Matn PDF fayldan avtomatik ajratilgan, shuning uchun formatlash buzilgan bo‘lishi mumkin. To‘g‘ri ko‘rinish uchun PDF nusxani oching.
moslashtiruvchi B-DAD freymvorki ishlab chiqildi. Chakana savdo sohasidagi amaliy tajriba
mazkur yondashuv qaror qabul qilishda real qo‘shimcha qiymat (added value) yaratishini
tasdiqladi.
Kalit so‘zlar: Katta ma’lumotlar tahlili, Qaror qabul qilish jarayoni, B-DAD freymvorki
(B-DAD Framework), Dizayn fani metodologiyasi, Klasterlash algoritmlari.
Аннотация. В статье исследованы методы интеграции анализа больших данных
(Big Data) в процесс принятия решений с целью повышения их качества в организациях. С
этой целью был разработан фреймворк B-DAD, адаптирующий аналитические
инструменты и архитектуру к этапам принятия решений. Практический эксперимент в
сфере розничной торговли подтвердил, что внедрение данного подхода создает реальную
добавленную стоимость (added value) в процессе принятия решений.
Ключевые слова: Аналитика больших данных, процесс принятия решений,
фреймворк B-DAD (B-DAD Framework), методология науки о дизайне (Design Science
Research Methodology), алгоритмы кластеризации.
Abstract. This article investigates methods for integrating Big Data analytics into the
decision-making process to enhance the quality of decisions within organizations. To this end,
the B-DAD framework was developed, which adapts analytical tools and architecture to the
various stages of decision-making. A practical experiment in the retail sector confirmed that
implementing this approach creates real added value in the decision-making process.
Keywords: Big Data Analytics, Decision-making process, B-DAD Framework, Design
Science Research Methodology (DSRM), Clustering algorithms.
Kirish. Raqamli texnologiyalar va aqlli qurilmalarning ommalashuvi
natijasida an’anaviy vositalar yordamida boshqarish imkonsiz bo‘lgan ulkan
hajmli, tezkor va turfa xil “Katta ma’lumotlar” (Big Data) oqimi yuzaga keldi.
Tashkilotlar raqobatbardoshlikni saqlab qolish uchun ushbu axborotlardan
qimmatli xulosalar chiqarishning aniq yechimlarini izlamoqda.
Shu sababli, maqolaning asosiy tadqiqot savoli: “Katta ma’lumotlar tahlilini
qaror qabul qilish jarayoniga qanday integratsiya qilish mumkin?” deb belgilangan.
Tadqiqotning maqsadi – tahlil vositalari, arxitektura va infratuzilmani qaror qabul
qilish bosqichlariga uzviy bog‘lovchi freymvorkni ishlab chiqish hamda sinovdan
o‘tkazishdir. Bu yondashuv rahbarlarga qaror qabul qilish jarayoni va yakuniy
qarorlar sifatini sezilarli darajada oshirish imkonini beradi.
Asosiy qism. B-DAD (Big – Data, Analytics, and Decisions) Freymvorki.
Mazkur tadqiqot dizayn fani metodologiyasiga (design science methodology)
asoslangan bo‘lib, freymvorkni ishlab chiqish va baholash uchun maxsus olti
bosqichli jarayon qabul qilingan. Dastlabki izlanishlar natijasida muammo va
yechim maqsadlari aniqlanib, mavjud ilmiy bilimlar hamda biznes ehtiyojlari
asosida “B-DAD” freymvorki (artefakti) yaratildi. Ushbu model adabiyotlarni
o‘rganish va qator katta ma’lumotlar texnologiyalarini amalda sinab ko‘rish orqali
shakllantirilgan bo‘lib, bu orqali tadqiqotning aniqligi va dolzarbligiga erishilgan.
Freymvork ishlab chiqilgach, uning qaror qabul qilishni qo‘llab-quvvatlash
imkoniyatlari haqiqiy ma’lumotlar va real biznes keyslardagi eksperimentlar
yordamida baholandi. Baholash davomida modelning turli vaziyatlarga
moslashuvchanligi hamda chuqurroq tahliliy qarorlar qabul qilishdagi
samaradorligi kuzatildi. Tajriba natijalarida aniqlangan o‘zgartirish va
qo‘shimchalar qayta ishlash bosqichida yakuniy B-DAD freymvorkiga kiritildi [1].
