«Молодой учёный» №20 (79) / moluch_79_ch1

36

Информатика

«Молодой учёный» . № 20 (79)

. Декабрь, 2014 г.

Обозначим REG(Pi )(obj)

— множество закономерно-

стера минимальна. В качестве метрики использовалась

стей из

REG , предсказывающих предикат Pi и при-

так называемая «манхэттенская метрика», в которой рас-

менимых к объекту obj . Т. е. REG(Pi )(obj) ={Ri } , где

стояние между объектами определяется как сумма мо-

Ri = P1 & ... & Pk Pi , таких, что предикаты {P1 ,..., Pk }

дулей разностей значений их признаков.

принимают значение «истина» на объекте obj .

obj

Вероятностным

описанием

объекта

3. Эксперименты с искусственными данными

будем

называть набор {x1 ,..., xn } ,

xi [0, 1] ,

где

xi =

max

{ p(R)} ,

где

p(R) —

условная вероят-

Проведем

сравнение

работы

предложенного ме-

R REG( Pi )(obj)

тода со стандартным методом k-means на примере ре-

ность правила

R . Т. е вероятностным описанием будет

являться набор вещественных чисел {x1 ,..., xn } , где

шения следующей тестовой задачи. Дана таблица (рис. 1),

каждое значение xi представляет собой максимальную

в которой представлены 40 объектов (строки таблицы).

вероятность, с которой закономерности из REG

пред-

Каждый объект описывается 20 ю бинарными призна-

сказывают предикат Pi

на объекте obj .

ками (столбцы таблицы). Все объекты разбиты на 2 оче-

Полученное таким образом описание, во первых, будет

видных класса: первый класс — строки с 1 по 20, которые

включать все характерные для данного объекта признаки,

содержат преимущественно «1» в столбцах 1–3 и «0»

поскольку такие признаки будут предсказываться зако-

в столбцах 18–20, второй класс — строки с 21 по 40, со-

номерностями, во вторых, не будет содержать случайных

держащие преимущественно «1» в столбцах 18–20 и «0»

признаков, поскольку для таких признаков будут отсут-

в столбцах 1–3. Остальные столбцы с номерами 4–17

ствовать предсказывающие закономерности, и, в третьих,

у всех строк содержат случайный шум. Таким образом,

будет показывать вероятность, с которой каждый признак

таблица данных характеризуется

тем, что, во первых,

может присутствовать в описании объекта.

в ней отсутствует какой либо один-единственный признак,

Отметим также, что использование вероятностных

которого было бы достаточно для однозначной классифи-

описаний вместо исходных объектов позволяет более кор-

кации, а во вторых, большая часть признаков (70 % всех

ректно применять различные метрики расстояний при вы-

признаков) содержат случайную информацию. Задача со-

числении близости между объектами, поскольку все ко-

стоит в том, чтобы разбить все объекты на 2 класса. Каче-

ординаты вероятностных описаний имеют одинаковые

ство кластеризации будет оцениваться по тому, насколько

единицы измерения.

полученные кластеры совпадут с реальными классами,

Кластеризация. Заключительным

этапом является

встроенными в таблицу.

кластеризация полученных вероятностных описаний объ-

Результат кластеризации стандартным методом k-

ектов. Для этих целей можно использовать различные су-

means показан на рисунке 1 справа. На рисунке выделены

ществующие алгоритмы, однако в данной работе было

5 строк, которые были неправильно классифицированы.

решено остановиться на широко распространенном ме-

Таким образом, совпадение классов составляет 87.5 %.

тоде k-means [6]. Данный алгоритм позволяет разделить

Результат работы предложенного метода естественной

множество данных на заданное пользователем число кла-

кластеризации показал 100 %-е совпадение классов. Бла-

стеров таким образом, чтобы минимизировать расстояние

годаря тому, что методом были обнаружены закономер-

между объектами кластеров до центров этих кластеров.

ности, связывающие все значимые для классификации

Поскольку алгоритм хорошо представлен в литературе,

признаки, были построены вероятностные описания объ-

приведем только основные этапы его работы.

ектов, которые содержали высокие оценки только для ин-

1.

