Matn PDF fayldan avtomatik ajratilgan, shuning uchun formatlash buzilgan bo‘lishi mumkin. To‘g‘ri ko‘rinish uchun PDF nusxani oching.
сохранении нелинейных свойств модели [4]. На основе результатов
исследования
рекомендуется:
при
проектировании
нейросетевых
контроллеров использовать методы нелинейного анализа устойчивости для
предварительной оценки поведения системы; применять численную
оптимизацию параметров регуляризации, а не только эмпирический подбор;
учитывать диссипативные свойства модели (аналог коэффициента γ) при
выборе схем обучения [2]. Полученные результаты применимы в задачах
адаптивного управления, робототехники и прогнозирующих ИИ-систем с
обратной связью.
Список использованной литературы:
1. Strogatz, S. H. (2015). Nonlinear dynamics and chaos: With applications to physics,
biology, chemistry, and engineering (2nd ed.). Westview Press.
2. Nocedal, J., & Wright, S. J. (2006). Numerical optimization (2nd ed.). Springer.
https://doi.org/10.1007/978-0-387-40065-5
3. Virtanen, P., Gommers, R., Oliphant, T. E., Haberland, M., Reddy, T., Cournapeau,
D., Burovski, E., Peterson, P., Weckesser, W., Bright, J., van der Walt, S. J., Brett, M., Wilson,
J., Millman, K. J., Mayorov, N., Nelson, A. R. J., Jones, E., Kern, R., Larson, E., ... SciPy 1.0
Contributors. (2020). SciPy 1.0: Fundamental algorithms for scientific computing in Python.
Nature Methods, 17(3), 261–272. https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2
4. Breiman, L. (2001). Random forests. Machine Learning, 45(1), 5–32.
https://doi.org/10.1023/A:1010933404324
5. Pedregosa, F., Varoquaux, G., Gramfort, A., Michel, V., Thirion, B., Grisel, O.,
Blondel, M., Prettenhofer, P., Weiss, R., Dubourg, V., Vanderplas, J., Passos, A., Cournapeau,
D., Brucher, M., Perrot, M., & Duchesnay, É. (2011). Scikit-learn: Machine learning in Python.
Journal
of
Machine
Learning
Research,
12,
2825–2830.
https://jmlr.org/papers/v12/pedregosa11a.html
SUN’IY INTELLEKT ASOSIDA MILLIY TA’LIM WEB-RESURSLARINI
MATEMATIK MODELLASHTIRISH
Shukurov Akmal Uktamovich, QarDTU, “Axborot tizimlari
va texnologiyalari” kafedrasi dotsenti, p.f.f.d. (PhD), specialist0202@mail.ru
Normuminov Bekali Bekzod o‘g‘li, QarDTU magistranti,
Annotatsiya. Ushbu maqolada sun’iy intellekt (SI) va raqamli texnologiyalar asosida
milliy ta’lim web-resurslarini yaratishda yuzaga keladigan matematik modellashtirish
muammolarini aniqlash va ularni samarali yechish usullarini ishlab chiqishdir. Tadqiqot
doirasida o‘quv jarayonini raqamlashtirish, individual o‘quv muhitini shakllantirish va adaptiv
o‘qitish tizimlarini joriy etish masalalari tahlil qilingan.
Kalit so‘zlar: Sun’iy intellekt, raqamli texnologiyalar, matematik modellashtirish, milliy
ta’lim web-resurslari, adaptiv o‘qitish tizimi, mashinali o‘qitish algoritmlari, neyron tarmoqlar,
ta’limda raqamli transformatsiya.
Аннотация. В данной статье рассматриваются проблемы математического
моделирования, возникающие при создании национальных образовательных веб-ресурсов
на основе искусственного интеллекта (ИИ) и цифровых технологий, а также
разрабатываются эффективные методы их решения. В рамках исследования
проанализированы вопросы цифровизации учебного процесса, формирования
индивидуальной образовательной среды и внедрения адаптивных систем обучения.
Ключевые
слова:
Искусственный
интеллект,
цифровые
технологии,
математическое моделирование, национальные образовательные веб-ресурсы,
219
адаптивная система обучения, алгоритмы машинного обучения, нейронные сети,
цифровая трансформация в образовании.
Abstract. This article identifies the problems of mathematical modeling that arise in the
development of national educational web resources based on artificial intelligence (AI) and
digital technologies, and proposes effective methods for solving them. The study analyzes issues
related to the digitalization of the educational process, the formation of an individual learning
environment, and the implementation of adaptive learning systems.
Key words: Artificial intelligence, digital technologies, mathematical modeling, national
educational web esources, adaptive learning system, machine learning algorithms, neural
networks, digital transformation in education
Kirish. Raqamli transformatsiya sharoitida ta’lim tizimini modernizatsiya
qilish global miqyosda ustuvor yo‘nalishlardan biriga aylandi. Axborotkommunikatsiya texnologiyalarining jadal rivojlanishi, katta hajmdagi ma’lumotlar
bilan ishlash imkoniyatining kengayishi hamda sun’iy intellekt tizimlarining
takomillashuvi ta’lim jarayonini tashkil etishning yangi modellari va
yondashuvlarini shakllantirmoqda. Ayniqsa, milliy ta’lim web-resurslarini yaratish
va takomillashtirish jarayonida matematik modellashtirish hamda mashinali
o‘qitish algoritmlaridan foydalanish dolzarb ilmiy-amaliy masalaga aylangan[1].
Milliy ta’lim platformalarini rivojlantirishda asosiy muammolardan biri –
o‘quvchilarning individual xususiyatlarini hisobga olgan holda moslashuvchan
(adaptiv) o‘qitish tizimlarini ishlab chiqishdir. An’anaviy elektron resurslar
ko‘pincha statik tuzilishga ega bo‘lib, foydalanuvchining bilim darajasi,
o‘zlashtirish tezligi va xatoliklar dinamikasini real vaqt rejimida tahlil qilish
imkoniyatiga ega emas. Shu sababli sun’iy intellekt asosida ishlovchi webresurslarni matematik modellar yordamida loyihalash va optimallashtirish zarurati
yuzaga kelmoqda.
Matematik modellashtirish ta’lim jarayonidagi murakkab jarayonlarni formal
ifodalash, ularni algoritmik shaklga keltirish hamda natijalarni prognozlash
imkonini beradi. Statistik tahlil, ehtimollik nazariyasi, regressiya modellar,
optimallashtirish usullari va neyron tarmoqlar o‘quvchilarning bilim darajasini
aniqlash, adaptiv test tizimlarini shakllantirish va platforma samaradorligini
oshirishda muhim vosita hisoblanadi.
Shu nuqtai nazardan, sun’iy intellekt asosida milliy ta’lim web-resurslarini
matematik modellashtirish nazariy asoslarini ishlab chiqish, mavjud muammolarni
tizimli tahlil qilish va amaliy yechimlar taklif etish mazkur tadqiqotning
dolzarbligini belgilaydi. Mazkur maqolada ushbu yo‘nalishning konseptual,
metodologik va texnologik jihatlari yoritiladi[2].
Asosiy qism
1. Milliy ta’lim web-resurslarini modellashtirishning nazariy asoslari
Milliy ta’lim web-resurslari murakkab axborot tizimi sifatida ko‘p omilli va
dinamik xarakterga ega. Bunday tizimni samarali tashkil etish uchun o‘quv
jarayonining asosiy komponentlari - foydalanuvchi (o‘quvchi), o‘quv kontenti,
baholash mexanizmi va texnik infratuzilma o‘rtasidagi bog‘liqlik matematik model
ko‘rinishida ifodalanadi. Modelning asosiy vazifasi - ta’lim jarayonini
formalizatsiya qilish, parametrlarni aniqlash va tizim samaradorligini baholashdir.
220
Bilim darajasini modellashtirishda ehtimollik nazariyasi va statistik
yondashuvlar qo‘llanilib, o‘quvchining topshiriqni bajarish ehtimoli, xatolik
chastotasi va o‘zlashtirish tezligi kabi ko‘rsatkichlar aniqlanadi. Bilim holati vektor
ko‘rinishida ifodalanib, u vaqt o‘tishi bilan dinamik ravishda yangilanadi. Bu
jarayon differensial yoki rekurrent tenglamalar yordamida tasvirlanishi mumkin[3].