Freymvorkni ishlab chiqish
279
B-DAD (“Katta ma’lumotlar, tahlil va qarorlar” – Big Data, Analytics, and
Decisions) freymvorki katta ma’lumotlar vositalari, arxitekturasi va tahlilini qaror
qabul qilishning turli bosqichlariga moslashtirish maqsadida ishlab chiqilgan.
Nomi tarkibidagi “Katta” (Big) so‘zi nafaqat ma’lumotlarning hajmini, balki tahlil
jarayoni va qabul qilinadigan yakuniy qarorlarning ham ko‘lamdorligini ifodalaydi.
Ushbu model zamonaviy texnologiyalar va adabiyotlarni chuqur tahlil qilish
asosida yaratilgan. U barcha mavjud vositalarni to‘liq qamrab olmasada, qaror
qabul qilishni qo‘llab-quvvatlash uchun katta ma’lumotlar tahlilini qanday amalga
oshirish mumkinligini ko‘rsatuvchi konseptual yondashuv hisoblanadi. Freymvork
muammo yoki qidirilayotgan savol qaysi sohaga tegishli ekanligi oldindan ma’lum
deb faraz qiladi.
Axborot yig‘ish (Intelligence) bosqichi
Qaror qabul qilishning dastlabki bosqichida muammo va imkoniyatlarni
aniqlash uchun ichki hamda tashqi manbalardan ma’lumotlar to‘planadi. Ushbu
bosqichda ma’lumotlar manbalarini aniqlash, ularni yig‘ish, qayta ishlash, saqlash
va oxirgi foydalanuvchiga yetkazish talab etiladi.
Bu yondashuvning an’anaviy KDD (Ma’lumotlar bazasidan bilim izlash)
jarayonidan asosiy farqi – ma’lumotlar turlari va manbalarining o‘ta xilmaxilligidadir. Bunga odatiy relyatsion va tranzaksion ma’lumotlardan tashqari:
ijtimoiy tarmoqlar matnlari, tasvirlar, audiolar, tizim loglari, sensorlar, sun'iy
yo‘ldosh va GPS datchiklaridan olinadigan ma’lumotlar, shuningdek, XML hamda
geofazoviy (geospatial) ma’lumotlar ham kiradi.
Ma’lumotlarni saqlash va boshqarish (Data Storage and Management)
Kerakli manbalar va ma’lumot turlari aniqlangach, ular yig‘iladi va maxsus
vositalar yordamida saqlanadi. Ushbu maqsadda turli darajadagi tizimlardan
foydalanish mumkin:
➢ An’anaviy MBBT: MySQL, PostgreSQL.
➢ Ustunli (Columnar) yoki MPP bazalar: Cassandra, PADB, SAND.
➢ Taqsimlangan fayl tizimlari va NoSQL: HDFS tizimi hamda MongoDB,
CouchDB yoki HDFS ustiga qurilgan HBase bazalari [2].
Ma’lumotlarni qayta ishlash va tayyorlash (Data Processing and
Preparation)
Ma’lumotlar saqlangandan so‘ng, yuqori tezlikdagi tarmoq orqali ETL/ELT
yoki maxsus katta ma’lumotlarni qayta ishlash vositalari yordamida tartibga
solinadi va tahlilga tayyorlanadi.
Bu jarayonda asosan Hadoop, MapReduce hamda In-memory (tezkor
xotirada) boshqaruv tizimlari qo‘llaniladi. Shuningdek, ma’lumotlarni so‘rash va
matematik hisoblashlar uchun turli dasturlash tillari — Pig va Hive'dan tortib,
statistik hisoblashlar uchun R tili, an'anaviy SQL va Hadoop ma’lumotlariga
to‘g‘ridan-to‘g‘ri ulanish uchun SQL-H ishlatilishi mumkin. Bu vositalar
ma’lumotlarni kerakli tahlillar uchun to‘liq kashf etish va tayyorlash imkonini
beradi.