Выбрать начальное приближение центров всех

формативных признаков (столбцы 1–3 и 18–20) тогда

кластеров.

как для случайных признаков (столбцы 4–17) оценки

2. Отнести каждый объект выборки к ближайшему

были нулевые, поскольку отсутствовали предсказы-

центру в соответствии с выбранной метрикой.

вающие их закономерности. Полученные таким образом

3.

Пересчитать центры кластеров как центры масс

вероятностные описания объектов уже легко и безоши-

всех точек, входящих в соответствующие кластеры.

бочно разбивались на 2 класса.

4. Повторять шаги 2, 3 пока центры кластеров не пе-

рестанут изменяться.

4. Применение в медицинской диагностике

Поскольку

алгоритм k-means очень чувствителен

к выбору начальных

приближений

центров классов,

Предложенный метод естественной кластеризации был

то на практике часто стараются выбрать начальные точки

использован для решения задачи автоматической класси-

так, чтобы они были максимально удалены друг от друга.

фикации фолликулярного рака и фолликулярной аденомы

В описанных ниже экспериментах была использо-

щитовидной железы. В настоящее время в вопросах до-

вана модификация алгоритма k-means, известная под на-

операционной диагностики заболеваний щитовидной же-

званием k-medoids [7]. Отличие заключается в том,

лезы наибольшие трудности вызывает диагностика фол-

что на шаге 3 в качестве центра кластера вместо центра

ликулярной

опухоли при

попытке отличить аденому

масса выбирается конкретный объект кластера, для кото-

от рака. Как показывает опыт, в настоящее время совпа-

рого сумма расстояний до всех остальных объектов кла-

дение цитологических и окончательных гистологических

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Computer Science

37

диагнозов не превышает 56 % [8]. Таким образом, встает

Для сравнения также была проведена кластеризация

вопрос о совершенствовании дооперационной морфоло-

препаратов стандартным методом k-means, результаты ко-

гической диагностики.

торого показали совпадение классов с диагнозами на 82.4 %.

Исходные данные для исследования были предостав-

У 30 препаратов из 170 класс не совпал с диагнозом.

лены цитологической лабораторией Дорожной клини-

Таким образом, проведенное сравнение показывает,

ческой больницы Новосибирска. Данные содержали ци-

что качество кластеризации у предложенного метода зна-

тологические препараты 170 больных с уже известными

чительно выше, чем у распространенного метода k-means.

диагнозами (70 случаев рака и 100 случаев аденомы),

Кроме того, полученная высокая степень совпадения

проанализированные по 30 и цитологическим признакам

классов с диагнозами (94.7 %) позволяет сделать вывод

и представлены в виде таблицы. Задачей исследования

о возможности использования предложенного метода

является автоматическая кластеризация цитологических

для повышения качества дооперационной диагностики.

препаратов на 2 класса и оценка совпадения полученных

классов с диагнозами этих препаратов (рак или аденома).

5. Заключение

В соответствии с описанным выше методом из таб-

лицы данных были извлечены закономерности, связы-

Проведенные эксперименты показывают преимуще-

вающие цитологические признаки по взаимному пред-

ство предложенного метода естественной кластеризации

сказанию, построены вероятностные описания объектов

по сравнению с известным методом k-means. Кроме того,

и проведено разбиение на 2 класса. Результаты показали,

необходимо отметить, что помимо разбиения анализируе-

что совпадение полученных классов с диагнозами соста-

мого множества данных на кластеры предложенный метод

вило 94.7 %. Только у 9 препаратов из 170 принадлеж-

также дает и множество закономерностей, которым подчи-

ность к классу не совпала с диагнозом.

няются объекты. Эти закономерности могут быть исполь-

38

Информатика

«Молодой учёный» . № 20 (79) . Декабрь, 2014 г.

зованы для предсказания признаков объектов, прогно-

6. Благодарности

зирования новых объектов, восстановления искаженных

признаков объектов, фильтрации шумов, а также для ис-

Данные цитологического исследования препаратов

следования самой природы связей между объектами.

больных подготовила и предоставила д. м. н. Полоз Т. Л..

современном информационном обществе значение

тщательно спланированная организация по праву явля-

Винформации как товара повышается не просто так.

