Application of the theory of petri nets in the development of simulation models of business processes based on the IDEF3 methodology

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this study, we propose a model of an artificial neural network used as a specialized superstructure over a genetic algorithm, which allows influencing the process of finding solutions directly during the synthesis of solutions. Such a combination of methods will allow controlling the trajectory of the population in the solution space, which is especially important when working with big data processing technology, when stopping the solution search process due to the attenuation of the evolutionary procedure or finding the population in a local extremum requires stopping the genetic algorithm, performing additional adjustment of operators and restarting, the use of such an approach is ineffective, especially when working with big data and labor-intensive calculations. This article proposes a model of an artificial neural network that allows recognizing the state of the population of the genetic algorithm and making a decision to change the operating parameters of the genetic algorithm operators. The proposed model allows recognizing the processes of attenuation of the evolutionary procedure when solving the problem of structural and parametric synthesis of large discrete systems and determining measures of influence on the operating parameters of the genetic algorithm. This model recognizes the state of the population with an accuracy of more than 95%, which allows to significantly reduce the time for finding solutions in problems of applying a genetic algorithm to work with big data.

About the authors

David А. Petrosov

Financial University under the Government of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: dapetrosov@fa.ru
ORCID iD: 0000-0002-8214-052X
SPIN-code: 2574-6798

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head, Department of Information Technologies

Russian Federation, Moscow

References

  1. Buevich A.G., Sergeev A.P., Shichkin A.V. et al. Model for forecasting surface methane concentration in the Arctic region based on an artificial neural network with a long chain of short-term memory elements and wavelet transform of the initial data. Arctic: Ecology and Economics. 2023. Vol. 13. No. 3 (51). Pp. 428–436. (In Rus.)
  2. Bukhanov D.G., Polyakov V.M. Intrusion detection system in IP networks using artificial neural networks of adaptive resonance theory with a hierarchical memory structure. Information and Security. 2019. Vol. 22. No. 1. Pp. 44–67. (In Rus.)
  3. Puchkov E.V., Lila V.B. Methodology of training a recurrent artificial neural network with dynamic stack memory. Software Products and Systems. 2014. No. 4. Pp. 132-135. (In Rus.)
  4. Perepelkin V.Yu. Using recurrent neural networks for forecasting time series. Modern Science: Current Problems of Theory and Practice. Series: Natural and Technical Sciences. 2023. No. 7-2. Pp. 80–82. (In Rus.)
  5. Antoshkin V.A., Zatsepin D.K. Methodology for deploying a neural network for time series analysis using the ISAVRS server. Computer Science and Applied Mathematics. 2023. No. 29. Pp. 5–10. (In Rus.)
  6. Efanov V.N., Mufazzalov D.F. Genetic algorithm for stabilization of complex control systems. Information, Measuring and Control Systems. 2024. Vol. 22. No. 2. Pp. 31–43. (In Rus.)
  7. Galaktionova E.S., Korytova T.V., Avadeni Yu.I., Gramatchikova V.E. Management of motor transport enterprises using scheduling theory and genetic algorithms. Azimuth of Scientific Research: Economics and Management. 2021. Vol. 10. No. 2 (35). Pp. 145–148. (In Rus.)
  8. Markov A.D., Fedoseev D.A., Drobysheva V.O. Selecting a genetic algorithm crossover operator for solving an asset management problem. Scientific Electronic Journal “Meridian”. 2020. No. 9 (43). Pp. 48–50. (In Rus.)
  9. Sofronova E.A. Genetic algorithm with non-dominated sorting for solving the problem of traffic flow control. Issues of the Theory of Security and Stability of Systems. 2022. No. 24. Pp. 110–121. (In Rus.)
  10. Petrosov D.A., Petrosova N.V. Artificial neural networks in problems of genetic algorithm control in the process of structural-parametric synthesis of large discrete systems with given behavior. Prospects of Science. 2018. No. 11 (110). Pp. 125–130. (In Rus.)
  11. Petrosov D.A., Ignatenko V.A. Application of Petri information networks for modeling a neural network in the problem of controlling an adapted genetic algorithm in solving problems of structural-parametric synthesis of discrete systems. Successes of Modern Science and Education. 2016. Vol. 5. No. 12. Pp. 138–141. (In Rus.)
  12. Korolkov A.P., Popov V.V., Kozlov A.A. Using genetic algorithms to build adaptive decision support systems in special software for a unified duty dispatch service based on situational management models. Natural and Man-Made Risks (Physical, Mathematical and Applied Aspects). 2013. No. 4 (8). Pp. 66–74. (In Rus.)
  13. Petrosov D.A., Petrosova N.V., Feklin V.G. Models of genetic algorithm operators based on the mathematical apparatus of Petri net theory. Science and Business: Development Paths. 2019. No. 7 (97). Pp. 65–68. (In Rus.)
  14. Petrosov D.A., Petrosova N.V., Feklin V.G. Development of a simulation model of a genetic algorithm based on the mathematical apparatus of Petri net theory. Prospects of Science. 2019. No. 7 (118). Pp. 25–28. (In Rus.)
  15. Rykov A.D., Davydov V.M. Formation of technological processes based on Petri nets. Scientific Notes of TSU. 2019. Vol. 10. No. 2. Pp. 147–152. (In Rus.)
  16. Babkin A.N., Akchurina L.V., Alekseenko S.P. Modeling threats of information attacks on the Internet based on Petri nets. Bulletin of the Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2023. No. 2. Pp. 101–106. (In Rus.)
  17. Petrosov D.A. Modeling artificial neural networks using the mathematical apparatus of Petri net theory. Prospects of Science. 2020. No. 12 (135). Pp. 92–95. (In Rus.)
  18. Bashkin V.A. On the approximation of the resource equivalences in Petri nets with the invisible transitions. Modeling and Analysis of Information Systems. 2020. Vol. 27. No. 2. Pp. 234–253.
  19. Nesterov R.A., Savelyev S.Yu. Generation of Petri nets using structural property-preserving transformations // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. 2021. Vol. 33. No. 3. Pp. 155–170.
  20. Petrosov D.A., Zelenina A.N. Model of an artificial neural network for solving the problem of controlling a genetic algorithm using the mathematical apparatus of Petri net theory. Modeling, Optimization and Information Technology. 2020. No. 4 (31). Pp. 1–12. (In Rus.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Examples of convergence of a genetic algorithm (a) and of non-interference in the process of finding solutions (b)

Download (719KB)
3. Fig. 2. Examples of the presence of prerequisites for attenuation in the process of finding solutions (a) and of fading in the process of finding solutions (b)

Download (457KB)
4. Fig. 3. Examples of finding a population in a local extremum (a) and of the prerequisites for the onset of convergence in the process of finding solutions (b)

Download (750KB)
5. Fig. 4. Structure of an artificial neural network

Download (250KB)
6. Fig. 5. An example of the operation of the connection of ANN and genetic algorithm operators

Download (606KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».