Монографии

В монографии излагаются современные методы численного моделирования распространения волн прорыва и развития проранов в грунтовых плотинах. Главное внимание уделено описанию и применению оригинального эффективного алгоритма численного решения уравнений мелкой воды, основанного на методе распада произвольного разрыва с учетом неровного дна, обеспечивающего существование и единственность решения при любых начальных данных, а также применению трёхслойной физико-математической модели транспорта наносов с учетом их неоднородности для расчета проранов в плотинах из грунтовых материалов. Тщательно выполненное тестирование демонстрирует высокую точность, надежность и универсальность предлагаемых методов. Большой практический опыт моделирования позволил насытить книгу множеством примеров решения широкого круга прикладных задач. В свете событий, связанных с разрушением Каховской ГЭС, монография приобретает особую актуальность.

Для научных работников и специалистов в области речной гидродинамики и инженерной гидрологии, проектирования гидротехнических сооружений, численного моделирования течений со свободной поверхностью и деформируемым дном, страховщиков.

Работа выполнена в рамках темы № FMWZ-2022-0003 Государственного задания ИВП РАН.

В монографии изложены результаты физических исследований и численного моделирования ионизационно-химических, оптических и электродинамических процессов в атмосфере и нижней ионосфере Земли при распространении в них мощных потоков электромагнитного излучения в связи с возможными условиями их применения. Значительное место уделено разработке численных алгоритмов, адаптированных к физическому содержанию рассматриваемых явлений. Приводимые материалы основаны главным образом на опубликованных работах авторов. 

Монография рассчитана на научных сотрудников, специализирующихся в исследовании ионосферы, физике плазмы, распространении излучения и методов их численного моделирования. Книга будет полезна студентам старших курсов и аспирантам соответствующих специальностей.

Настоящая монография посвящена разработке принципов построения, а также методов и алгоритмов функционирования самоорганизующихся распределенных систем с мультиагентным диспетчером.

Вопросы оценивания защищенности и выбора контрмер являются существенными для управления кибербезопасностью и становятся все актуальнее с распространением Интернета вещей. Хотя существуют стандарты и руководящие документы, содержащие требования к оцениванию защищенности и выбору контрмер, а также большое количество изданий, посвященных вопросам криптографии, в настоящий момент не существует монографий и учебных пособий, содержащих детальный анализ методик оценивания защищенности и выбора контрмер для управления кибербезопасностью, способов формирования и вычисления метрик, необходимых для обеспечения требований по оцениванию защищенности, а также представленных на рынке средств, реализующих данные методики. Поэтому существует необходимость в подготовке и выпуске такой монографии для исследователей и специалистов в области аудита и управления кибербезопасностью, а также разработчиков систем управления кибербезопасностью.
В предлагаемой монографии «Оценивание защищенности и выбор контрмер для управления кибербезопасность» рассматривается широкий круг вопросов, охватывающих как научные задачи разработки методик, моделей и алгоритмов оценивания защищенности и выбора контрмер, так и задачи их практического применения в системах управления кибербезопасностью. Кроме того, в монографии подробно рассматриваются существующие стандарты оценивания защищенности и выбора контрмер, а также представления данных безопасности. Содержимое монографии является результатом многолетних научных исследований и практических разработок авторов в области оценивания защищенности и выбора контрмер для управления кибербезопасностью.
Книга предназначена для специалистов, занимающихся разработкой методов и средств защиты информации в компьютерных системах и сетях, студентов и аспирантов, научных сотрудников и преподавателей по дисциплинам, связанным с информационной безопасностью, а также для широкого круга читателей.
Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта РНФ No 21–71–20078 в Санкт-Петербургском Федеральном исследовательском центре Российской академии наук.

Книга посвящена методам оптимизационной термодинамики необратимых процессов и их использованию в задачах синтеза систем теплообмена и разделения. Приведены общие условия, при которых термодинамическому процессу, имеющему заданную интенсивность, соответствуют минимальные потери энергии, связанные с его необратимостью. Эти результаты позволяют получить оценки эффективности термодинамических процессов с заданной или максимально возможной интенсивностью потоков, учитывающие вид уравнений кинетики, коэффициенты тепло– и массопереноса, а значит, и размеры аппаратов, от которых эти коэффициенты зависят. Предложены алгоритмы синтеза многопоточных систем теплообмена для различных вариантов постановок этих задач. Построены множества допустимых режимов для систем разделения, использующих тепловую и механическую энергию. Рассмотрена задача о выборе порядка разделения многокомпонентных смесей. Показано, как необратимость теплообмена с источниками влияет на возможности тепловых и холодильных машин. Исследованы мембранные системы и диффузионные машины.
Книга может служить учебным пособием для студентов, изучающих курс «Термодинамики необратимых процессов», она предназначена также специалистам, специализирующимся на применении методов оптимального управления к необратимым термодинамическим процессам и основанным на них технологиям.

В монографии излагаются оригинальные эффективные алгоритмы численного решения уравнений мелкой воды, из которых в первую очередь следует выделить метод распада произвольного разрыва с учетом разрывного дна, обеспечивающий существование и единственность решения при любых начальных данных, а также алгоритм для уравнений вязкой мелкой воды и «неотрицательный» алгоритм для уравнений в диффузионном приближении. Тщательно выполненное тестирование демонстрирует высокую точность и надежность предлагаемых методов. Большой практический опыт одного из авторов позволил насытить книгу множеством примеров решения широкого круга прикладных задач.
При подготовке монографии использовались результаты, полученные при работе над проектом Российского научного фонда No 17-77-30006 по теме: «Новое поколение моделей, методов и технологий для противодействия современным угрозам водной безопасности». Для научных работников и специалистов в области речной гидродинамики и инженерной гидрологии, проектирования гидротехнических сооружений, численного моделирования течений со свободной поверхностью.

Монография «Судебно-медицинская экспертиза внезапной смерти лиц молодого возраста» посвящена вопросам, отражающим эпидемиологию, современные понятия и определения «Внезапной смерти», причины и вопросы танатогенеза, а также клинические и морфологические параллели, позволяющие прогнозировать факторы риска развития терминальных процессов и наступления внезапной смерти в группе лиц молодого возраста.
В работе представлены результаты многолетней работы по судебно-медицинскому исследованию случаев внезапной смерти, наступившей среди школьников, студентов учебных заведений, курсантов, молодых военнослужащих и молодых лиц в условиях физических нагрузок. В разделах изложены основные клинические и патоморфологические критерии, а также алгоритм судебно-медицинской диагностики внезапной смерти у лиц молодого возраста. Особое внимание уделено вопросам внезапной сердечной смерти, обусловленной различными видами кардиомиопатий, врожденной патологией соединительной ткани, патологией сосудов различного типа (эластического, мышечно-эластического, мышечного), а также патологией клапанного аппарата и проводящей системы сердца.
Книга предназначена для судебно-медицинских экспертов, патолого­анатомов, врачей клинического профиля (кардиологи, педиатры, терапевты, неврологи и др.)

В монографии представлен эволюционный путь развития методологических подходов селекции озимой пшеницы за почти вековую ее историю в НИИСХ Юго-Востока. Обобщение результатов по урожайности, качеству зерновой продукции и перезимовке за исторический период позволило автору сделать подробный анализ формирования данных признаков в суровых условиях Поволжского региона, а также усовершенствовать и апробировать новые методологические подходы отбора перспективного селекционного материала с использованием алгоритмов информационной биологии. Методические подходы, описанные в монографии, рассматриваются через призму развития теории генетической организации признака современной системной биологии, важной для совершенствования принципов адаптивной селекции по основным хозяйственно-ценным признакам в регионе.

В пятом томе собрания трудов Г. И. Марчука представлены работы по численным методам в теории переноса и методам расчёта ядерных реакторов, в которых изложены главные тенденции в развитии вычислительных методов теории переноса: построение итерационных алгоритмов и оптимизация их на основе аппроксимации операторов задач переноса более простыми операторами, построение оптимальных алгоритмов на основе вариационных методов, применение метода расщепления для редукции сложных задач к простейшим. На фоне этих ведущих направлений представлены алгоритмы, отличающиеся своеобразием и оригинальностью и составившие фундаментальную базу для развития методов расчёта ядерных реакторов. В конце тома приведён развернутый комментарий.
Для специалистов в области теории ядерных реакторов, вычислительной математики и математического моделирования, аспирантов и студентов старших курсов.

В настоящее собрание избранных трудов вошли монографии и статьи, наиболее ярко отображающие многолетнюю научную деятельность Г. И. Марчука в вычислительной математике и математическом моделировании. Подготовка к изданию данного собрания велась в ИВМ РАН ближайшими учениками и соратниками Г.И.Марчука. Тома содержат комментарии, в которых проанализирован вклад работ Г.И. Марчука в современную науку.
В Томе 1 дано изложение численных методов решения задач математической физики. Основное внимание уделяется сложным задачам математической физики, которые в процессе решения сводятся, как правило, к более простым, допускающим реализацию алгоритмов на ЭВМ. Рассмотрены многие современные подходы к численным методам.
Для специалистов в области вычислительной математики и математического моделирования, аспирантов и студентов старших курсов.

В работе решается задача проектирования межпланетных траекторий с несколькими гравитационными маневрами и промежуточными импульсами с помощью разработанного авторами метода виртуальных траекторий. Даны алгоритмы расчетов гелиоцентрических и планетоцентрических участков, рассматривается случай резонансных траекторий. Описаны результаты применения метода виртуальных траекторий к задаче проектирования перелета к Юпитеру, полученные траектории сравниваются с траекториями миссий Juno, Europa Clipper и Laplace.

В работе рассмотрены методы и подходы для решения задач газовой динамики на высокопроизводительных вычислительных системах. Для них наиболее предпочтительной является организация структурированного доступа в память, поэтому в предлагаемых методах используются декартовы сетки, включая и разновидность с локальной адаптацией. Рассматриваемые методы позволяют на сетках такого типа решать задачи со сложной геометрией, а предлагаемые параллельные алгоритмы для них обеспечивают хорошую масштабируемость на вычислительных системах с массивным параллелизмом.

Работа посвящена многомасштабному трехуровневому подходу к решению задач нанотехнологии с помощью суперкомпьютерных вычислительных систем. В основе подхода лежит объединение моделей механики сплошной среды и динамики Ньютона для отдельных частиц. Подход охватывает три масштабных уровня: макроскопический, мезоскопический и микроскопический. Применительно к системам газ ‒ металл в качестве модели на макроскопическом уровне используются квазигидродинамические уравнения в газовой и твердой фазах. В качестве моделей на мезо- и микроуровнях используются уравнения динамики Ньютона. Численная реализация подхода основана на методе расщепления по физическим процессам и опирается на четыре класса алгоритмов. Технология распараллеливания основана на принципах геометрического параллелизма и рационального разбиения расчетной области. Апробация подхода выполнена на примере задачи о течении струи азота из баллона с высоким давлением через микросопло в микроканал и далее в вакуумную камеру. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность разработанной методологии.

В работе рассмотрены методы и подходы для решения задач газовой динамики на высокопроизводительных вычислительных системах. Для них наиболее предпочтительной является организация структурированного доступа в память, поэтому в предлагаемых методах используются декартовы сетки, включая и разновидность с локальной адаптацией. Рассматриваемые методы позволяют на сетках такого типа решать задачи со сложной геометрией, а предлагаемые параллельные алгоритмы для них обеспечивают хорошую масштабируемость на вычислительных системах с массивным параллелизмом.

Для численного решения трехмерных эллиптических уравнений построен адаптивный чебышевский двухслойный итерационный метод. В адаптивном методе неизвестная нижняя граница спектра уточняется в итерационном цикле, а в качестве верхней границы спектра берется ее оценка по теореме Гершгорина. Расчеты показывают, что такая процедура обеспечивает сходимость построенного адаптивного метода с вычислительными затратами, близкими к затратам стандартного чебышевского метода, использующего точные границы спектра дискретного оператора.