ется основной целью любого туристского предприятия.

Однако существует не много отраслей, в рамках которых

Действительно, влияние информационного менедж-

ее сбор и передача, а также анализ, обработка и хранение

мента на развитие туристского бизнеса значительно ве-

были бы настолько же необходимы для ежедневного функ-

лико и ощущается на различных стадиях создания и про-

ционирования, как в туристской индустрии. Дело в том,

движения туристского продукта (прежде всего это

что услугу в туризме нельзя потрогать, попробовать, уви-

касается возможности формирования новых маркетин-

деть или услышать — она не потребительский или про-

говых каналов распространения и сбыта). В то же самое

изводственный товар, который может быть выставлен

время информационный менеджмент не может существо-

и рассмотрен в пункте продажи. Более того, ее, как пра-

вать вне информационной системы, которая, в свою оче-

вило, приобретают заблаговременно и вдали от места по-

редь, функционирует исключительно за счет наличия со-

требления. Вот почему именно оперативное, грамотно

временных, эффективных и надежных информационных

организованное обеспечение клиентов достоверной ин-

технологий, представляющих собой те средства и методы,

формацией является столь же важным для выживания

с помощью которых реализуются процедуры сбора, хра-

туристской отрасли, как и фактическое предоставление

нения и передачи информации.

потребителям ее услуг, в соответствии с чем именно ин-

К сожалению, то, какую важную роль играет инфор-

формационный менеджмент, а также его адекватная,

мационный менеджмент в сфере туристского бизнеса

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Computer Science

39

Таблица 1

Информация

Информационный менеджмент

Сведения о всевозможных объектах и явлениях окру-

Основной элемент управления информационной си-

жающей нас среды, а также об их состояниях, параме-

стемой организации, представляющий собой совокуп-

трах и свойствах, которые способны уменьшить имею-

ность мер, функций и задач рационального управления

щуюся о них степень неполноты и неопределенности

информационными ресурсами на всех этапах жизнен-

знаний

ного цикла предприятия

Информационная система

Информационные технологии

Вся структура предприятия (человеко-компьютерная

Те средства и методы, с помощью которых реализуются

система), задействованная в процессе управления ин-

процедуры сбора, хранения и передачи информации

формационными потоками; основная среда для инфор-

в рамках информационной системы

мационных технологий

и к каким катастрофическим проблемам приводит легко-

батывать и систематизировать большой объем данных,

мысленное отношение к его правильной, продуманной ор-

в связи с чем увеличивается время принятия управлен-

ганизации, осознают далеко не все. Так, если в качестве

ческих решений. Во-вторых, возникает угроза досто-

примера сравнить организацию информационного ме-

верности информации, поступающей из различных ис-

неджмента в туристском бизнесе в России и за рубежом,

точников, затрудняются процессы анализа и подготовки

то контраст будет весьма ощутим.

необходимых данных. И, наконец, в третьих, требуется

Дело в том, что в целом Россия располагает огромным

гораздо больше времени для достижения поставленных

потенциалом для развития как внутреннего туризма, так

целей турфирмы, что отрицательно сказывается на ее

и для приема иностранных путешественников. Омы-

конкурентоспособности. Неудивительно, что все

это,

ваемая водами Тихого и Северного Ледовитого океанов,

в конечном итоге, приводит к понижению ежемесячного

а также Черным, Балтийским, Каспийским и Азовским

объема продаж и невозможности минимизации издержек

морями, страна обладает самой протяженной береговой

туристского предприятия.

линией в мире [2, с. 18]. Огромная территория, богатое

Причиной возникновения данной проблемы могли

историческое и культурное наследие (в стране находятся

стать несколько факторов. С одной стороны, современный

24 объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО [1, с. 32]),

российский рынок перенасыщен обилием всевозможных

неповторимая флора и фауна, а также нетронутая, дикая

информационных технологий, с каждым днем появляется

природа в некоторых регионах страны — все это создает

все больше и больше различных программных продуктов

предпосылки для бурного развития культурно-познава-

и пакетов управления турфирмами. Однако в силу отсут-

тельного, делового, молодежного, круизного, горнолыж-

ствия по ним полной и единой систематизированной ин-

ного, пляжного, религиозного, экстремального, экологи-

формации, у подавляющего большинства руководителей

ческого и рекреационного туризма на территории России.