2. Sun’iy intellekt asosidagi adaptiv tizimlarni qurish
Adaptiv o‘qitish tizimi o‘quvchining joriy bilim darajasiga mos ravishda
o‘quv materialini tanlaydigan va murakkablik darajasini avtomatik sozlaydigan
algoritmik mexanizmga asoslanadi. Bunda mashinali o‘qitish algoritmlari klassifikatsiya, regressiya va klasterlash usullari qo‘llaniladi.
Neyron tarmoqlar o‘quvchilarning javoblari asosida yashirin bog‘liqliklarni
aniqlaydi va bilim darajasini prognoz qiladi. Modelni o‘qitish jarayonida yo‘qotish
funksiyasi minimallashtiriladi va parametrlar optimallashtirish algoritmlari orqali
yangilanadi. Natijada tizim o‘z-o‘zini moslashtirish xususiyatiga ega bo‘ladi.
3. Ma’lumotlar bazasi va algoritmik optimallashtirish
Milliy web-resurslarda katta hajmdagi o‘quv ma’lumotlari saqlanadi.
Ma’lumotlar tuzilmasini to‘g‘ri tashkil etish tizim samaradorligini belgilaydi.
Strukturaviy modelda foydalanuvchi profili, test natijalari va o‘quv modullari
o‘rtasidagi bog‘lanishlar graf nazariyasi asosida ifodalanadi.
Platformaning barqaror ishlashini ta’minlash uchun yuklama taqsimoti va
javob vaqtini optimallashtirish masalalari chiziqli va chiziqsiz optimallashtirish
modellariga asoslanadi. Server resurslarini boshqarish matematik cheklovlar tizimi
orqali aniqlanadi va minimal xarajat sharti asosida yechim topiladi[5].
4. Integratsiya va texnologik arxitektura
Sun’iy intellekt modullarini web-platformaga integratsiya qilish ko‘p
bosqichli arxitekturani talab etadi. Frontend va backend o‘rtasidagi ma’lumot
almashinuvi API orqali amalga oshiriladi, analitik modul esa alohida hisoblash
qismida joylashadi. Bunday arxitektura modullilik va kengayuvchanlikni
ta’minlaydi.
Shu tariqa, sun’iy intellekt asosida milliy ta’lim web-resurslarini matematik
modellashtirish o‘quv jarayonini formalizatsiya qilish, adaptiv boshqaruvni joriy
etish va platforma samaradorligini oshirish imkonini beruvchi kompleks
yondashuv sifatida namoyon bo‘ladi.
Nazariy ahamiyati shundaki, tadqiqot ta’lim jarayonini formal matematik
model sifatida ifodalash, bilim darajasini dinamik baholash va o‘quv jarayonini
optimallashtirish mexanizmlarini aniqlashga imkon yaratadi. Amaliy ahamiyati esa
milliy ta’lim web-resurslarida adaptiv boshqaruvni joriy etish, test murakkabligini
avtomatik sozlash va o‘quvchining individual rivojlanish trayektoriyasini
shakllantirish orqali pedagogik jarayon sifatini sezilarli darajada oshirishdir[7].
Kelajak tadqiqotlarida modelni katta hajmdagi real vaqt ma’lumotlari bilan
sinovdan o‘tkazish, chuqur neyron tarmoqlar arxitekturasini kengaytirish, ko‘p
omilli pedagogik ko‘rsatkichlarni integratsiyalash hamda uzoq muddatli ta’sirni
baholash tavsiya etiladi. Shu bilan birga, turli fan yo‘nalishlarida modelning
221
moslashuvchanligini o‘rganish va ko‘p tilli platformalar uchun lokalizatsiya
imkoniyatlarini tadqiq etish dolzarb ilmiy yo‘nalish bo‘lib qoladi[9]
Xulosa va amaliy tavsiyalar: Sun’iy intellekt asosida milliy ta’lim webresurslarini matematik modellashtirish ta’lim jarayonini formal ifodalash, adaptiv
boshqaruvni joriy etish va platforma samaradorligini oshirish imkonini beruvchi
kompleks ilmiy yondashuv sifatida namoyon bo‘ladi.
Tadqiqotning nazariy ahamiyati ta’lim jarayonini formal matematik model
sifatida ifodalash, bilim darajasini dinamik baholash hamda o‘quv jarayonini
optimallashtirish mexanizmlarini aniqlash bilan belgilanadi. Amaliy ahamiyati esa
milliy ta’lim web-resurslarida adaptiv boshqaruvni joriy etish, test murakkabligini
avtomatik sozlash va o‘quvchining individual rivojlanish trayektoriyasini
shakllantirish orqali pedagogik jarayon sifatini oshirish imkoniyatida namoyon
bo‘ladi[8].
Kelgusida modelni katta hajmdagi real vaqt ma’lumotlari asosida sinovdan
o‘tkazish, chuqur neyron tarmoqlar arxitekturasini takomillashtirish, ko‘p omilli
pedagogik ko‘rsatkichlarni integratsiyalash hamda uzoq muddatli ta’sirni baholash
istiqbolli ilmiy yo‘nalishlar sifatida tavsiya etiladi[10].
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati
1. Богмаз И.В. Научно-методические основы базовой подготовки студентов
инженерно-строительных специальностей в условиях проективно-информационного
подхода 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (информатизация
образования). диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук.
Пермь. 2012. 313 стр.
2. Богомаз, И.В., Михайленко Л.П., Кухтецкий С.В., Компьютерный учебник по Т М
«Статика» (учебное пособие CD-R -Электронный ресурс) Красноярск, КрасГАСА,
/Statika/ HTM, 1998.
3. Shukurov Akmal Uktamovich, “Improving the base training of students of technical
osms based on the information design approach”. American Journal of Pedagogical and
Educational Research. Volume 18, November, 2023. 199-204 p.
4. Akmal Shukurov, “Texnika ixtisosliklari ta’limida axborotlarni loyihalashtirishda
axborot texnologiyalari fanini o‘qitishning zamonaviy metodlari”. “Ta’lim, fan va innovatsiya”.
ma’naviy-ma’rifiy, ilmiy-uslubiy jurnal (2024 yil № 1). 116-119-b.
5. Shukurov Akmal Uktamovich, “ Basic professional rules for students of a higher
educational institution in the design of information”. International Conference on Research in
Humanities, Applied Sciences and Education. Germany. February 27 th 2024. 8-14 p.
6. Shukurov A.U., “ Texnika ixtisosliklari otmida loyihali-axborot ta’lim tizimni
shakllantirish”. “Ta’limda zamonavty axborot-kommunikatsiya texnologiyalarini qo‘llash
afzalliklari, muammolari va yechimlari”. Respublika ilmiy-amaliy konferensiya 2024. 81-86 b.
7. Shukurov A.U. Didactic opportunities for the introduction of cloud technologies //
Electronic journal of actual problems of modern science, education and training. № 10/2.
Урганч, 2021. 29-35. http://khorezmscience.uz
8. Shukurov A. Its features and use in the educational process of web-technologies
Педагогика и психология в современном мире: теоретические и практические, 2021.
https://www.internauka.org/
9. WordPress Foundation. WordPress Codex and Developer Resources. WordPress.org,
2023.
10. Zend Technologies. Zend Framework Documentation. Zend Technologies Ltd., 2022.
222
EFFICIENCY OF MODERN ALGORITHMS IN CLUSTERING LARGE
DATASETS
Zafar Abdujabborov Abdusattorovich, PhD student
abdujabborovzafar518@gmail.com
Toshpulatov Abduhalil Oltiboyevich, PhD student
toshpulatov00701@gmail.com
Annotatsiya. Ushbu tadqiqotda katta hajmdagi ma’lumotlarni klasterlash
algoritmlarining qiyosiy tahlili keltiriladi. Xususan, K-means, DBSCAN hamda yangi 2025-yilgi
VDECAL usuli ko‘rib chiqilgan. Mazkur algoritmlarning matematik modellari, hisoblash
murakkabligi va ularning elektron tijorat hamda geofazoviy ma’lumotlar bilan ishlashdagi
samaradorligi baholanadi. Shuningdek, ularni amaliy qo‘llash bo‘yicha tavsiyalar ishlab
chiqiladi.
Kalit so‘zlar: Klasterlash, K-means algoritmi, DBSCAN algoritmi, VDECAL algoritmi,
Katta ma’lumotlar (Big Data), Mashinali o‘rganish.
