правило, текстура дает информации о наиболее отличительных особенностях изображения. При использовании комбинированной схемы 2D и 3D-распознавание может быть использовано на различных уровнях, например, уровень выделения признаков, уровень принятия решения. Причем общая производительность системы будет повышаться за счет разделения ответственности каждой из используемых моделей.

Рисунок 1 – Комбинированная схема распознавания лиц.

В первом случае используется как 2D–модель (текстура), так и 3D–модель (форма), то есть каждой точке на двумерном изображении соответствует точка на трехмерном изображении. Данный подход основан на использовании нагруженного графа отношений (НГО).

Во втором случае какая-либо из моделей может либо использоваться изолированно в виду того, что система 3D-сканирования может запаздывать во времени по отношению к системе получения простого 2D-изображения и точка, полученная в 2D-изображении, не будет соответствовать точке в 3D-модели, либо не использоваться вовсе. В таком случае принятие решения по распознаванию будет осуществляться по результатам работы одной из систем.

Экспериментальная база. Для проведения экспериментов была выбрана свободно распространяемая база CASIA-3D FaceV1, которая состоит из изображений 123 различных людей, каждое изображение представлено как 2D-изображением (bmp-фотография) и 3D-моделью (wrl-представление). Кроме того, каждый человек в коллекции снят при разном освещении, положении относительно камеры и с разными выражениями лица. Такое достаточно полное представление различных изображений в базе позволяет проводить эксперименты, учитывающие многие условия работы, которые могут присутствовать в реальных системах распознавания.

Использование комбинированного подхода к распознаванию по 2D и 3D-моделям позволяет снять ряд ограничений, накладываемых на каждую из моделей в отдельности. Предлагаемый подход также предусматривает как синхронную, так и асинхронную работу подсистем распознавания, что в свою очередь повышает надежность всей системы в целом. Использования данного подхода позволяет применять различные алгоритмы распознавания для 2D и 3D-моделей, что способствует повышению гибкости системы распознавания за счет применения подходящего алгоритма в каждом конкретном случае.

Список литературы:

1. Cyganek,B. An Introduction to 3D Computer Vision Techniques and Algorithms / Bogusaw Cyganek and J. Paul Siebert. - John Wiley & Sons, 2009. – 483 p.

2. Haar, F. B. A 3D Face Matching Framework / F. B. ter Haar, R. C. Veltkamp. - Technical Report UU-CS-2007-047, Utrecht University, 2007. - Mode of access: http://www.cs.uu.nl/research/techreps/repo/CS-2007/2007-047.pdf

3. Mahoor, M. H. A Multi-modal approach face modeling and recognition: a dissertation / Mohammad Hossein Mahoor; University of Miami. - Coral Gables, Florida, December 2007. -170 p.

УДК 519.865.5

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ

В естественных науках

И.Г.Глазунов

Воронежский Государственный Педагогический Университет

Научный руководитель – к.т.н., доцент А.И.Кустов

М.А. Иванов

Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

Научный руководитель – к.ф.-м.н., доцент А.И.Мигель

На современном этапе развития образования одной из актуальных проблем является проблема глобализации знаний. Сокращение времени на освоение уже сформулированных закономерностей и повышение требований к уровню их понимания приводят к необходимости трансформации процесса образования [1]. В настоящее время достижение высокого качества подготовки специалистов обеспечивается применением компетентностного подхода. Внутри него ведущую роль играют профессиональные компетенции. Их оптимальное формирование достигается путём построения учебно-методического комплекса (УМК) дисциплины, логичного сочетания его элементов. К основным элементам относятся – рабочая программа, конспекты лекций, практикумы, лабораторные работы, курсовые проекты или рефераты, блоки тестов или контрольных вопросов, цифровые образовательные ресурсы (ЦОР), стандартные компьютерные Приложения (MS Excel и др.) [2,3].

Инновационность при организации учебного процесса в логике компетентностного подхода предполагает, в первую очередь, изменение формулировки целей обучения – представление их и ожидаемых результатов обучения в виде совокупности компетентностей будущего специалиста, отражающих разные уровни профессиональных задач. Умение решать эти профессиональные задачи свидетельствует о сформированности профессиональной компетентности специалиста на разных ее уровнях.