туристских фирм, находящихся на стадии принятия ре-

Однако все это отнюдь не сделало нашу страну туристской

шения по автоматизации, нередко возникают проблемы,

державой и одним из факторов, пагубно влияющих на раз-

связанные с поиском, оценкой и отбором необходимой ин-

витие туристского бизнеса в России, является использо-

формации о внедряемых технологиях. Сюда также можно

вание устаревших информационных технологий и систем

отнести проблемы с планированием предстоящих затрат

управления в процессе организации информационного

и определением потребности в ресурсах, поиском и про-

менеджмента турфирм.

ведением переговоров с будущими партнерами и по-

В наши дни проблема использования неэффективных

ставщиками приобретаемых услуг, оценкой результатов

информационных технологий и систем управления в ту-

и обобщением опыта. С другой стороны, как уже было от-

ристском бизнесе постепенно набирает обороты. Ми-

мечено выше, к сожалению, далеко не все осознают важ-

ровой опыт свидетельствует о том, что наличие пакетов

ность и необходимость проникновения современных ин-

управления турфирмой, пакетов финансового менедж-

формационных компьютерных технологий в различные

мента и систем бронирования, не способных в силу своей

сферы человеческой деятельности. Например, в наши

устаревшей платформы соответствовать поставленным

дни ключевым фактором, определяющим успех деятель-

целям и задачам турфирмы, а также отказ от разработки

ности любого предприятия на туристском рынке, является

и внедрения инноваций, оказывающих прямое или кос-

время обслуживания клиента. Иными словами, победи-

венное влияние на организацию информационного ме-

телем является тот, кто способен предоставить потен-

неджмента предприятия туристской сферы в целом, гу-

циальному клиенту весь комплекс услуг, потратив на это

бительны для любой туристской организации по ряду

минимальное количество времени. В свою очередь, воз-

причин. Во-первых, из за отсутствия современных ин-

можность ведения бизнеса в режиме реального времени

формационных технологий и систем необходимо обра-

в первую очередь зависит от того, какие информаци-

40

Информатика

«Молодой учёный» . № 20 (79) . Декабрь, 2014 г.

онные технологии используются с целью организации об-

формационного менеджмента в сфере туризма, Россий-

мена информацией между туроператором, поставщиком

ская Федерация отстает практически по всем параметрам,

и потенциальным потребителем услуг. Так, в то время,

в то время как на Западе уже на протяжении многих лет

как за рубежом уже давно осознали необходимость раз-

происходит внедрение всевозможных электронных инно-

работки и внедрения новейших информационных техно-

ваций в традиционный туристский бизнес.

логий, Россия по прежнему отказывается эксперимен-

Необходимо помнить, что информационный менедж-

тировать в области инноваций, идя по стопам ведущих

мент — это основной элемент управления информаци-

развитых стран, полагаясь исключительно на их опыт,

онной системой организации, представляющий собой

в то же самое время не имея четкой систематизированной

совокупность мер, функций и задач рационального управ-

информации о новейших информационных системах и до-

ления информационными ресурсами на всех этапах жиз-

ступно изложенных правил их грамотного, эффектив-

ненного цикла предприятия [3, с. 110]. Учитывая тот факт,

ного использования. Таким образом, подавляющее боль-

что в сфере туризма связи между производителями и по-

шинство российских турфирм пользуются проверенными,

требителями услуг обеспечивают именно информаци-

но устаревшими информационными системами управ-

онные потоки, а не товары, можно сделать вывод, что ин-

ления, а разработка новых информационных технологий

формационный менеджмент занимает ведущую роль

в

российской туристской индустрии ограничивается,

в организации управленческой деятельности любой ту-

как правило, созданием простейших программ, предпола-

ристской фирмы. Более того, грамотная организация ин-

гающих лишь оформление и систематизацию документов

формационного менеджмента турагентства является не-

на уровне секретарской работы. В лучшем случае, про-

сомненным конкурентным преимуществом, так как она

граммы подобного типа будут способны автоматизировать

не просто гарантирует благоприятную жизнедеятель-

простейшие рутинные процессы и создавать локальные

ность предприятия в целом, но также оказывает непо-

базы данных с целью удовлетворения узких практиче-

средственное влияние на его имидж, что сразу же выде-

ских потребностей. Вот почему в рамках организации ин-

ляет турфирму на рынке туристских услуг.