Аннотация. В данной работе представлен сравнительный анализ алгоритмов
кластеризации больших данных, в частности K-means, DBSCAN и нового метода
VDECAL (2025). Рассматриваются математические модели алгоритмов, их
вычислительная сложность, а также эффективность применения при обработке
данных электронной коммерции и геопространственных данных. На основе проведённого
анализа разработаны практические рекомендации по их использованию.
Ключевые слова: кластеризация, K-means, DBSCAN, VDECAL, большие данные
(Big Data), машинное обучение.
Abstract. This study provides a comparative analysis of large-scale data clustering
algorithms, in particular K-means, DBSCAN, and the new 2025 VDECAL method. The
mathematical models of the algorithms, their computational complexity, and their effectiveness
in e-commerce and geospatial data are evaluated, and practical recommendations are
developed.
Keywords: Clustering, K-means, DBSCAN, VDECAL, Big Data, Machine Learning.
Introduction. In the era of modern information technologies, the continuous
stream of data generated every second necessitates their analysis and division into
meaningful groups. One of the most important tasks in unsupervised learning
within machine learning is clustering [5]. Clustering is the process of dividing a
given set of objects into groups in such a way that objects within the same group
(cluster) are similar to each other, while objects from different groups differ as
much as possible [4].
The relevance of this research lies in the fact that traditional clustering
algorithms, such as K-means or hierarchical methods, face a number of challenges
when working with today’s extremely large and high-dimensional datasets. In
particular, the growth in data volume and complexity increases the demand for
computational resources, which necessitates the development of more efficient,
scalable, and noise-resistant algorithms [2].
The aim of this research is to study the main methodological approaches to
clustering, analyze their mathematical models, and comparatively evaluate their
effectiveness in various fields, taking into account the latest trends of 2024–2025
[1]. The research objectives include the mathematical description of K-means and
DBSCAN algorithms, revealing their advantages and disadvantages, as well as
223
comparing their results in practical areas such as e-commerce, healthcare, and
geospatial analysis.
Main part
Theoretical Evolution of Clustering Algorithms
The development of clustering technologies has passed through several
stages. Early approaches were mainly distance-based, evaluating similarity
between objects using Euclidean distance or other metrics. However, over time,
changes in the nature of data led to the emergence of density-based, model-based,
and even deep learning-based methods [5].
Modern trends show that clustering is no longer limited to simply “grouping
points,” but also includes complex stages such as latent structure discovery,
anomaly detection, and embedding high-dimensional spaces. In particular, recent
2025 studies prioritize transforming texts into semantic embeddings using Large
Language Models (LLMs) and then clustering them to achieve higher-quality
results [5].
Mathematical Foundation of the K-means Algorithm and Lloyd’s
Algorithm
The K-means algorithm is centroid-based and divides a dataset into a
predefined number k of clusters. The goal of the algorithm is to minimize the sum
of squared distances between each point and its corresponding centroid (center),
i.e., inertia [4].
Mathematically, this process is expressed as the minimization of the
following objective function:
𝑘
𝐽 = ∑ ∑ ||𝑥 − μ𝑖 ||
2
(1)
𝑖=1 𝑥∈𝐶𝑖
Where:
• k — number of clusters;
• Ci — the set of data points belonging to the i-th cluster;
• μi — the mean value (centroid) of the points in cluster Ci .
The iterative process, also known as Lloyd’s algorithm, consists of the
following steps:
1. Initialization: Select k random centroids.
2. Assignment: Assign each data point to the nearest centroid (usually based
on Euclidean distance).
3. Update: Recalculate the centroid for each cluster (as the arithmetic mean
of all points in the cluster).
4. Repeat: Repeat steps 2 and 3 until the centroids no longer change or until
reaching the maximum number of iterations.
The K-means algorithm is very fast and works well with large datasets;
however, it has several disadvantages: the number of clusters k must be known in
advance, it can only detect spherical clusters, and it is highly sensitive to
anomalies.
DBSCAN: Density-Based Spatial Clustering
224
The DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with
Noise) algorithm considers clusters as regions of high point density. Its main
advantage is that the number of clusters does not need to be specified in advance,
and it can identify clusters of arbitrary (curved, elongated) shapes [6].
The algorithm operates using two main parameters:
• 𝜀 (Epsilon): defines the neighborhood radius of a point.
• MinPts (Minimum points): the minimum number of points required within
the ε radius to form a cluster.
DBSCAN divides points into three types:
• Core points - Points that have at least MinPts within their ε radius.
• Border points - Points that are not core points themselves but lie within
the neighborhood of a core point.
• Noise: Points that do not belong to either of the above categories.
Mathematically, DBSCAN is based on the concept of density reachability. If
point q can be reached from point p through a chain of core points, then q is said to
be density-reachable from p.
Table 1
Comparative analysis of K-means and DBSCAN algorithms
Indicator
K-means Clustering
DBSCAN Clustering
Cluster shape
Only spherical and convex
Arbitrary complex shapes
Parameters
Number of clusters (k)
Epsilon (𝜀) and MinPts
Handling
anomalies
Sensitive (anomalies shift
centroid)
Robust (labels anomalies as
noise)
Data density
Requires uniform density
May struggle with varying
densities
Computationa
l speed
Very fast, scalable
Slower for large and highdimensional data
2025 Innovation: VDECAL Algorithm
A major limitation of DBSCAN is the use of a single ε parameter for the
entire dataset, whereas real-world data may contain clusters with varying densities.
The VDECAL (Variable DEnsity Clustering Algorithm for Large datasets),
proposed in 2025, addresses this issue [3].
VDECAL introduces the following innovative steps:
1) Data partitioning: The large dataset is divided into manageable smaller
partitions for parallel processing.
2) Density variation detection: Within each partition, point density is
analyzed and adaptive density thresholds are established.
3) Cluster merging: Clusters found locally are merged at the global level,
and low-density regions are classified as noise.
Experimental results show that VDECAL operates 15–20% faster than
traditional DBSCAN on large datasets and achieves a higher Silhouette score.
Practical Applications Across Sectors
225
1. E-commerce and customer segmentation
Companies optimize their marketing strategies by grouping customers based
on purchasing behavior (Items purchased, Total spend, Satisfaction level). Using
K-means, it is possible to identify a group of “mass customers,” while DBSCAN is
more effective for identifying niche consumers or unusual purchases (anomalies).
2. Healthcare and classification of mental disorders
Recent 2025 studies successfully apply clustering algorithms to classify
symptoms of five common mental disorders (schizophrenia, depression, anxiety,
bipolar disorder, and eating disorder). Through clustering, hidden relationships
between patient symptoms are identified, expanding opportunities for personalized
treatment selection.
3. Geospatial analysis and real estate valuation
In Geographic Information Systems (GIS), clustering is used to create zones
based on house location and price. Studies show that incorporating clustering as a
preprocessing step into prediction models (Random Forest, LightGBM) can reduce
RMSE (Root Mean Squared Error) by up to 8.4%. In this context, specialized
algorithms such as SCMCA (Spatially Constrained Multivariate Clustering
Algorithm) yield high performance.
Conclusion and practical recommendations
Based on the analyses conducted on large-scale data clustering algorithms,
the following criteria for algorithm selection can be recommended. If the dataset is
extremely large and the clusters have a spherical shape, the K-means algorithm is
considered the fastest and most efficient solution. However, if the data contains
significant noise and the clusters have arbitrary geometric shapes, it is necessary to
use DBSCAN or its 2025 modification — VDECAL.
For parameter optimization, the accuracy of results can be improved by
determining the number of clusters for K-means using the ,,Elbow method’’, and
for DBSCAN by using the ,,k-distance graph’’.
In high-dimensional data, traditional distance metrics lose their effectiveness
(curse of dimensionality). In such cases, it is recommended to first transform the
data into embeddings and then apply Deep Clustering methods.
List of references
1. Aydinoglu, A.C., & Sisman, S. (2024). Integrating clustering methods into mass
appraisal workflows: A GIS-based approach. Journal of Artificial Intelligence Research, 16(3),
615-630.
2. Gupta, R., & Israni, S. (2024). Comparative Analysis of Clustering Techniques for
Customer Segmentation. International Journal of Advances in Engineering and Management
(IJAEM), 7(4), 34-43.
3. Ramírez-Díaz, A.J., Martínez-Trinidad, J.F., & Carrasco-Ochoa, J.A. (2025). A
Variable DEnsity Clustering Algorithm for Large datasets (VDECAL). Mathematics, 13(14),
2272. https://doi.org/10.3390/math13142272
4. Tojimamatov, I., & Tohirov, S. (2024). Main clustering methods and their
mathematical foundations. Science and Innovation in Education, (6), 112-118.
