Private:NFNI-2009

Предложение за проект по Тематичния конкурс на Националния фонд за научни изследвания, "Насърчаване на научните изследвания в приоритетни области" http://nsfb.net/?id=1228

Обща информация

Заглавие

Българско: .....................................................

Английско: .....................................................

Приоритетна област

4. Информационни и комуникационни технологии

Научен ръководител

Красимир Атанасов

Анотация

Анотация (до 1800 знака) изследователски цели, използувани методи, очаквани резултати

Ключови думи

• Обобщени мрежи, Моделиране, Симулация, Оптимизация, Софтуерна разработка
• Генетични алгоритми, ГРИД-среди, Експертни системи, Машинно обучение, Мравчени колонии, Невронни мрежи, Разпознаване на образи, Разпознаване на говор

Научен колектив

Списък на партньорски организации / имена

1. Централна лаборатория по биомедицинско инженерство, БАН
   1. ст.н.с. I ст. дмн дтн Красимир Атанасов
   2. ст.н.с. I ст. дтн Стефан Хаджитодоров
   3. ст.н.с. II ст. д-р Олимпия Роева
   4. ст.н.с. II ст. д-р Таня Пенчева
   5. доц. д-р Евдокия Сотирова
   6. доц. д-р Даниела Орозова
   7. н.с. I ст. д-р Людмила Тодорова
   8. н.с. I ст. д-р Христо Аладжов
   9. д-р Боян Колев
   10. Димитър Димитров
   11. Ивелина Вардева
   12. Вася Атанасова
2. Институт по информационни технологии, БАН
   1. ст.н.с. II ст. д-р Георги Глухчев
   2. ст.н.с. II ст. д-р Мариана Василева
3. Институт по паралелна обработка на информацията, БАН
   1. ст.н.с. II ст. д-р Стефка Фиданова
   2. ст.н.с. II ст. д-р Тодор Гюров
   3. ст.н.с. II ст. д-р Пенчо Маринов
4. Математически институт, БАН
   1. ст.н.с. II ст. д-р Стоян Порязов
   2. ст.н.с. I ст. Емилия Саранова
5. Факултет по математика и информатика, Софийски университет
   1. доц. д-р Магдалина Тодорова
   2. доц. д-р Боян Бончев
   3. ас. Трифон Трифонов
   4. ас. Калин Георгиев
6. SoftConsultGroup Ltd
   1. Ивайло Иванов
   2. ?
7. Дрезденски университет
   1. д-р Евелина Койчева
   2. ?
8. Институт за системни изследвания, Полска академия на науките
   1. проф. Janusz Kacprzyk
   2. доц. Eulalia Szmidth
   3. доц. Maciej Krawczak

За всяка от партньорските организация трябва да се напише текст (макс. 1800 знака) с конкретни действия от страна на кандидатстващата организация за подпомагане изпълнението на проект

Описание на проекта и научната програма

Състояние на научните изследвания по темата на проекта

Състояние на научните изследвания по темата на проекта в България и чужбина и актуалност на научната проблематика (до 2 страници)

Областта на математическото моделиране със средствата на обобщените мрежи (ОМ) датира от 1982 година, когато те са дефинирани в България от Красимир Атанасов като разширение на мрежите на Петри и останалите, съществуващи към момента други техни разширения. ОМ са инструмент за моделиране и оптимизация на паралелни и конкурентни процеси в сложни системи, и решаване на задачи, за които други средства като блок-схеми, мрежи на Петри, системи диференциални уравнения и други, се оказват неприложими или неефективни.

Почти от самото начало, наред с теоретичните изследвания и изграждането на математическия апарат на ОМ, се конструират приложни ОМ-модели на процеси от различни научни и индустриални области като медицина, химически предприятия, в т.ч. Нефтохимически комбинат - Бургас, складови стопанства и други. Например, от 1983 г. насам са създадени над 800 ОМ-модела на процеси на поставяне на медицински диагнози. От 1987 г. датират и първите опити за програмна реализация на симулатор за обобщени мрежи, основан на техния математическия апарат.

През 1991 година първата монография върху теорията на обобщените мрежи е публикувана от едно от най-влиятелните издателства за научна литература, World Scientific. Две години по-късно като нейно продължение е издаден сборник със статии от 32 автори върху приложенията на обобщените мрежи в изкуствения интелект, наукометрията, икономиката, индустрията, транспорта, медицината и компютърните науки. Един раздел от книгата е посветен на приложения на ОМ при решаване на задачата за търговския пътник, при моделиране на експертни системи и разширяване на това понятие с допълнители компоненти, разпределени бази данни, бази от знания, невронни мрежи и търсене на път в лабиринт.

Съгласно обзорно-библиографската статия [], към средата на 2007 г., резултати от областта на ОМ са публикувани в над 640 статии и са докладвани пред множество конференции в България и чужбина.