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Biology

41

агрязнение почв нефтью и нефтепродуктами сказы-

рН. Плодородие почв связано с большим числом соеди-

Звается на спектральной отражательной способности

нением, продуцируемых почвенными микроорганизмами

почв. Обволакивая почвенные частицы, нефть изменяет

ферментами, витаминами,

аминокислотами, токсинами

спектральные характеристики почв. Снижает окислитель-

и другими. [1]

но-восстановительный потенциал и емкость поглощения.

Высокая интенсивность

процессов трансформации

Нейтральная и слабощелочная реакция нефти обуславли-

характерна для почв с высоким уровнем естественного

вает подщелачивание почвенного раствора и увеличение

плодородия, имеющих благоприятных режим аэрации

42

Биология

«Молодой учёный» . № 20 (79)

. Декабрь, 2014 г.

и высокую биологическую активность; в почвах суперак-

принадлежащие роду Rhodococcus. Для родококков ха-

вальных ландшафтов (с избыточным увлажнением) раз-

рактерно использование различных органических соеди-

ложение нефти замедленно. При этом процессы оглеения

нений, в частности углеводородов нефти, в качестве един-

можно рассматривать как фактор, препятствующий де-

ственного источника углерода и энергии. Размножение

струкции нефти в почвах. [4]

родококков на средах с углеводородами нефти происходит

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в на-

в широком интервале рН и температур. В состав многих

стоящее время является актуальной проблемой. Извле-

биопрепаратов, предназначенных

для

очистки воды

чение нефти из недр, очистка и транспортировка представ-

и почвы от нефти и нефтепродуктов, входят штаммы бак-

ляют собой не только технически сложные, но и опасные

терий рода Rhodococcus.

процессы, так как при разработке месторождений невоз-

После завершения очистки избыточная масса вно-

можно сохранить естественные экологические условия.

симых в окружающую среду микроорганизмов отмирает

Неизбежно каждая стадия производства работ по добыче

и превращается в легкоусвояемые растениями органиче-

сопровождается утечкой нефти, что может стать причиной

ские вещества. Это означает, что биопрепараты, в состав

непоправимых явлений. Хронические разливы нефти яв-

которых входят родококки, являются экологически без-

ляются серьезной угрозой окружающей среде и здоровью

опасными и наиболее перспективными для очистки окру-

людей. [2]

жающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродук-

Современное состояние экологических проблем в ме-

тами [5].

стах расположения предприятий нефтегазового комплекса

Существенными признаками изобретения явля-

требует скорейшей разработки и внедрения, новых науч-

ются:

но-технологических решений по ликвидации углеводород-

1. Вхождение в состав биопрепарата штаммов, яв-

ного загрязнения.

ляющихся только R-формами;

Наиболее перспективным, экологически чистым

2. Способность штаммов нефтеокисляющих ми-

и часто единственно возможным способом решения

кроорганизмов, входящих в состав биопрепарата, расти

данных экологических проблем является применение

на обедненной питательной среде, и деградировать нефть

биологических технологий, основанных на использовании

в условиях высокой минерализации в любых ландшафтах

микробных биопрепаратов, изготовленных из активной

независимо от типа загрязненного объекта;

биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов;

3. Низкая фитотоксичность биопрепарата, выгодно

для таких микроорганизмов углеводороды являются есте-

отличающая его от известных биопрепаратов для дегра-

ственным источником питания, поэтому в процессе жиз-

дации нефти.

недеятельности они, активно размножаются, потребляя

Получение R-форм нефтеокисляющих микро-

загрязнения вплоть до их полного исчерпания.