5. Yin, L., & Aryani, A. (2025). A Comprehensive Survey on Deep Clustering: Taxonomy,
Challenges, and Future Directions. ACM Computing Surveys, 57(1), 1-35.
226
6. Loganathan, M., & Reddy, K. (2024). K-Means and DBSCAN performance
comparison in e-commerce platforms. E-commerce Research, 43-62.
SUN'IY INTELLEKTGA ASOSLANGAN ENERGIYA SARFINI REAL
VAQT REJIMIDA MONITORING QILISH TIZIMLARINI TAHLIL
QILISH
Abdullayev Abbosjon Xasanboy o‘g‘li, FarDTU
“Elektronika va asbobsozlik“ kafedrasi doktoranti
abdullayevabbosjon@gmail.com
Annotatsiya. Mazkur maqolada korxona darajasida energiya sarfini real vaqt rejimida
monitoring qilish tizimlari bo‘yicha ilmiy adabiyotlar tahlil qilinadi hamda IoT sensorlari, edge
computing va sun’iy intellekt texnologiyalariga asoslangan konseptual model taklif etiladi.
Kalit so‘zlar: energiya monitoringi, sun’iy intellekt, IoT, edge computing, real vaqt
tizimi, energiya samaradorligi.
Аннотация. В статье проведён анализ научных исследований по системам
мониторинга энергопотребления на уровне предприятия в режиме реального времени. На
основе технологий IoT, граничных вычислений и искусственного интеллекта предложена
концептуальная модель интеллектуального мониторинга энергии
Ключевые слова: мониторинг энергопотребления, искусственный интеллект,
Интернет вещей, граничные вычисления, системы реального времени, энерго
эффективность.
Abstract. This paper analyzes existing research on real-time energy consumption
monitoring systems at the enterprise level. Based on IoT sensors, edge computing and artificial
intelligence technologies, a conceptual model for intelligent energy monitoring is proposed.
Key words: energy monitoring, artificial intelligence, IoT, edge computing, real-time
system, energy efficiency.
Kirish. So‘nggi yillarda energiya resurslaridan samarali foydalanish sanoat
korxonalarining strategik rivojlanishida muhim omilga aylandi. Global miqyosda
energiya iste’molining ortib borishi sanoat korxonalarida energiya boshqaruvini
optimallashtirish zaruratini kuchaytirmoqda. Xalqaro tadqiqotlar shuni
ko‘rsatadiki, ishlab chiqarish korxonalarida energiya xarajatlari umumiy operatsion
xarajatlarning 20–40% qismini tashkil etadi. Shu sababli energiya sarfini
monitoring qilish va optimallashtirish korxonalarning raqobatbardoshligini
oshirishda muhim rol o‘ynaydi.
An’anaviy energiya monitoring tizimlari ko‘pincha markazlashgan
arxitekturaga asoslangan bo‘lib, ma’lumotlarni yig‘ish va qayta ishlash jarayonida
sezilarli kechikishlar yuzaga keladi. Bu esa real vaqt rejimida qaror qabul qilish
imkoniyatlarini cheklaydi. Zamonaviy axborot texnologiyalari, xususan Internet of
Things (IoT), edge computing va sun’iy intellekt texnologiyalarining rivojlanishi
energiya monitoringi tizimlarini yangi bosqichga olib chiqmoqda.
Mazkur tadqiqotning maqsadi korxona darajasida energiya sarfini real vaqt
rejimida kuzatish va tahlil qilish imkonini beruvchi sun’iy intellekt asosidagi
konseptual monitoring modelini ishlab chiqishdan iborat.
Asosiy qism. Energiya monitoringi va boshqaruvi so‘nggi yillarda ilmiy
tadqiqotlarda keng o‘rganilayotgan yo‘nalishlardan biridir. Ko‘plab tadqiqotlar
227
sanoat korxonalarida energiya samaradorligini oshirish uchun IoT
texnologiyalaridan foydalanish samarali ekanligini ko‘rsatadi.
Masalan, Gubbi va boshqalar (2013) tomonidan taklif etilgan IoT
arxitekturasi sanoat tizimlarida sensor tarmoqlari orqali real vaqt ma’lumot yig‘ish
va monitoring imkonini yaratadi. Bu texnologiya sanoat uskunalarining energiya
iste’molini doimiy kuzatish uchun asos bo‘lib xizmat qiladi.[1]
Shuningdek, Zhang va boshqalar (2023) tomonidan o‘tkazilgan tadqiqotda
IoT sensorlari yordamida sanoat uskunalarining energiya iste’molini real vaqt
rejimida monitoring qilish tizimi taklif qilingan. Tadqiqot natijalariga ko‘ra,
bunday tizimlar energiya sarfini aniqlash va optimallashtirish imkonini beradi, shu
bilan birga ishlab chiqarish jarayonlarida samaradorlikni oshiradi.[2]
Edge computing texnologiyasi ham bu sohada muhim rol o‘ynaydi. Shi va
boshqalar (2016) ma’lumotlarni lokal (chekka) qayta ishlash orqali tizim
kechikishini kamaytirishni ko‘rsatgan. Jisheng Huang va boshqalar olib borilgan
tadqiqotda edge computing texnologiyasining energiya monitoring tizimlaridagi
roli tahlil qilingan. Mualliflarning ta’kidlashicha, edge computing ma’lumotlarni
sensorlarga yaqin joyda qayta ishlash imkonini beradi va tarmoqdagi yuklamani
kamaytiradi, natijada real vaqt monitoring yanada samarali bo‘ladi.[5]
Sun’iy intellekt texnologiyalari ham energiya boshqaruvi sohasida keng
qo‘llanilmoqda. Zhao va boshqalar (2021) sun’iy intellekt algoritmlari yordamida
energiya sarfini optimallashtirish va samaradorlikni oshirish mumkinligini
ta’kidlagan. [6]
LSTM (Long Short-Term Memory) va boshqa chuqur o‘rganish algoritmlari
vaqt qatorlari bo‘yicha energiya sarfini prognozlashda yuqori aniqlikni
ta’minlaydi. Bundan tashqari, Isolation Forest va boshqa anomaliya aniqlash
algoritmlari sanoat uskunalaridagi samarasiz ishlash jarayonlarini aniqlash
imkonini beradi, bu esa nosozliklarni oldindan oldini olish va energiya
yo‘qotishlarini kamaytirishga yordam beradi.
Aqlli ishlab chiqarish (smart manufacturing) kontekstida Liu va boshqalar
(2019) AI va data analytics yordamida energiya boshqaruvini yaxshilash
mumkinligini ko‘rsatgan. Susto va boshqalar (2015) mashinaviy o‘rganish
algoritmlari orqali uskunalar holatini prognozlash va nosozliklarni oldindan
aniqlash (predictive maintenance) imkoniyatini ta’kidlagan.
Shunday qilib, IoT sensorlari, edge computing va sun’iy intellektning
integratsiyasi sanoatda real vaqt energiya monitoringi, sarfni optimallashtirish va
samaradorlikni oshirish uchun kuchli vosita bo‘lib xizmat qiladi. Bu texnologiyalar
birgalikda ishlatilganda, energiya resurslarini tejash, ishlab chiqarish jarayonlarini
avtomatlashtirish va ekologik samaradorlikni ta’minlash mumkin.
So‘nggi tadqiqotlar shuni ko‘rsatadiki, IoT, edge computing va sun’iy
intellekt texnologiyalarining integratsiyasi energiya monitoringi tizimlarining
samaradorligini sezilarli darajada oshiradi. Shu bilan birga, ko‘plab tadqiqotlarda
korxona darajasida ushbu texnologiyalarni kompleks integratsiyalashga
bag‘ishlangan konseptual modellar yetarli darajada ishlab chiqilmagan.
228
Taklif etilayotgan konseptual model. Adabiyotlar tahliliga asoslanib,
korxona darajasida energiya sarfini real vaqt rejimida monitoring qilish uchun uch
qatlamli konseptual arxitektura taklif etiladi.
Birinchi qatlam ma’lumotlarni yig‘ish qatlami hisoblanadi. Ushbu qatlam
ishlab chiqarish uskunalariga o‘rnatilgan IoT sensorlari orqali energiya iste’moli,
kuchlanish, tok kuchi, quvvat omili va boshqa texnologik parametrlarni yig‘ishni
ta’minlaydi. Sensorlardan olingan ma’lumotlar tarmoq orqali monitoring tizimiga
uzatiladi.