Към 2009 година, популярността на ОМ в световен мащаб е нараснала многократно. Работят повече от 10 изследователски групи от Австралия, Великобритания, Полша, Португалия, САЩ, Южна Корея и други страни, публикувани са над 20 монографии (от които 16 в България, 3 в Австралия, 2 в Полша, защитени са над 25 дисертации за придобиване на образователната и научна степен "Доктор" (Dr of Philosophy, понеже 3 от дисертациите са защитени в Австралия) и две дисертации за придобиване на научната степен "Доктор на техническите науки", една от които е на полски специалист. ОМ са включени в тематиките на множество конференции, от които в България и Полша, съответно от 2000 и 2001 година такива се провеждат ежегодно, на остров Мадейра през 2003 г., във Великобритания през 2006 г. и други. Следователно има основания да се смята, че по наукометричните си показатели областта на ОМ се радва на популярност и актуалност.

Другото много сериозно основание за актуалността на проблематиката е назрялата необходимост множеството конструирани през годините приложни ОМ-модели да получат своята програмна реализация и практическата демонстрация на предимствата на този инструментариум, изведени на теоретично ниво с математически средства.

След първите опити от 1987-88 г. за разработване на симулатор на Turbo Prolog 2.0, следват още два опита: през 1991-92 г., под Turbo Pascal 7.0 и през 2000 г., под Delphi и специално разработен вътрешен език за описание на моделите. По различни причини (от ненаучно естество), и трите пъти разработката на пакета за ОМ е изоставяна преди да бъде изготвен окончателен прототип, за да започне впоследствие наново, от нов екип разработчици, под нов език за програмиране и съобразно новите елементи, настъпили междувременно в теорията на ОМ. През 2005 година започва разработката на четвъртото поколение софтуерен симулатор за ОМ, програмиран на C++, Java (...) с елементи на XML, JavaScript (...). Освен с избора на тези съвременни, гъвкави, отворени за надграждане и популярни програмни езици, новата платформа наречена GNTicker се отличава и с много по-напредналия стадий, до който е доведена, в сравнение с предшествениците си, както и с имплементирането на повече нови аспекти от теорията на ОМ, и алгоритми с по-високо бързодействие. Положителен аспект е и това, че екипът от разработчици на GNTicker се състои само от млади хора, завършили следването си по информатика с отличие, и предпочели да се завърнат в България, въпреки специализациите си и възможностите за успешна реализация в чужбина. Всички те са включени в колектива на настоящото проектно предложение. Друга положителна страна на настоящата програмна реализация в сравнение с предишните е постигането на съгласие сред разработчиците за авторскоправния статут на симулатора, един въпрос, който добива все по-растящо значение и актуалност в средите на софтуерните разработчици. Стигна се до единодушното решение когато приключи работата по симулатора в края на първия етап на проекта, той да се публикува под отворен код, което да поощри разработката му и от трети страни, включително от чужбина, да спомогне за популяризирането на апарата за обобщени мрежи и за изграждането на по-широка и устойчива общност от потребители и разработчици. Публикуването на софтуера под отворен код е и съществена стъпка по осъществяването на трансфер на знания и постижения от научния колектив по проекта към други научни колективи, бизнеса и обществото като цяло.

Цели на проекта

Цели на проекта (до 1 страница)

Проектът има три основни, ясно разграничими цели:

1. Успешно да се финализират дългогодишните опити за програмна реализация на теорията на обобщените мрежи.
2. На тази основа да се осъществят на практика, под формата на софтуерни продукти, някои от идеите за приложения на ОМ в области от изкуствения интелект, информационните и телекомуникационните технологии, които понастоящем съществуват само във вид на абстрактни модели.
3. Да се разпространят резултатите от работата по време на проекта, както по посока външни за проекта научни организации и предприятия, така и по отношение на други приложни области, в които екипът вече има постигнати теоретични резултати.

Първите две цели се явяват централни, съответно за първия и втория етап от проекта. Третата цел под различни форми ще се изпълнява през цялото време. Ясното разграничение на целите е видно не само от съществуващата между тях причинно-следствена връзка, но и чрез разпределението на дейностите и човешките ресурси.

Първата цел на проекта е да се доведат до успешен край дългогодишните опити за разработка на софтуерна платформа за ОМ-моделиране и симулация.

Първите опити за създаване на такава платформа датират от средата на 1990-те години и понастоящем се работи над четвъртото, и най-перспективно от технологична гледна точка, поколение софтуер за ОМ, който се пише на съвременни популярни и динамично развиващи се програмни езици като C++, Java, XML,... Към момента в известна степен са разработени и сървърната, и клиентската част на платформата и е изготвена спецификация и работен план за оставащите задачи (например създаване на гъвкав потребителски интерфейс, туулбокс за Matlab/Octave за ОМ, детайлна софтуерна документация и др.).

Финализирането на работния план е изключително важна цел, която стои не само пред участниците в проекта, но и в по-общ план пред цялата българска и световна общност на ОМ-моделиране. От изпълнението й зависи не само изпълнението на проекта, но в известен смисъл и бъдещето на тази научна област, която има широкопризнат приложен потенциал, но към момента в по-голяма степен е развита в теоретичен аспект.