280
1-rasm. B-DAD Freymvorki
Dizayn (Loyiha) bosqichi
Qaror qabul qilishning navbatdagi bosqichi bo‘lgan dizayn bosqichida
muammoning konseptual modeli orqali mumkin bo‘lgan harakatlar variantlari
ishlab chiqiladi va tahlil qilinadi. B-DAD freymvorkida bu jarayon uch qadamga
bo‘linadi:
➢ Modelni rejalashtirish (Model planning): Mavjud ma’lumotlar turi va
kutilayotgan natijaga qarab eng mos tahliliy model va algoritmlar tanlanadi. Bunga
an'anaviy ma’lumotlarni qazib olish (data mining) va tasniflash, klasterlash,
regressiya kabi ilg‘or tahlillar, shuningdek, sun'iy intellekt texnikalari (neyron
tarmoqlar, qarorlar shajarasi) kiradi. Bundan tashqari, ma’lumotlar turiga qarab
vaqtli qatorlar (time series), matn, ijtimoiy tarmoq, geofazoviy yoki klikstrim
(clickstream) tahlillari qo‘llanilishi mumkin.
➢ Ma’lumotlar tahlili (Data analytics): Tanlangan model amaliyotda
qo‘llaniladi. Bu jarayon OLAP va kelajakni bashorat qilishga qaratilgan prediktiv
tahlil (predictive analytics) bilan birga olib borilishi mumkin. Tahlil modellarini
baholashni tezlashtirish uchun In-memory (tezkor xotirada) hisoblash
texnologiyalaridan (masalan, HANA, Greenplum, RapidMiner, Radoop, Pentaho)
foydalaniladi.
➢ Tahlil qilish (Analyzing): Olingan natijalar tahlil qilinib, kelgusida amalga
oshirilishi mumkin bo‘lgan aniq harakatlar strategiyasi (courses of action) belgilab
olinadi.
Tanlov (Choice) bosqichi
Ushbu bosqich dizayn bosqichida taklif etilgan yechimlarning ta’sirini
baholash va eng maqbulini tanlashga qaratilgan bo‘lib, ikki qadamni o‘z ichiga
oladi:
➢ Baholash (Evaluate): Taklif etilgan harakatlar baholanadi va ustuvorliklari
belgilanadi. Buning uchun hisobotlar, deshboardlar (dashboards), simulyatsiyalar,
"what-if" ssenariylari, KPI ko‘rsatkichlari hamda Gephi, Tableau, QlikView, SAS
281
Visual Analytics kabi ilg‘or Katta ma’lumotlar vizualizatsiyasi vositalaridan
foydalaniladi.
➢ Qaror qabul qilish (Decide): Baholash natijalariga tayangan holda eng
yaxshi va mos yechim tanlanadi. Bu bevosita yakuniy qaror qabul qilinadigan
amaliy qadamdir [3].
Joriy etish (Implementation) bosqichi
Jarayonning yakuniy bosqichida tanlangan yechim amaliyotga joriy etiladi
(operatsion holatga keltiriladi). Katta ma’lumotlar vositalari ushbu bosqichda qabul
qilingan qaror natijalarini monitoring qilish va uni joriy etish samaradorligi
bo‘yicha real vaqt rejimida (real-time) yoki davriy qayta aloqani (feedback)
ta’minlash uchun xizmat qiladi.
2-rasm. Ma’lumotlar modeli
Freymvorkni baholash: Chakana savdodagi eksperiment
B-DAD freymvorki (IT artefakti) ishlab chiqilgach, uni sinovdan o‘tkazish
uchun eksperimental baholash usuli tanlandi va haqiqiy ma’lumotlar asosida
amaliy tajriba o‘tkazildi. Laboratoriya sharoitida Aster, Cloudera HDFS, TWM,
RapidMiner, Pentaho, Gephi, Tableau va bir qator ma’lumotlar bazasini boshqarish
tizimlari (DBMS) kabi tahlil vositalarining o‘zaro ishlashi (integratsiyasi) va
ma’lumotlar oqimi o‘rganildi.
Freymvorkni amaliy baholash sohasi sifatida chakana savdo (retail) tanlandi.
Bunda qabul qilinadigan qarorlar obyekti etib marketing aksiyalari (promotions)
samaradorligini va ijtimoiy tarmoqlardagi mijozlar kayfiyatining (sentiments)
savdoga ta’sirini tahlil qilish belgilandi. Tahlil natijasida quyidagi savollarga javob
izlandi:
➢ Qaysi mahsulotlarga chegirmalar taklif qilinishi kerak?
➢ Ushbu aksiyalar aynan qachon o‘tkazilishi lozim?