Ikkinchi qatlam edge computing qatlami bo‘lib, u sensorlardan kelayotgan
ma’lumotlarni dastlabki qayta ishlash uchun xizmat qiladi. Ushbu bosqichda
ma’lumotlar filtrlanadi, agregatsiya qilinadi va tahlil uchun tayyorlanadi. Edge
computing texnologiyasi markaziy serverga uzatiladigan ma’lumotlar hajmini
kamaytiradi hamda tizimning javob vaqtini tezlashtiradi.
Uchinchi qatlam analitik qatlam bo‘lib, unda sun’iy intellekt algoritmlari
yordamida ma’lumotlar chuqur tahlil qilinadi. Ushbu bosqichda energiya sarfi
prognozlanadi, anomaliyalar aniqlanadi va energiya sarfini optimallashtirish
bo‘yicha tavsiyalar ishlab chiqiladi.
1-jadval
Energiya monitoringi tizimlari bo‘yicha ilmiy tadqiqotlar tahlili
Muallif (yil)
Tadqiqot
yo‘nalishi
Qo‘llanilgan
texnologiya
Gubbi et al.
(2013)
IoT
arxitekturasi
IoT sensor
tarmoqlari
Shi et al.
(2016)
Edge
computing
Susto et al.
(2015)
Predictive
maintenance
Edge
arxitekturasi
Mashinaviy
o‘rganish
algoritmlari
Zhao et al.
(2021)
Energiya
boshqaruvi
Sun’iy
intellekt
algoritmlari
Liu et al.
(2019)
Smart
manufacturing
AI va data
analytics
Asosiy natija
IoT texnologiyalari real vaqt
ma’lumot yig‘ish va monitoring
imkonini yaratadi
Ma’lumotlarni lokal qayta ishlash
orqali tizim kechikishi kamayadi
Uskuna holatini prognozlash va
nosozliklarni oldindan aniqlash
mumkin
AI energiya sarfini
optimallashtirish va
samaradorlikni oshirishga yordam
beradi
Aqlli ishlab chiqarishda energiya
boshqaruvini yaxshilash mumkin
1-jadval energiya monitoringi va boshqaruvi bo‘yicha mavjud ilmiy
tadqiqotlarni umumlashtiradi. Tahlil natijalari shuni ko‘rsatadiki, IoT sensorlari,
edge computing va sun’iy intellekt texnologiyalarining integratsiyasi energiya
monitoringi tizimlarining samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Taklif etilayotgan model korxona energiya boshqaruvi tizimining
samaradorligini oshirishga qaratilgan bo‘lib, kelajakda amaliy tajribalar orqali
sinovdan o‘tkazilishi rejalashtirilmoqda.
Adabiyotlar tahlili shuni ko‘rsatadiki, energiya monitoringi tizimlarida
sun’iy intellekt texnologiyalaridan foydalanish energiya samaradorligini oshirishda
muhim rol o‘ynaydi. IoT sensorlari yordamida yig‘ilgan katta hajmdagi
229
ma’lumotlarni tahlil qilish orqali ishlab chiqarish jarayonlaridagi energiya
yo‘qotishlarini aniqlash mumkin.
Taklif etilgan konseptual model IoT, edge computing va sun’iy intellekt
texnologiyalarini integratsiyalash orqali korxona darajasida energiya monitoringi
tizimini samarali tashkil etish imkonini beradi. Ushbu modelni amaliyotga joriy
etish energiya sarfini optimallashtirish, texnik xizmat ko‘rsatish jarayonlarini
takomillashtirish hamda ishlab chiqarish samaradorligini oshirishga xizmat qilishi
mumkin.
Xulosa. Mazkur tadqiqotda korxona darajasida energiya sarfini real vaqt
rejimida monitoring qilish tizimlari bo‘yicha mavjud ilmiy tadqiqotlar tahlil
qilindi. Adabiyotlar tahlili asosida IoT sensorlari, edge computing va sun’iy
intellekt texnologiyalarini integratsiyalashga asoslangan konseptual model taklif
etildi.
Taklif etilgan model energiya sarfini uzluksiz monitoring qilish,
ma’lumotlarni tezkor tahlil qilish va energiya samaradorligini oshirish uchun zarur
bo‘lgan qarorlarni qabul qilish imkonini beradi. Kelajakdagi tadqiqotlarda ushbu
modelni real sanoat korxonalarida sinovdan o‘tkazish va sun’iy intellekt
algoritmlarini optimallashtirish rejalashtirilmoqda.
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati:
1. Gubbi, J., Buyya, R., Marusic, S., & Palaniswami, M. (2013). Internet of Things (IoT): A
vision, architectural elements, and future directions. Future Generation Computer Systems, 29(7), 1645–
1660.
2. Zhang, Y., Wang, J., & Zhang, X. (2022). Real-time energy monitoring and optimization in
industrial systems using IoT technologies. Energy Reports, 8, 1234–1242.
3. Shi, W., Cao, J., Zhang, Q., Li, Y., & Xu, L. (2016). Edge computing: Vision and challenges.
IEEE Internet of Things Journal, 3(5), 637–646.
4. Susto, G.A., Schirru, A., Pampuri, S., McLoone, S., & Beghi, A. (2015). Machine learning for
predictive maintenance: A multiple classifier approach. IEEE Transactions on Industrial Informatics,
11(3), 812–820.
5. Jisheng Huang ,Shanshan Chjou , Guangming Li Qiang Shen 2025. Real-time monitoring and
optimization methods for user-side energy management based on edge computing. Sci Rep 15, 24890
(2025)
6. Zhao, H., Li, X., & Wang, Y. (2021). Artificial intelligence-based energy management system
for industrial applications. Applied Energy, 285, 116459.
7. Li, S., Xu, L. D., & Zhao, S. (2015). The Internet of Things: A survey. Information Systems
Frontiers, 17(2), 243–259.
8. Khan, W.Z., Rehman, M.H., Zangoti, H.M., Afzal, M.K., Armi, N., & Salah, K. (2020).
Industrial internet of things: Recent advances, enabling technologies and open challenges. Computers &
Electrical Engineering, 81, 106522.
9. Liu, X., Nielsen, P. S., & Jensen, S. O. (2019). Artificial intelligence for energy management in
smart manufacturing: A review. Journal of Cleaner Production, 232, 1482–1495.
NANOO‘LCHAMLI KO‘P QATLAMLI KOMPOZIT
STRUKTURALARDA DEFORMATSIYA JARAYONLARINI
MATEMATIK MODELLASHTIRISH
Abdullayev Abdubakir, Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU,
Elektronika va radiotexnika kefedrasi assistenti abdullayev@tuit.uz
Sobirov Ro‘ziali, Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU,
Radio va mobil aloqa fakulteti talabasi rozialisobirov021@gmail.com
Ahmedov Shoxijahon, Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU,
230
Radio va mobil aloqa fakulteti talabasi shoxijahon004@gmail.com
Annotatsiya. Nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli kompozit strukturalarda deformatsiya
jarayonlari matematik modellashtirilgan. Interfeys zonalari va nanoo‘lcham effektlari hisobga
olinib, chekli ayirmali usul yordamida har bir qatlam bo‘yicha deformatsiya va egilish
kuchlanishi taqsimoti tahlil qilingan. Natijalar markaziy hududda maksimal og‘ish, chekka va
interfeys zonalarda esa kuchlanish konsentratsiyasini ko‘rsatdi. 3D kontur modellashtirish
qatlamlararo fazoviy taqsimotni vizual tarzda tasdiqladi. Olingan natijalar ilgari tadqiq etilgan
modellarga mos kelib, nanoo‘lchamli kompozit elementlarning mexanik barqarorligini
prognozlash va dizayn jarayonlari uchun nazariy asos yaratadi.
Kalit so‘zlar: nanoo‘lchamli kompozitlar, ko‘p qatlamli struktura, deformatsiya, ko‘p
maydonli modellashtirish, interfeys effekti, egilish kuchlanishi, chekli elementlar usuli.
Аннотация. Математическое моделирование процессов деформации в
наномасштабных многослойных композитных структурах. Учитывая граничные зоны и
наномасштабные эффекты, распределение деформационных и изгибающих напряжений
по каждому слою было проанализировано методом конечных разностей. Результаты
показали максимальное отклонение в центральной зоне и концентрацию напряжений в
периферийной и интерфейсной зонах. 3D-контурное моделирование визуально
подтвердило межслойное пространственное распределение. Полученные результаты
согласуются с ранее изученными моделями и обеспечивают теоретическую основу для
прогнозирования механической устойчивости нано композиционных элементов и
процессов проектирования.