организмов Rhodococcusruber ВКМ Ас

— 1513 Д

Технология очистки заключается во внесении препа-

и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д проводят

рата на загрязненную территорию или его смешивании

путем частых пересевов (каждые три дня) с питательной

с источником загрязнения в присутствии биогенных эле-

среды в свежую питательную среду следующего со-

ментов (азота, фосфора, калия и др.) в виде обычных ми-

става, г \ л: калий азотнокислый — 1,0, аммоний хлори-

неральных удобрений. [3]

стый — 2,0, калий фосфорнокислый двузамещенный —

Биопрепарат «Родер» для очистки почв — изобретение

1,0, натрий фосфорнокислый однозамещенный — 1,5,

относится к области биотехнологии и является высоко-

магний сернокислый водный — 0,2, марганец серно-

эффективным. Биопрепарат «Родер» на основе только

кислый водный — 0,02, в которую добавлена морская

R — диссоциантов штаммов Rhodococcusruber ВКМ

соль — 30,0–50,0 и нефть — 40 мл, рН 7,0–7,4. После

Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514

трех пересевов в вышеприведенную жидкую среду обяза-

Д, выращиваемых на средах с высоким содержанием мор-

тельным является последующий высев клеток штаммов

ской соли. Отселекционированные микроорганизмы, вхо-

на мясопептонный агар (МПА), разбавленный 1:1 мине-

дящие в состав препарата, способны размножаться и де-

ральной средой вышеприведенного состава для контроля

градировать углеводороды нефти в широком диапазоне

наличия R-форм штаммов. Такой подход позволяет се-

солености (0,05–10 %) (оптимальная соленость среды

лекционировать как получение R-форм родококков, так

3–5 %) и температур (8–35 °С) (оптимальная темпера-

и их адаптацию к повышенной концентрации нефтепро-

тура 25–27 °С). В лабораторных условиях достигалась

дуктов в среде и к повышенному содержанию в среде ми-

81 % очистка грунта от нефтяного загрязнения; в при-

неральных солей. Для масштабированного применения

родных условиях на грунте за один сезон достигалась 65 %,

родококки ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis

а на водных поверхностях 99 % очистка от нефтяного за-

ВКМ Ас — 1514 Д, выращенные на вышеуказанной

грязнения. Эффективность препарата высока как в раз-

среде, рассеивают на чашки Петри со средой, г / л: куку-

личных почвогрунтах, так и в пресной и морской воде.

рузный экстракт — 10,0, ФБМ (ферментолизат биомассы

Препарат создает благоприятные условия для рекульти-

микроорганизмов) — 3,0, NaCl — 10,0, агар — 2,5,

вации почв. В экосистемах, постоянно загрязняемых неф-

рН — 7,2–7,5. Колонии R-формы переносят в пробирки

тепродуктами, широко распространены микроорганизмы,

со стерильной водой, содержащей 0,01 % Твина — 80. По-

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Biology

43

лученной суспензией засевают стеклянные матрасы с ука-

Д) в возрасте 48 ч переносят в колбы со стерильной

занной агаровой средой. Биомассу родококков R-формы

средой следующего состава, г / л: калий фосфорнокислый

в возрасте 7–10 суток используют для приготовления

двузамещенный — 1,0, натрий фосфорнокислый одно-

биопрепарата, предназначенного для работы в условиях

замещенный — 1,5, аммоний хлористый — 2,0, мор-

низкой минерализации, входящие в его состав родококки

ская соль — 30,0–50,0 и нефть — 40 мл, рН 7,0–7,4.

выращивают в указанной жидкой среде (без агара) в те-

В колбы Эрленмейера объемом 250 мл вносят нефть 2 мл

чение 24–28 часов. Для приготовления препарата, пред-

на 50 мл среды. Биомассу добавляют к среде в таком ко-

назначенного для расщепления нефти в морской воде

личестве, чтобы в 1 мл среды содержалось около 103 мл.

или в условиях высокой минерализации, биомассу полу-

Инкубацию проводят при температуре 17–20 °C в стацио-

чают на среде указанного состава, но с заменой NaCl 10,0

нарных условиях с периодическим встряхиванием (один

г / л на 30,0–50,0 г / л морской соли.

раз в 5–7 дней). Количество деградированной нефти оце-

Биомассу двух штаммов родококков R-формы (ВКМ

нивают через каждые 10 дней инкубации с помощью гра-

Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514

виметрического метода [6].

Литература: