Topological 3D Model of the Functioning of a Dynamic System – Cognitive Estimation of Complexity

Abstract

Стаття присвячена складності моделювання функціонування динамічних систем різної природи (сенсори, детектори, інтелектуальні матеріали та інші джерела інформації). Дія факторів стресу навколишнього середовища або діяльності збільшує статичну складність джерел інформації, що призводить до динамічної складності. Інформація про це міститься в структурі індукованих взаємозв'язків, прихована складність яких обмежує можливості прогнозування функціонування динамічної системи в реальному часі. Мета роботи – когнітивна візуалізація функціонування різних джерел інформації. Морфологічно різні динамічні системи функціонально підкоряються одним і тим же екстремальним принципам фізики, а досліджуються динамічними і статистичними методами. Їх взаємодоповнюваність дозволила уніфікувати реконструкцію тривимірної топологічної моделі функціонування джерела інформації за вимірюваним фрактальним сигналом. Встановлено, що прихована структура сигналу визначається просторовими неоднорідностями, які породжують неоднорідності в часі джерела інформації і середовища передачі. Фактори стресу збільшують складність просторово-часових сигнатур, що дозволяє оцінити складність їх конфігурацій по збільшенню кількості складових і охопленій площі. Тому структура фрактального сигналу може бути проаналізована в реальному часі з використанням взаємодоповнюючих імовірнісних та детермінованих методів. Створення атласу сигнатур фрактальних сигналів спрощує ідентифікацію та класифікацію джерел інформації різної природи. Його використання зменшить когнітивні проблеми, які пов'язані зі складністю та розширить набір інструментів прогнозної аналітики. Візуалізація прихованих просторово-часових особливостей електрофізіологічних сигналів демонструє переваги і обгрунтованість когнітивної візуалізації функціонування різних підсистем організму людини.

The article is devoted to the complexity of modeling the functioning of dynamic systems of various nature (sensors, detectors, intelligent materials, and other sources of information). Environmental or activity stressors increase the static complexity of information sources, resulting in dynamic complexity. Information about this is contained in the structure of induced relations, the latent complexity of which limits the ability to predict the functioning of a dynamic system in real time. The purpose of the work is cognitive visualization of the functioning of various sources of information. Morphologically different dynamical systems functionally obey the same extreme principles of physics and are studied by dynamic and statistically methods. Their complementarity made it possible to unify the reconstruction of a three-dimensional (3D) topological model of the functioning of an information source from the measured fractal signal. It was found that the latent structure of the signal is determined by spatial inhomogeneities, which generate temporary inhomogeneities in the information source and transmission environment. Stress factors increase the complexity of spatio-temporal signatures, which makes it possible to estimate the complexity of their configurations by increasing the number of components and the area covered. Therefore, the structure of a fractal signal can be analyzed in real time using additional probabilistic and deterministic methods. The creation of an atlas of fractal signal signatures simplifies the identification and classification of information sources of various nature. Its use will reduce cognitive problems associated with complexity and expand the set of predictive analytics tools. Visualization of latent spatio-temporal features of electrophysiological signals demonstrates the advantages and validity of cognitive visualization of the functioning of different subsystems of the human body.