Ключевые слова: нанокомпозиты, многослойная структура, деформация,
многополевое моделирование, интерфейсный эффект, изгибающее напряжение, метод
конечных элементов.
Abstract. Mathematical modeling of deformation processes in nanoscale multilayer
composite structures. Taking into account interface zones and nanoscale effects, the distribution
of deformation and bending stresses across each layer was analyzed using the finite difference
method. The results showed maximum deviation in the central zone and stress concentration in
the peripheral and interface zones. 3D contour modeling visually confirmed the interlayer
spatial distribution. The obtained results are consistent with previously studied models and
provide a theoretical basis for predicting the mechanical stability of nanoscale composite
elements and design processes.
Key words: nanoscale composites, multilayer structure, deformation, multi-field modeling,
interface effect, bending stress, finite element method.
Kirish. Nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli kompozit strukturalar zamonaviy
mikro- va nanoelektronika, sensor tizimlar, xotira qurilmalari hamda funksional
qoplamalarda keng qo‘llanilmoqda. Bunday materiallarning mexanik xossalari
qatlam qalinligi, interfeys zonalarining xususiyatlari va ko‘p maydonli (mexanik,
elektromagnit, issiqlik) o‘zaro ta’sirlar bilan belgilanadi. Nano miqyosda
deformatsiya jarayonlari o‘lcham effekti va nochiziqli xatti-harakat tufayli klassik
elastiklik nazariyasini takomillashtirishni talab etadi. Shu sababli qatlamli
nanokompozitlarda kuchlanish-deformatsiya holatini aniqlash va barqarorlikni
baholash dolzarb ilmiy masala hisoblanadi.
Ko‘p qatlamli qobiq va plastinalarda deformatsiya hamda barqarorlik
masalalari sonli modellashtirish asosida o‘rganilgan bo‘lib, kvazistatik va dinamik
yuklanish sharoitida samarali algoritmlar ishlab chiqilgan [1]. Nanoo‘lchamli
metall ko‘p qatlamli kompozitlarda esa mustahkamlik va plastiklik
mexanizmlarining qatlam qalinligiga sezgirligi aniqlangan [2]. Nanomexanika
231
sohasidagi tadqiqotlar miqyoslararo bog‘lanishlarni hisobga olish zarurligini
ko‘rsatadi [3].
Elektromagnit maydon ta’sirida yuzaga keluvchi magnitoelastik
deformatsiyalar tok o‘tkazuvchi plastinalar va qatlamli elementlarda tahlil qilingan
[4,5]. Qatlamli qobiqlarning magnit maydondagi deformatsiyasini matematik
modellashtirish bo‘yicha natijalar ko‘p maydonli tenglamalar tizimini yechish
muhimligini tasdiqlaydi [6]. Zamonaviy no-lokal va kvazikontinyum yondashuvlar
murakkab arxitekturali strukturalarni samarali modellashtirish imkonini beradi [7].
Eksperimental va raqamli usullarni uyg‘unlashtirish esa ko‘p qatlamli
kompozitlarda deformatsiya maydonlarini aniqlash samaradorligini oshiradi [8,9].
Adabiyotlar tahlili shuni ko‘rsatadiki, nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli
strukturalarda interfeys effektlari, o‘lcham omili va ko‘p maydonli bog‘lanishlarni
kompleks hisobga oluvchi yagona matematik model yetarlicha ishlab chiqilmagan.
Mazkur ishda ushbu omillarni integrallashgan holda ifodalovchi deformatsiya
modeli shakllantirilib, tegishli chegaraviy masala sonli usullar asosida tahlil
qilinadi.
Asosiy qism. Mazkur tadqiqotda nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli kompozit
strukturaning deformatsiya jarayoni uzluksiz muhit mexanikasi doirasida, o‘lcham
effektlarini hisobga olgan holda modellashtiriladi. Strukturani 𝑁 ta qatlamdan
tashkil topgan, har bir qatlam qalinligi ℎ𝑘 elastiklik moduli 𝐸𝑘 , Puasson
koeffitsiyenti 𝜈𝑘 va zichligi 𝜌𝑘 bilan tavsiflanadigan ko‘p qatlamli plastina (yoki
qobiqning tekis elementi) sifatida qaraladi. Chetki zonalarida mexanik uzluksizlik
shartlari va siljishning mosligi ta’minlanadi.
Deformatsiya jarayoni kichik siljishlar farazida quyidagi muvozanat
tenglamasi bilan ifodalanadi:
𝜕2𝒖
∇∙𝝈+𝐟 =𝜌 2 ;
(1)
𝜕𝑡
Bu yerda, 𝝈 – kuchlanish tenzori, 𝒖 = (𝑢, 𝜐, 𝑤) – siljish vektori, 𝐟 – tashqi kuchlar
vektori.
Har bir qatlam uchun Guk qonuni umumlashtirilgan ko‘rinishda quyidagicha:
𝜎 (𝑘) = 𝐶 (𝑘) : 𝜀 (𝑘) ;
(2)
(𝑘)
Bu yerda, 𝐶 - qatlamning elastiklik tenzori, 𝜀 – deformatsiya tensori:
1
𝜀 = (∇𝒖 + (∇𝒖)𝑇 ).
(3)
2
Nanoo‘lcham effekti hisobga olinishi uchun modellashtirishga no-lokal
qo‘shimcha had kiritiladi:
𝝈 − 𝑙 2 ∇2 𝝈 = 𝑪: 𝜺;
(4)
Bu yerda 𝑙 - ichki xarakteristik uzunlik parametri. (1), (2), (3) va (4) ifodalar asosiy
tenglamalar hisoblanadi.
Nazariy tahlil uchun ko‘ndalang yo‘nalishda egilish ustunlik qiluvchi ko‘p
qatlamli plastina uchun quyidagi to‘rtinchi tartibli differensial tenglama olinadi:
𝜕4𝑤
𝐷 4 = 𝑞(𝑥);
(5)
𝜕𝑥
232
Bu yerda 𝑤(𝑥) –og‘ish funksiyasi, 𝐷 = ∑𝑁
𝑘−1 𝐸𝑘 𝐼𝑘 – ekvivalent egilish qattiqligi,
𝑞(𝑥) – taqsimlangan yuklama. (1), (2), (3), (4) ifodalar asosiy tenglamalarga (5)
ifodalar birgalikda matematik modelni hosil qilinadi.
Chekli ayirmali usul qo‘llagan holda, hisoblash sohasi 𝑥 ∈ [0, 𝐿] intervalda
bir xil qadam bilan diskretlashtiriladi:
𝐿
𝑥𝑖 = 𝑖ℎ, ℎ =
,
𝑖 = 0,1, … , 𝑀.
𝑀
To‘rtinchi tartibli hosila markaziy ayirma orqali quyidagicha approksimatsiya
qilinadi:
𝜕4𝑤
𝑤𝑖−2 − 4𝑤𝑖−1 + 6𝑤𝑖 − 4𝑤𝑖+1 + 𝑤𝑖+2
≈
.
(6)
|
𝜕𝑥 4 𝑥
ℎ4
𝑖
Natijada differensial tenglama quyidagi algebraik tenglamalar sistemasiga
keltiriladi:
𝐷
𝑤𝑖−2 − 4𝑤𝑖−1 + 6𝑤𝑖 − 4𝑤𝑖+1 + 𝑤𝑖+2
= 𝑞𝑖 .
ℎ4
(7)
Chegaraviy shartlar:
𝑤(0) = 0; 𝑤 ′ (0) = 0; 𝑤(𝐿) = 0; 𝑤 ′ (𝐿) = 0;
(8)
mos ayirmali formulalar bilan ifodalanadi.
Hosil bo‘lgan chiziqli algebraik tenglamalar sistemasini matritsali ko‘rinishda
𝐴𝑤 = 𝑞
(9)
yechish orqali og‘ish qiymatlari aniqlanadi. Dinamik masala uchun vaqt bo‘yicha
ham diskretlashtirish qo‘llanilib, markaziy ayirma sxemasi ishlatiladi:
𝜕 2 𝑤 𝑤𝑖𝑛+1 − 2𝑤𝑖𝑛 + 𝑤𝑖𝑛−1
≈
.
