Грант РНФ No. 23-21-00465 (2023–2024 гг.)
Методы, модели и алгоритмы интеллектуального анализа временных рядов на основе интеграции параллельных вычислений и нейросетевых технологий
 
Аннотация
 
Участники
 
Публикации
 
Апробация
 
Отчеты
 
Диссертации

► Участники проекта

Руководитель проекта: Цымблер Михаил Леонидович (mzym@susu.ru)

Основные исполнители проекта:

► Аннотация проекта

Целью проекта являются разработка и исследование новых моделей, методов и алгоритмов, обеспечивающих эффективный интеллектуальный анализ данных временных рядов в режиме реального времени на основе совместного применения нейросетевых и параллельных вычислительных технологий. Актуальность решения указанной научной проблемы обусловлена необходимостью теоретических методов и практических разработок, обеспечивающих эффективный интеллектуальный анализ данных временных рядов, которые в настоящее время возникают в широком спектре предметных областей: предиктивное техобслуживание оборудования в приложениях цифровой индустрии, интеллектуальное управление зданиями в приложениях Интернета вещей, мониторинг состояния человека и упреждающая диагностика заболеваний в приложениях персональной медицины и др. В настоящее время технологии нейронных сетей оказывают огромное влияние на сферу информационных технологий и применяются для решения широкого спектра задач, в т.ч. в приложениях, связанных с анализом и прогнозом временных рядов в режиме реального времени. Нейросети потенциально способны обеспечить высокое качество анализа и прогноза временных рядов и приемлемую для реального времени скорость работы. Однако для обучения нейросетей необходим большой объем предварительно очищенных и размеченных данных. В то же время очистка и разметка данных, выполняемые в ручном режиме экспертом в данной предметной области, порождает существенные накладные расходы. Научная новизна предлагаемого исследования заключается в следующем. Решение задач анализа и прогнозирования временных рядов в режиме реального времени выполняется с помощью нейросетевых моделей, для которых разрабатываются параллельные алгоритмы интеллектуального анализа временных рядов для современных многоядерных процессоров и графических ускорителей. Указанные алгоритмы применимы к временным рядам из любой предметной области без необходимости использования знаний и/или обучающих данных из этой области. Данные параллельные алгоритмы для массово распространенных в настоящее время указанных платформ позволят выполнять разметку данных обучающей выборки для нейросети в автоматизированном режиме и существенно сократить затраты на разметку данных (по сравнению с разметкой, выполняемую экспертом вручную). Кроме того, указанные выше нейросетевые модели и параллельные алгоритмы интегрируются в СУБД с открытым кодом. В настоящее время СУБД являются стандартным средством реализации хранилищ данных, которые обеспечивают безопасность, целостность данных, язык запросов и манипулирования данными и др. Однако СУБД штатно не обеспечивают интеллектуальный анализ хранимых данных. Внедрение указанных механизмов в СУБД позволит инкапсулировать стадии сбора и анализа данных в рамках одной среды и избежать существенных накладных расходов по экспорту данных во внешнюю аналитическую систему и импорту результатов анализа в хранилище данных.

► Публикации по проекту

Основные результаты, полученные в ходе выполнения данного проекта, опубликованы в следующих работах:

2024 г.
  1. Zymbler M., Goglachev A. PaSTiLa: Scalable Parallel Algorithm for Unsupervised Labeling of Long Time Series // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2024. Vol. 45, No. 3. P. 1333–1347. PDF DOI: 10.1134/S1995080224600766 (принято к публикации)

2023 г.
  1. Zymbler M., Kraeva Y. High-Performance Time Series Anomaly Discovery on Graphics Processors // Mathematics. 2023. Vol. 11, No. 14. Article 3193. PDF DOI: 10.3390/math11143193 WOS:001039018700001 Scopus
  2. Kraeva Y., Zymbler M. A Parallel Discord Discovery Algorithm for a Graphics Processor // Pattern Recognition and Image Analysis. 2023. Vol. 33, no. 2. P. 101–112. PDF DOI: 10.1134/S1054661823020062 WOS:001022883000004 Scopus
  3. Краева Я.А. Обнаружение аномалий временного ряда на основе технологий интеллектуального анализа данных и нейронных сетей // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2023. Т. 12, № 3. С. 50–71. PDF DOI: 10.14529/cmse230304
  4. Цымблер М.Л., Юртин А.А. Восстановление пропущенных значений временного ряда на основе совместного применения аналитических алгоритмов и нейронных сетей // Вычислительные методы и программирование. 2023. Т. 24, № 3. С. 243–259. PDF DOI: 10.26089/NumMet.v24r318 РИНЦ
  5. Краева Я.А. Поиск аномалий в сенсорных данных цифровой индустрии с помощью параллельных вычислений // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2023. Т. 12, № 2. С. 47–61. PDF DOI: 10.14529/cmse230202 РИНЦ
  6. Краева Я.А., Цымблер М.Л. Поиск аномалий в больших временных рядах на кластере с GPU узлами // Вычислительные методы и программирование. 2023. Т. 24, № 3. С. 291–304. PDF DOI: 10.26089/NumMet.v24r321 РИНЦ
  7. Краева Я.А., Цымблер М.Л. Поиск аномалий в больших временных рядах на кластере с GPU узлами // Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (25–26 сентября 2023 г., Москва). М.: МАКС Пресс, 2023. С. 149–160. PDF DOI: 10.29003/m3478.978-5-317-07070-0

► Апробация проекта

Основные результаты, полученные в ходе выполнения данного проекта, докладывались на следующих научных конференциях, семинарах и совещаниях:

2024 г.
  1. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2024» (2–4 апреля 2024 г., Челябинск). Восстановление пропусков многомерного временного ряда на основе анализа поведенческих шаблонов. А.А. Юртин (секционный доклад) PDF (диплом I степени в конкурсе докладов молодых ученых)
  2. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2024» (2–4 апреля 2024 г., Челябинск). Метод поиска аномалий временного ряда в режиме реального времени. Я.А. Краева (секционный доклад) PDF (диплом II степени в конкурсе докладов молодых ученых)

2023 г.
  1. Всероссийская научная конференция с международным участием ЦИСП'2023: Цифровая индустрия: состояние и перспективы развития (21–23 ноября 2023 г., Челябинск). Интеллектуальный анализ временных рядов в задачах цифровой индустрии. М.Л. Цымблер (пленарный доклад). PDF
  2. DAMDID/RCDL’2023: XXV International Conference on Data Analytics and Management in Data Intensive Domains (24–27 October 2023, Moscow, Russia). Discord discovery in time series.  М.Л. Цымблер (пленарный доклад). PDF
  3. Международная научная конференция «Суперкомпьютерные дни в России» (25–26 сентября 2023 г., Москва). Поиск аномалий в больших временных рядах на кластере с GPU узлами. Я.А. Краева (секционный доклад). PDF (диплом II степени в конкурсе докладов молодых ученых)
  4. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2023» (28–30 марта 2023 г., Санкт-Петербург) А.А. Юртин (секционный доклад). Параллельное вычисление функции потерь на графическом процессоре для нейросетевых моделей восстановления временных рядов PDF (диплом II степени в конкурсе докладов молодых ученых)
  5. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2023» (28–30 марта 2023 г., Санкт-Петербург) Я.А. Краева (секционный доклад). Автоматизированный поиск аномалий временных рядов на графическом процессоре PDF (диплом II степени в конкурсе докладов молодых ученых)
  6. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2023» (28–30 марта 2023 г., Санкт-Петербург), А.И. Гоглачев (секционный доклад). Автоматизированная разметка больших временных рядов на кластере с GPU узлами PDF (диплом III степени в конкурсе докладов молодых ученых)
  7. Всероссийская научная конференция с международным участием «Параллельные вычислительные технологии 2023» (28–30 марта 2023 г., Санкт-Петербург), А.Н. Полуянов (секционный доклад). Восстановление пропущенных значений в потоковом временном ряде с применением центрального и графического процессоров PDF

► Научные отчеты по проекту

Будет добавлено позднее.
 
Изменено: 10.04.2024

Copyright © М.Л. Цымблер