В коллективной монографии «Компетентностный подход в педагогическом образовании» [4] профессиональная компетентность специалиста трактуется как «как интегральная характеристика, определяющая способность специалиста решать профессиональные проблемы и типичные профессиональные задачи, возникающие в реальных ситуациях профессиональной деятельности, с использованием знаний, профессионального и жизненного опыта, ценностей и наклонностей». Профессиональная компетентность рассматривается как совокупность ключевых, базовых и специальных компетентностей. При этом ключевую роль, на наш взгляд, играет информационно-технологическая компетентность. Её развитие эффективно при трансформации УМК по дисциплинам, особенно фундаментальным.

Рассмотрим в качестве примера такой трансформации изменение формата практических занятий по физике, с применением современных ЦОР.

Последовательность изучения полёта тела в гравитационном поле Земли в новом инновационном УМК выглядит следующим образом: предполагается освоение теоретического материала (рис.1), ответы на тестовые задания (рис.2) и решение задач, освоение физических моделей (рис.3). Следующий этап предполагает выполнение традиционных инструментальных экспериментов на установке, имеющей параметры, совпадающие с компьютерными (рис.4). Заключительный этап работы посвящён расчёту экстремальных значений искомого параметра с применением стандартных приложений Excel (рис.5).

Рис.1. Пример изучения теории с помощью ЦОР.

Рис.2. Вопросы и тесты по теме.

Рис.3. Модель с меняющимися параметрами.

При изучении полёта тела, брошенного под углом к горизонту, компьютерный эксперимент заключался в опережающем определении максимальной дальности в зависимости от угла бросания (). Построенный по экспериментальным данным график приведен на рис.5. Задавая выявленное с помощью тренда аналитическое выражение и применив оптимизатор находим, что максимальное значение дальности достигается при = /4 (см. рис.5).

Рис. 4. Инструментальная лабораторная установка

Рис.5. Расчёт () с помощью функции “Поиск решения”

для изучения полёта тела, брошенного

под углом к горизонту.

Проведенные эксперименты по разработке и применению инновационных и информационных технологий в при обучении физике продемонстрировал существенный рост уровня усвоения материала, а процент успешно освоивших изучаемые темы на 12-23% выше, чем в группах, занимающихся по традиционным технологиям обучения.

Список литературы:

1. Кустов А.И., Мигель И.А., Сергуткин Д.В. Разработка и использование инновационных образовательных технологий для повышения качества преподавания фундаментальных и технических дисциплин [Текст] / А.И.Кустов //Новые образовательные технологии. – 2008. –№2. – С.62–66.

2. Кустов А.И., Тарлавский В.И., Мигель И.А. Компьютерные учебные пособия по дисциплине “Физика” как элемент концепции формирования УМК [Текст] / А.И.Кустов// Новые технологии в образовании. – 2007.– №2 (20) – С.33–35.

3. Кустов А.И., Тарлавский В.И., Мигель И.А. Повышение эффективности проведения занятий по физике с использованием информационных технологий [Текст] / А.И.Кустов// Образовательные технологии. – 2007. – №2 (24) – С.19–23.

4. Компетентностный подход в педагогическом образовании: Коллективная монография [Текст] / Под ред. В.А.Козырева и Н.Ф.Радионовой. – СПб.: Изд-во РГПУ им.А.И.Герцена, 2004. – 187с.

РЕШЕНИЕ СЕМИНАРА

Решение Первого Международного научно-практического семинара «Междисциплинарные исследования в науке и образовании» Киев, Научный центр связи и информатизации ВИТИ НТУУ „КПИ”, научно-исследовательская лаборатория Междисциплинарных исследований, от 27 января в 2012 г.

В научно-исследовательской лаборатории Междисциплинарных исследований Научного центра связи и информатизации ВИТИ НТУУ „КПИ”, 27 января 2012 года состоялся Первый Международный научно-практический семинар «Междисциплинарные исследования в науке и образовании».

Соучредители семинара:

Российская Академия Естествознания,

Национальный университет обороны Украины.

Информационная поддержка – „Образовательный портал”.

На семинаре был рассмотрен междисциплинарный круг проблем, которые охватывают такие сферы:

методология формирования междисциплинарной научно-поисковой компетентности студентов, бакалавров, специалистов и магистров;

методология формирования междисциплинарной педагогической компетентности студентов, бакалавров, специалистов и магистров;

методология формирования междисциплинарной научно-педагогической компетентности научных и научно педагогических кадров высшей квалификации (соискателей, аспирантов, адъюнктов и докторантов);

диагностирование сформированности междисциплинарной научно-педагогической компетентности научно педагогических работников;

диагностирование сформированности междисциплинарной научно-педагогической компетентности научных работников;

барьеры на пути соискателей, аспирантов, адъюнктов и докторантов в большую науку;

особенности и опыт организации международных научных мероприятий в высших военных учебных заведениях;

числа Фибоначчи в математике, вычислительной технике;

разработка и использование инновационных информационных методов учебы в естественных науках.

В рамках семинара состоялись следующие мероприятия:

1) Пленарное заседание (27 января в 2012 г.). "Проблемы отечественной высшей школы" (27 января в 2012  г.)

2) Секционное заседание „Технические науки” на кафедре №11 (27 января 2012 г.).

3) Секционное заседание „Технические науки” на кафедре №15 (27 января 2012 г.).

4) Секционные заседания в дистанционном режиме (27 января в 2012 г.).

Общее число участников семинара – 66 (очных и заочных).

Число очных участников:

слушателей – 20,

докладчиков – 20.

Общее число докладов, принятых программным комитетом для публикации в электронном (печатном) вариантах сборнику, – 53.

Число российских участников – 22.

Число иностранных участников и участников из ближнего зарубежья – 1.

Число иностранных участников и участников из дальнего зарубежья – 1.

Число участников научного состава – 4.

Число участников научно-педагогического состава – 40.

Число участников адъюнктов – 2.

Число участников магистров 17, в том числе – 3 из Российской Федерации.

Число участников инженерно-технического состава – 2.

Число участников из числа слушателей Национальный университет обороны Украины – 1.

Число участников по таким категориям:

Академиков – 2.

Докторов наук – 7.

Кандидатов наук – 24.

Профессоров – 9.

Доцентов – 13.

Почетные профессора – 1.

Пленарное заседание семинара (председатель – И.М. Козубцов) посвященный проблемам междисциплинарных исследований в науке и образовании. Обсуждались актуальные проблемы высшей школы, возникшие в результате реформы.

Затрагивались следующие вопросы:

формирование междисциплинарной компетентности при подготовке ученых;

негативные тенденции в системе образования в результате реформ, – необходимость поиска форм консолидации профессионального содружества-образования с целью интеграции усилий для совместимого решения проблем в образовании, реализации учебной деятельности в лучших традициях отечественной высшей школы, с учетом международных образовательных стандартов. В частности, участники поддержали концепцию создания новой образовательной подготовки научных и научно-педагогических кадров на междисциплинарном образовании.

Секционные доклады были представлены в следующих секциях:

Секция 1. Технические науки „Телекоммуникации” (руководитель секции – доцент, к.т.н. В.С. Явися). В рамках секционного заседания состоялось дополнительное заслушивание магистров за темой магистерских работ.

Секция 2. Технические таки „Радиосвязь” (руководитель секции – с.н.с., к.т.н. В.М. Раевский). Обсуждались проблемные вопросы существующего состояния развития радиосвязи.

Секция 3. Технические науки „Радиосвязь” (руководитель секции –с.н.с., к.т.н. А.О. Зинченко). Обсуждались вопросы „Интегрированная система связи и радиолокации”.

Секция 4. Технические науки „Радиосвязь” (руководитель секции – доцент, к.т.н. С.Ю. Мазор, ИСЗЗИ НТУУ “КПИ”). В рамках секционного заседания состоялось дополнительное заслушивание магистров за темой магистерских работ.

Секция 5. Технические науки „Автоматика” (руководитель секции – профессор, д.т.н. Л.Ф Мараховски, Государственный экономико-технологический университет транспорта). Вопросы построения надежных устройств на элементах автоматной памяти

Секция 6. Технические науки „Микропроцессоры” (руководитель секции – академик Академии инженерных наук Украины, профессор, д.т.н., А.П. Стахов, International Club of the Golden Section Canada). Микропроцессоры Фибоначчи – как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем.

Секция 7. Педагогические науки „Методика учебы в высшей школе” (руководитель секции – доцент, к.ф-м.н. В.Н. Фёклин, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж). Электронное учебное пособие в обучении специалистов.

Секция 8. Психологические науки „Психология” (руководитель секции – доцент, к.псих.н., Г.Н. Кригер, Беловский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» г. Белово). Исследование особенностей межличностных отношений.

Секция 9. Экономические науки „Экономика научного труда” (руководитель секции – профессор, д.г.у.н., Л.В. Беззубко Донбассовская национальная академия строительства и архитектуры).

Секция 10. Экономические науки „Экономика” (руководитель секции – доцент, к.е.н., А.А. Акимов, ФГБОУ «Пензенский государственный университет»). Концептуальные подходы в экономике.

Секция 11. Экономические науки „Экономические инновации” (руководитель секции – доцент, к.е.н., А.А. Шевчук, НТУУ «КПИ»). Инновационный потенциал как способность человеческого капитала к трансформации знаний.

Секция 12. Химические науки «Экологические аспекты» (руководитель секции – к.хим.н. Ж.Ю. Кочетова, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж). Контроль проливов авиационного топлива.

Секция 13. Физико-математические науки „Инновационные информационные методы обучения” (руководитель секции – доцент, к.ф-м.н. А.И. Мигель, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж). Разработка и применение инновационных информационных методов обучения в естественных науках.

Секция 14. Физико-математические науки „Математика гармонии” (руководитель секции – академик Международной академии связи, профессор к.т.н., Н.Ф. Семенюта, Белорусский государственный университет транспорта (г. Гомель). Элементы в теории линейных электрических цепей.

Секция 15. Физико-математические науки „Повышения эффективности криптографических преобразований”(руководитель секции – профессор д.т.н., М.И. Самойленко, кафедра прикладной математики и информационных технологий Харьковского Национальной Академии городского хозяйства). О возможностях использования арифметики Фибоначчи для повышения эффективности криптографических преобразований.

Труды семинара к началу проведения семинара были выданы в электронном сборнике:

Междисциплинарные исследования в науке и образовании [Текст] / Сборник трудов I Международного научно-практического семинара (27 января в 2012 г.): под редакцией проф. РАЕ, И.М. Козубцова. [Электронный ресурс]. Междисциплинарные исследования в науке и образовании. – 2012. – № 1. – Режим доступа URL: http://www.es.rae.ru/mino/153 (дата обращения: 27.01.2012).

На всех секционных заседаниях обсуждены следующие доклады:

методология формирования междисциплинарной научно-педагогической компетентности научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации (соискателей, аспирантов, адъюнктов и докторантов);

диагностирование сформированности междисциплинарной научно-педагогической компетентности научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации (соискателей, аспирантов, адъюнктов и докторантов);

диагностирование сформированности междисциплинарной научно-педагогической компетентности научных работников;

барьеры на пути добытчиков, аспирантов, адъюнктов и докторантов в большую науку;

особенности и опыт организации международных научных мероприятий в высших военных учебных заведениях.

обсуждение Решения семинара.

Решение:

1. Необходимость поиска форм консолидации профессионального содружества-образования с целью интеграции усилий для совместимого решения проблем в образовании, реализации учебной деятельности в лучших традициях отечественной высшей школы, с учетом международных образовательных стандартов.

2. С целью консолидации усилий профессионального общества в решении междисциплинарных проблем в науке и образовании необходимо проводить очные, заочные дистанционные международные семинары, конференции, конгрессы, симпозиумы и тому подобное.

3. Считать важной задачей на основе проектирования объемов знаний по направлениям и профилям подготовки организовать гармонизированного подготовку специалистов.

4. Считать важной задачей есть формирование междисциплинарной компетентности при подготовке научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации.

4. Необходимость преодолевать негативные тенденции в системе образования в результате реформ.

5. Необходима новая концепция образовательной подготовки научных и научно-педагогических кадров на междисциплинарной основе.

6. Провести Первый Международный научно-практический симпозиум «Междисциплинарные исследования в науке и образовании» в рамках посвященного ко дню Радио 7 мая 2012 г. НЦЗИ ВИТИ НТУУ „КПИ”, г. Киев.

Председатель оргкомитета

ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории Междисциплинарных исследований НЦЗИ ВИТИ НТУУ „КПИ”

к.т.н., профессор РАЕ 27 января в 2012 г.

И.Н. Козубцов

Информационные партнеры

Спасибо, всем кто принял активное участие в информировании!

Об электронном научно-техническом журнале "Междисциплинарные исследования в науке и образовании"

Электронный научно-технический  журнал "МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ", публикующий статьи по проблемам междисциплинарным исследованиям в различных предметных областях, заявления о новых теоретических и практических результата диссертационных исследований, которые позволят формировать у научных и научно-педагогических работников междисциплинарной научно-педагогической компетентности.

Электронный научный журнал "МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ" создан на издательской платформе RAE Editorial System Российской Академии Естествознания (РАЕ), которая первой после развала СССР приступила к формированию единого научно-информационного пространства без границ.

Журнал зарегистрирован на Универсальной издательской платформе Российской Академии Естествознания RAE Editorial System.

Адрес электронной почты: [email protected]

Сайт журнала в Интернете: http://www.es.rae.ru/mino/

Редакция журнала приглашает к сотрудничеству учёных и разработчиков новых направлений, студентов, бакалавров, магистров, аспирантов, докторантов и всех, кому небезразлично формирование научной точки зрения междисциплинарной научно-педагогической компетентности ученых.

Заинтересованным представленной в журнале информацией, следует обращаться к главному редактору журнала Козубцову Игорю Николаевичу ([email protected]). По этому же адресу обращаются желающие задать вопросы авторскому коллективу и принять участие в обсуждении публикуемых материалов. 

Доступ к журналу бесплатный.

При цитировании ссылка на журнал http://www.es.rae.ru/mino  обязательна. Перепечатка материалов журнала только по официальному согласованию с редакцией.

Условное обозначение!

sm – семинар;

k – конференция;

sp – симпозиум;

kg – конгресс;

r - рекламное издание.

Учредитель

Междисциплинарная Академия Наук (МАН), Научно-исследовательская лаборатория "Междисциплинарных исследований"

Главный редактор

Козубцов Игорь Николаевич, кандидат технических наук, профессор Российской Академии Естествознания, заслуженный работник науки и образовании Российской Академии Естествознания

Заместители главного редактора

Масесов Николай Александрович, кандидат технических наук.

Члены редакционной коллегии

Беззубко Лариса Владимировна, доктор наук по государственному управлению, профессор, Донбасская Национальная академия строительства и архитектуры;

Стеценко Ирина Александровна, доктор педагогических наук, доцент, Декан факультета информатики и управления ФГБОУ ВПО «ТГПИ имени А.П. Чехова»;

Москальова Людмила Юріївна, доктор педагогічних наук, доцент, Завідувач кафедри соціальної педагогіки та дошкільної освіти Мелітопольського державного педагогічного університету ім. Богдана Хмельницького;

Гиенко Любовь Николаевна, кандидат педагогических наук, доцент, доцент, кафедры социальной педагогики и педагогических технологий, ФГБОУ ВПО «Алтайская государственная педагогическая академия» институт психологии и педагогики;

Кочетова Жанна Юрьевна, кандидат химических наук, старший преподаватель, Военный авиационный инженерный университет (Российская Федерация г. Воронеж);

Чупров Леонид Федорович, Кандидат психологических наук, профессор РАЕ, главный редактор Электронного научного журнала «Вестник по педагогике и психологии Южной Сибири», Россия, Хакасия, город Черногорск;

Васильев Константин Александрович, к.т.н., старший преподаватель кафедры №33 ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Полтава;

Кайдаш Иван Никифорович, к.т.н., с.н.с., ведущий научный сотрудник НИО №13 НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Киев;

Куцаев Виктор Владимирович, старший научный сотрудник НИЛ №43 НЦЗИ ВИТИ НТУУ «КПИ», Украина, г. Киев.