Mijozlarning xaridlari haqidagi statistik ma’lumotlar hamda ularning ijtimoiy
tarmoqlardagi izohlari va reaksiyalarini tahlil qilish orqali ushbu qarorlarni qo‘llabquvvatlash uchun muhim bilimlarga erishish ko‘zda tutildi.
Axborot yig‘ish (Intelligence) bosqichi
Freymvorkning dastlabki bosqichida tahlil qilinishi rejalashtirilgan katta
ma’lumotlar yig‘iladi. Mazkur eksperimentda relyatsion, ijtimoiy tarmoq va matnli
ma’lumotlar aralashmasidan foydalanildi.
282
➢ Relyatsion ma’lumotlar: Savdo jarayonlariga oid ma’lumotlarni olish
uchun Misrdagi eng yirik gipermarketlardan birining Savdo nuqtalari (POS) va
Korxonani boshqarish (ERP) tizimlari tanlandi. Ushbu gipermarket 80 000 dan
ortiq mahsulot turlariga, 30 ta turli bo‘limga ajratilgan ikkita yirik filialga va
kunlik o‘rtacha 50 000 tashrif buyuruvchiga ega. Eksperiment uchun 2013-yilning
yanvaridan iyunigacha (6 oylik) bo‘lgan davrdagi POS va ERP ma’lumotlari
namunasi olindi. Arab tilidagi ma’lumotlar kodlanishidagi qiyinchiliklarga
qaramay, ular Teradata yuklash vositalari orqali Teradata ma’lumotlar bazasini
boshqarish tizimiga (MBBT) joylandi.
➢ Ijtimoiy tarmoq ma’lumotlari: Mijozlarning fikr-mulohazalarini tahlil
qilish maqsadida gipermarketning Facebook'dagi rasmiy sahifasidan (fan page)
foydalanildi (Twitter tarmog‘ida tegishli ma’lumot topilmadi). Facebook API
yordamida yuqorida ko‘rsatilgan 6 oylik davr oralig‘idagi barcha sahifa holatlari
(statuses), postlar va ularga yozilgan izohlar yig‘ib olinib, saqlandi.
Dizayn (Loyiha) bosqichi
Eksperimentning navbatdagi bosqichida modellashtirish rejalashtirilib,
mavjud o‘zgaruvchilar (masalan, chegirmalar va xaridlar) o‘rtasidagi
bog‘liqliklarni aniqlash uchun aniq modellar tanlandi.
a) Vizualizatsiya tahlili: Turli bo‘limlar, filiallar va 6 oylik davr kesimida
chegirmalar, xarid qilingan miqdor va umumiy savdo qiymati taqsimotini
tushunish uchun Tableau vositasidan foydalanildi.
Shundan so‘ng, chegirma toifalariga ko‘ra klasterlar soni yana ikkita (k=2)
qilib belgilangan holda, xuddi shu k-means algoritmi yordamida Weka dasturida
klasterlash amalga oshirildi. Klasterlar chegirma holatini sinf (class) sifatida qabul
qilgan holda, “sinflardan klasterlarga” baholash usuli orqali tekshirildi.
O‘rgatuvchi ma’lumotlar (training data) asosida model yaratilgach, har bir
nuqtaning chegirma qiymati o‘zi tushgan klaster sinfiga mos kelish-kelmasligiga
qarab modelning aniqligi baholandi [4].
Natijada, “0-klaster” ma’lumotlarning 43 foizini, “1-klaster” esa 57 foizini
qamrab oldi va bu oldingi TWM natijalaridan farq qiladi. Bu tafovut TWM
nuqtalar va klaster markazi o‘rtasidagi masofani hisoblashda Mahalanobis
masofasidan, Weka esa Evklid masofasidan foydalangani bilan izohlanishi
mumkin.
3-rasm. K-means klasterlash
4-rasm. EM klasterlash
vizualizatsiyasi
vizualizatsiyasi
3-rasmda klasterlangan ma’lumotlarning vizualizatsiyasi keltirilgan. X o‘qi
mahsulot kodini, Y o‘qi umumiy qiymatni, ranglar esa chegirma toifasini bildiradi.