𝜕𝑡 2
∆𝑡 2
(10)
Hisoblash algoritmi quyidagicha amalga oshirladi: birinchi, geometrik va
material parametrlarini kiritiladi; ikkinchi, qatlamlararo uzluksizlik shartlari
belgilanadi; uchinchi, fazoviy diskretlashtirish (FDM) amalga oshiriladi; to‘rtinchi,
chegaraviy shartlarni implementatsiya qilish amalga oshiriladi; beshinchi,
algebraik sistemani iteratsion usullar bilan yechish amalga oshiriladi; oltinchi,
kuchlanish va deformatsiya taqsimotini tiklash bajariladi.
Taklif etilgan chekli ayirmali sxema nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli
strukturalarda kuchlanish konsentratsiyasi va interfeys ta’sirini yuqori aniqlikda
baholash imkonini beradi. Hisoblash algoritmi soddaligi sababli parametrik
tahlillar o‘tkazish va material xossalarining o‘zgarishini tezkor baholash mumkin.
1-rasm. Nanoo‘lchamli kompozit struktura deformatsiyasi tasimoti
233
2-rasm. Nanoo‘lchamli kompozit struktura kuchlanishi tasimoti
3-rasm. Kontur deformatsiyasining 3D vizuallashtirilgan ko‘rinishi
Olingan natijalar ko‘p qatlamli nanoo‘lchamli kompozit plastinaning
deformatsiya va kuchlanish taqsimotini aniq aks ettiradi. 1-rasmdan ko‘rinib
turibdiki, har bir qatlam bo‘yicha maksimal og‘ish markaziy hududda yuzaga
keladi, qatlam qattiqligi ortishi bilan egilish amplitudasi kamayadi. 2-rasmda
kuchlanish taqsimotini ko‘rsatib, qatlamlararo interfeys effektlari kuchlanish
konsentratsiyasini oshirayotganini tasdiqlaydi. Eng yuqori kuchlanish chekka
qismda, interfeys zonalarida yig‘iladi, bu nanoo‘lchamli kompozitlarda mikroyoriq
va qatlamlararo siljish ehtimolini ko‘rsatadi.
3-rasmdagi 3D kontur deformatsiyasi qatlamlararo taqsimot va og‘ish
simmetriyasini vizual ravishda tasdiqlaydi, olingan natijalar Bazhenov va boshq.
[1] va Nugraha va boshq. [8] tadqiqotlari bilan mos keladi. Ularning ishlarida ham
ko‘p qatlamli strukturalarda maksimal egilish markazda, kuchlanish esa chekka
zonalarda yig‘ilishi qayd etilgan. Shu bilan birga, bizning model interfeys
yumshoqligi va nanoo‘lcham effektlarini hisobga olgan holda, sonli natijalarning
aniqligini oshirdi. Bu yondashuv yuqori aniqlikdagi nanoo‘lchamli kompozit
elementlarning mexanik barqarorligini prognozlash imkonini beradi.
Xulosa. Nanoo‘lchamli ko‘p qatlamli kompozit strukturalarda deformatsiya
jarayonlarini modellashtirish uchun interfeys zonalari va nanoo‘lcham effektlari
hisobga olingan chekli ayirmali usul qo‘llanildi. Sonli natijalar har bir qatlam
234
bo‘yicha deformatsiya va egilish kuchlanishi taqsimotini aniqladi: maksimal og‘ish
markaziy hududda, kuchlanish esa interfeys va chekka zonalarda yig‘ilishi
kuzatildi. 3D kontur modellashtirish qatlamlararo fazoviy taqsimot va simmetriya
xususiyatlarini vizual tarzda tasdiqladi. Olingan natijalar ilgari olib borilgan
tadqiqotlar bilan mos kelib, interfeys va nanoo‘lcham effektlarini bir vaqtning
o‘zida hisobga olgan holda yanada yuqori aniqlikni ta’minlaydi. Taklif etilgan
yondashuv nanoo‘lchamli kompozit elementlarning mexanik ishonchliligini
baholash, kuchlanish konsentratsiyasi va barqarorlikni prognozlashda samarali
vosita bo‘lib xizmat qiladi.
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati.
1. Bazhenov, V.G., Linnik, E.Y., Nagornykh, E.V., & Samsonova, D.A. (2024). Numerical
modeling of deformation and buckling of multilayer shells of revolution under combined quasistatic and dynamic loading. Mathematics. Mechanics. Informatics, 24(1), 14–27.
https://doi.org/10.18500/1816-9791-2024-24-1-14-27
2. Ebrahimi, M., Luo, B., Wang, Q., & Attarilar, S. (2024). High-Performance Nanoscale
Metallic Multilayer Composites: Techniques, Mechanical Properties and Applications.
Materials, 17(9), 2124. https://doi.org/10.3390/ma17092124
3. Han, S.M., Gianola, D.S., Portela, C.M., et al. (2025). 50 years of nanomechanics:
Scale-bridging mechanistic insights through the looking glass. MRS Bulletin, 50, 1505–1518.
https://doi.org/10.1557/s43577-025-01000-y
4. Indiaminov, R., & Abdullaev, A. (2022). Simulation of magnetoelastic deformation of a
plate in an alternating magnetic field. ISJ Theoretical & Applied Science, 1(105), 751-755.
https://dx.doi.org/10.15863/TAS.2022.01.105.55
5. Indiaminov, R., Narkulov, A., Yusupov, N., Zarpullaev, U., Abdullaev, A., & Rustamov,
S. (2022, June). Nonlinear strain of a current-conducting annular plate in a magnetic field. In
AIP Conference Proceedings (Vol. 2467, No. 1, p. 060026). AIP Publishing LLC.
https://doi.org/10.1063/5.0092485
6. Indiaminov, R., Shodmonov, J., Narkulov, A., Butaev, R., Kholjigitov, S., & Abdullaev,
A. (2024, May). Mathematical modeling of layered shells strain in magnetic field. In AIP
Conference Proceedings (Vol. 3147, No. 1, p. 030009). AIP Publishing LLC.
https://doi.org/10.1063/5.0210314
7. Li, Z., Yang, F., & Yang, Q. (2025). A Generalized Non-local Quasicontinuum
Approach for Efficient Modeling of Architected Truss-based Lattice Structures. CMES-Computer
Modeling in Engineering & Sciences, 142(2). https://doi.org/10.32604/cmes.2025.060222
8. Nugraha, A.D., Setiawan, F., Khotami, M.Z., and all. (2025). Experimental, numerical,
and DIC analysis of high-performance VPP composites with multilayer glass fiber
reinforcement. Scientific Reports, 15, 41081. https://doi.org/10.1038/s41598-025-25027-y
9. Shodmonov, J., & Abdullaev, A. (2022). Tok o‘tkazuvchi mikroelementning
magnitoelastik
tebranishi.
Science
and
innovation,
1(A4),
52-55.
https://doi.org/10.5281/zenodo.6873133
G‘OVAK MUHITLARDA GAZ FILTRATSIYA JARAYONINI SUN’IY
INTELLEKT ASOSIDA MATEMATIK MODELLASHTIRISH BO‘YICHA
TADQIQOTLAR TAHLILI
Abduqaxxarov Abduqaxxor Azimxo‘ja o‘g‘li, magistrant
E-mail: otabek6973@gmail.com
Annotatsiya. Mazkur tahliliy tezisda g‘ovak muhitlarda nostatsionar gaz filtratsiyasi
jarayonlarini matematik modellashtirishning nazariy asoslari, sonli usullardagi hisoblash
235
murakkabliklari va sun’iy intellekt asosidagi Physics-Informed Neural Networks yordamida
samaradorlikni oshirish masalalari keng qamrovda tahlil qilinadi. Gibrid model konsepsiyasi va
amaliy qo‘llanilishi yoritiladi.
Kalit so‘zlar: g‘ovak muhit, gaz filtratsiyasi, matematik modellashtirish, Physics-Informed
Neural Networks (PINN), gibrid model.
Аннотация. В данной аналитической работе рассматриваются теоретические
основы математического моделирования нестационарной газовой фильтрации в
пористых средах, вычислительные сложности численных методов и повышение
эффективности с применением Physics-Informed Neural Networks. Освещаются концепция
гибридной модели и её практическое применение.
Ключевые слова: пористая среда, газовая фильтрация, математическое
моделирование, Physics-Informed Neural Networks (PINN), гибридная модель.
Abstract. This analytical thesis examines the theoretical foundations of mathematical
modeling of non-stationary gas filtration in porous media, computational challenges of
numerical methods, and efficiency enhancement using Physics-Informed Neural Networks. The
hybrid model concept and its practical implementation are also discussed.