Втората цел на проекта е, разполагайки със завършения през първата фаза програмен пакет за ОМ, да се доведат до вид на работещи симулации множеството конструирани и планирани за разработка през втория етап на проекта абстрактни модели. Изпълнението на тази цел е от също толкова критично значение за областта на ОМ, понеже ще даде възможност в голям мащаб да се демонстрират доказаните с математически методи предимства на моделирането с този инструментариум и да се извлекат ползите от тях. Към момента са правени няколко софтуерни симулации на ОМ-модели, сравнително опростени откъм постановка и/или изпълнение, поради ограниченията наложени от недовършената работа по пакета. Дори и при такива условия обаче апаратът на ОМ е давал по-добри резултати от апарати като системи диференциални уравнения, мрежи на Петри, ................

Въпреки че апаратът на ОМ е намерил приложение в много и разнообразни области като медицина и биотехнологии, химическа и петролна индустрия, транспорт и комуникации, физика на частиците и астрономия, икономика и управление, електронно обучение и др., настоящият проект застъпва само приложенията от областта на информатиката, изкуствения интелект и информационните и комуникационни технологии. До практическо тестване и симулация ще се доведат ОМ-модели на невронни мрежи, техники за разпознаване на образи и реч, генетични алгоритми, алгоритми за оптимизация по модела на мравчените колонии, грид-среди, бизнес процеси и модели в телекомуникациите. С този подбор на целевите области, освен че проектът се вписва изцяло в тематиката на конкурса, но и изследванията ще послужат като основа аналогична работа в гореспоменатите странични области на приложение на ОМ.

Третата цел на проекта е разпространението на информация за ОМ, на софтуерната платформа за моделиране и симулация и на приложните резултати от проекта. Предвижда се този целенасочен трансфер на знания и постижения да се проведе в следните четири направления: (1) контакти с предприятия и бизнес организации, които могат да дефинират задачи и проблеми от компетенцията на екипа, решими със средствата на ОМ; (2) контакти и научно-обучителни семинари с български и чуждестранни научни екипи, които се занимават с мрежи на Петри и други по-слаби апарати за математическо моделиране; (3) публикуване на научни статии в списания и конференции, поддръжка на информационен уебсайт и провеждане на годишните международни работни срещи по ОМ, (4) публикуване на разработения софтуер и документацията към него под отворен код и свободен лиценз.

Обособяването на тези четири лъча от дейности по трансфер на знания и постижения като една от трите главни цели на проекта е необходимо, понеже отразява и моментното състояние на областта на ОМ-моделиране. Теоретичните аспекти на областта са детайлно разработени и подкрепени с множество научни статии и монографии. Работено е много и в приложен аспект, въпреки че конструираните модели са все още на ниво описание, но не и програмна реализация. До момента обаче в най-малка степен са полагани усилия получените резултати да се промотират и апаратът на ОМ да се налага като предпочитан инструмент при моделирането, симулацията и оптимизацията на сложни системи с протичащи паралелни и конкурентни процеси. Планираните дейности за изпълнението на тази цел ще допринесат както за максимизиране ефекта от проекта, така и за устойчивото развитие на цялата научна област. Тъй като част от тези дейности не са пряко свързани с резултата от работата по първите две приоритетни цели, те могат да се извършват и паралелно, по време на всеки от двата етапа на проекта.

Описание на изпълнението на проекта

Описание на изпълнението на проекта (до 12 страници)

Очаквани резултати

Очаквани резултати и ефект от изпълнението на проекта, потенциал за трансфер на знания и приложимост на резултатите (до 2 страници)

План за разпространение на резултатите

План за разпространение на резултатите (до 2 страници)

План за устойчивост на дейностите

План за устойчивост на дейностите и след приключване на проекта (до 2 страници)

Управление на проекта

Управление на проекта (до 3 страници)

Работна програма

Първи етап

№	Съдържане на етапа	Брой месеци	Резултати

Втори етап

№	Съдържане на етапа	Брой месеци	Резултати

Финансов план

Първи етап от изпълнението на проекта
Общо за първи етап:
1. Апаратура и специализирано оборудване
2. Материали, химикали и консумативи
3. Информационни продукти (в т.ч. софтуер, абонаменти, достъп; проучване за патентоспособност; заявки за патенти; компютърно време и др.)
4. Командировки в т.ч. и в чужбина
5. Заплащане на външни организации за техническо подпомагане научната работа по проекта; за извършване на анализи, проучвания и поддръжка на апаратурата, използвана в рамките на проекта
6. Възнаграждения на членовете на колектива, работещи по проекта
7. Привличане на утвърдени учени от други страни за краткосрочен престой
8. Други разходи, до 10% от общата стойност на проекта
9. Административни разходи (до 7% от сумата, предоставяна от фонд „Научни изследвания”)
Втори етап от изпълнението на проекта
Общо за втори етап:
Общ бюджет по проекта:

Финансова обосновка на исканите средства

Финансова обосновка на исканите средства по видове разходи за двата етапа на проекта