Key words: porous media, gas filtration, mathematical modeling, Physics-Informed Neural
Networks (PINN), hybrid model.
Kirish. Raqamli iqtisodiyot sharoitida energetika, geologiya va sanoat
tizimlarida murakkab fizik jarayonlarni aniq prognozlash va samarali boshqarish
zarurati tobora ortib bormoqda. Ayniqsa, neft-gaz konlarida gazning g‘ovak jinslar
orqali harakati ko‘plab omillar bosim, harorat, to‘yinish darajasi, g‘ovaklik va
o‘tkazuvchanlik kabi parametrlar bilan belgilanadi. Ushbu jarayon odatda
nostatsionar va nolinеar xarakterga ega bo‘lib, fazoviy heterogenlik bilan
murakkablashadi. Bunday tizimlarni tahlil qilish va prognozlashda matematik
modellashtirish qaror qabul qilish, resurslardan oqilona foydalanish hamda
texnologik xavflarni kamaytirishning muhim ilmiy vositasi hisoblanadi.
Amaliyotda g‘ovak muhitlarda gaz oqimini modellashtirish uchun klassik sonli
usullar chekli ayirmalar (FDM), chekli elementlar (FEM) va chekli hajmlar (FVM)
metodlari keng qo‘llaniladi. Biroq katta o‘lchamli uch o‘lchamli modellar va
murakkab chegaraviy shartlar mavjud bo‘lgan hollarda hisoblash xarajatlari
sezilarli darajada ortadi, bu esa real vaqt rejimida prognozlash imkoniyatlarini
cheklaydi. Shu sababli, hisoblash samaradorligini oshiruvchi va fizik qonunlarni
to‘g‘ridan-to‘g‘ri hisoblash jarayoniga integratsiya qiluvchi muqobil
yondashuvlarni ishlab chiqish dolzarb ilmiy masalalardan biri hisoblanadi. Mazkur
ishning maqsadi g‘ovak muhitlarda nostatsionar gaz filtratsiyasi jarayonlarini
modellashtirishda sun’iy intellektga asoslangan Physics-Informed Neural
Networks (PINN) yondashuvining samaradorligini tahlil qilish hamda gibrid model
konsepsiyasining amaliy qo‘llanish imkoniyatlarini asoslashdan iborat. [1].
Matematik model. Gaz filtratsiyasi massaning saqlanish qonuni asosida
ifodalanadi:
( )
+ ( v) = q
t
(1)
Bu yerda φ — g‘ovaklik, ρ — gaz zichligi, v — filtratsiya tezligi, q —
manba/iste’mol (quduq) funksiyasi.
236
v=−
k
p
(2)
Bu yerda k — o‘tkazuvchanlik, μ — dinamik yopishqoqlik, p — bosim.
= (p,T)
RMSE =
(3)
1 N i
(p num − pi ref )2
N i =1
(p
RMSE =
num
− p ref )
(4)
2
N
(5)
Gaz filtratsiyasining boshqaruvchi tenglamalari vaqt va fazo bo‘yicha
diskretlashtiriladi.
Implicit vaqt sxemasi:
n +1 − n
t
+ ( v) n +1 = q n +1
(6)
Markaziy fazoviy ayirma:
p pi +1 − pi −1
x
2x
(7)
Chekli hajmlar usulida integral ko‘rinish qo‘llaniladi:
V
( )
dV + S ndS = qdV
t
V
(8)
FVM massaning saqlanish qonunini diskret darajada to‘liq ta’minlaydi va
oqim masalalarida ustunlikka ega. Implicit sxemalarda F (pn+1 ) = 0 ko‘rinishidagi
nolinеar algebraik sistema hosil bo‘ladi. Newton–Raphson iteratsiyasi:
J (pk ) p = − F(pk )
(9)
k +1
k
p = p + p
(10)
Katta o‘lchamli 3D modellar uchun GMRES, BiCGSTAB kabi Krylov
metodlari qo‘llaniladi. Hisoblash murakkabligi O(N^1.5 – N^2) diapazonda
bo‘lishi mumkin. Gaz filtratsiyasi jarayonida zichlik va o‘tkazuvchanlik ko‘pincha
bosimga bog‘liq bo‘ladi. Shu sababli modelni yanada aniqlashtirish uchun
parametrlarning bosimga funksional bog‘liqligi kiritiladi.
= ( p) ; k = k ( p) ; = ( p) .
Agar gaz siqiluvchan deb qaralsa, zichlik quyidagicha ifodalanadi:
(p) = 0 exp(c(p− p0 ))
bu yerda c — siqiluvchanlik koeffitsienti.
Natijada boshqaruvchi tenglama nolinеar diffuziya tipidagi tenglamaga
aylanadi:
c (p)
p
k (p) (p)
−(
p) = q
t
(p)
Bu tenglama kuchli nolinеar xarakterga ega bo‘lib, Newton iteratsiyasi yoki
adaptiv vaqt qadamli implicit sxemalar orqali yechiladi. Bosimga bog‘liq model
quyidagi afzalliklarga ega:
- Real kon sharoitiga yaqinlashadi;
237
- Siqiluvchanlik effektini hisobga oladi;
- Yuqori bosim zonalarida aniqlikni oshiradi.
Bu tenglamalar fizik qonuniyatlarni ifodalaydi. Parametr identifikatsiyasi
teskari masala sifatida qaraladi va foydalaniladi [2]. PINN yondashuvi differensial
tenglamalarni neyron tarmoq orqali yechadi va fizik qoldiqni yo‘qotish
funksiyasiga qo‘shadi [1-3]. Ko‘p fazali oqimlar uchun ham PINN samaradorligi
tasdiqlangan [4]. Fourier Neural Operator kabi metodlar yuqori o‘lchamli tizimlar
uchun istiqbolli yo‘nalish hisoblanadi [5].
Boshqaruvchi tenglamalarni yechish uchun chekli ayirmalar (FDM), chekli
elementlar (FEM) va chekli hajmlar (FVM) usullari keng qo‘llaniladi. FVM
muhitning massani saqlash xususiyatini diskret darajada ham ta’minlagani sababli
oqim masalalarida afzal. Diskretlashda vaqt bo‘yicha ochiq (explicit) sxemalar tez,
biroq CFL sharti bilan cheklanadi; yopiq (implicit) sxemalar barqarorroq, lekin har
qadamda katta o‘lchamli chiziqli/nolinеar sistemalarni yechishni talab qiladi. Katta
o‘lchamli 3D modellarda bu tizimlarni yechish vaqt sarfini belgilovchi asosiy
omilga aylanadi. Bundan tashqari, heterogenlik kuchli bo‘lsa, tarmoqni
zichlashtirish zarurati paydo bo‘ladi, natijada xotira va vaqt talabi ortadi.
Natijalar va muhokama. Gibrid model klassik sonli usulga nisbatan tezroq
konvergentsiya ko‘rsatadi. Grafik tahlil natijalariga ko‘ra, bosim taqsimlanishi
eksponentsial kamayish xarakteriga ega. Xatolikning pasayishi (Rasm 2)
modelning barqarorligini ko‘rsatadi. Massaning saqlanish xatolari va RMSE
qiymatlari tahlil qilindi. PINN yordamida hisoblash vaqtining qisqarishi 30–50%
gacha yetishi mumkin [6], [7].
1-jadval
Mezon
Hisoblash tezligi
Aniqlik
Parametr
Sonli usullar va gibrid PINN modeli taqqoslanishi
Klassik usul
Gibrid PINN
Sekin (3D)
Tezroq
Yuqori
Yuqori + optimallashtirilgan
Murakkab
Avtomatlashtirilgan
1-rasm. Bosimning fazoviy taqsimlanishi
2-rasm. Model xatoligining kamayishi
Sun’iy intellekt asosidagi yondashuvlar keng miqyosda rivojlanib bormoqda.
Hisoblash xarajatini kamaytirish va parametr identifikatsiyasini tezlashtirish uchun
surrogat-modellar, chuqur o‘rganish (Deep Learning), hamda fizik cheklovli
arxitekturalar keng qo‘llanmoqda. Xususan, Physics-Informed Neural Networks
(PINN) yondashuvida neyron tarmoq yechim funksiyasini taxmin qiladi, yo‘qotish
funksiyasiga esa differensial tenglama qoldig‘i, boshlang‘ich va chegaraviy
238