283
Qizil nuqtalar chegirma qo‘llanilmasligi kerak bo‘lgan “0-klaster”ga, ko‘k nuqtalar
esa chegirma qo‘llanilishi kerak bo‘lgan “1-klaster”ga tegishli. Baholash natijasida
noto‘g‘ri klasterlangan ma’lumotlar kvadrat shaklida ajratib ko‘rsatilgan: qizil
kvadratlar amalda chegirmaga ega, lekin “chegirmasiz” klasterga tushib qolgan
mahsulotlarni; ko‘k kvadratlar esa chegirmasi yo‘q, lekin “chegirmali” klasterga
kiritilgan mahsulotlarni anglatadi. Demak, aksiyalarni aynan ko‘k kvadratdagi
mahsulotlarga qo‘llash maqsadga muvofiqdir. Xatoliklarning (qizil kvadratlar)
ko‘pligiga sabab shuki, gipermarketdagi chegirmali mahsulotlarning qariyb 80
foizi gipermarketning o‘zi tomonidan emas, balki yetkazib beruvchilar bilan
tuzilgan rejalar orqali belgilanadi.
Klasterlash algoritmini o‘zgartirish orqali boshqacha natijalarga erishish
mumkin. Faqat ikkita klasterga ajratish yetarlicha aniqlik bermagani uchun kmeans o‘rniga Kutilmani maksimallashtirish (Expectation Maximization - EM)
usuli qo‘llanildi. EM usuli har bir ma’lumotning qaysi klasterga tegishli ekanligini
ehtimollik taqsimoti orqali tekshiradi. Kross-validatsiya yordamida ma’lumotlar 10
ta o‘zaro mutanosib klasterga ajratildi. 4-rasmda ushbu EM algoritmi asosidagi
vizualizatsiya aks etgan: masalan, ko‘k rangli “0-klaster” yuqori mahsulot kodiga,
to‘q qizil (magenta) “5-klaster” past umumiy qiymatga, qizil “7-klaster” esa yuqori
umumiy qiymatga ega ekanligi aniqlandi.
Assotsiativ tahlil (Association Analysis):
O‘zgaruvchilar o‘rtasidagi eng ko‘p uchraydigan kombinatsiyalar va
qiziqarli bog‘liqliklarni aniqlash uchun assotsiativ qoidalarni qazib olish
(association rule mining) tahlili o‘tkazildi. Dastlab, tahlil uchun raqamli kodlar
nominal atributlarga, boshqa raqamli o‘zgaruvchilar esa teng chastotali guruhlash
(equal frequency binning) orqali kategoriyali o‘zgaruvchilarga aylantirildi.
Shundan so‘ng, Weka dasturi va Apriori algoritmi yordamida tahlil amalga
oshirildi (bunda minimal qo‘llab-quvvatlash/support = 0.1, minimal
ishonchlilik/confidence = 0.25 etib belgilandi).
Natijada qator qiziqarli qoidalar aniqlandi. Masalan: agar xarid miqdori past
bo‘lsa, chegirma mavjud emas (84 % ishonchlilik bilan) va bu asosan ikkinchi
filialda yuz beradi (45 % ishonchlilik bilan). Shuningdek, "Shirinliklar, shokolad
va saqichlar" bo‘limidagi mahsulotlarning 80 foizida chegirma yo‘qligi ma’lum
bo‘ldi [5,6,7].
Xulosa va amaliy tavsiyalar. Mazkur tadqiqotda katta ma’lumotlar (Big
Data) tahlilining tashkilotlarda qaror qabul qilish sifatini oshirishdagi o‘rni
o‘rganildi. Izlanishlar doirasida dizayn fani metodologiyasi asosida ma’lumotlar
tahlilini amaliyotga integratsiya qiluvchi asosiy ilmiy hissa – B-DAD freymvorki
ishlab chiqildi. Ushbu model turli nazariya va tahlil texnikalarini yagona tizimga
birlashtirib, rahbarlarga axborotga tayangan holda to‘g‘ri qarorlar qabul qilish
yo‘llarini ko‘rsatib beradi. Uning amaliy ahamiyati va ishonchliligi chakana savdo
sohasidagi real ma’lumotlar sinovida to‘liq tasdiqlandi. Tadqiqot jarayonidagi
asosiy qiyinchiliklar cheklangan vaqt, resurslar hamda yirik ma’lumotlar
bazalariga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ulanish muammosi bo‘ldi. Katta ma’lumotlar
284
tahlilidan samarali foydalanish tashkilotlarga mustahkam raqobat afzalligini
taqdim etadi hamda barqaror taraqqiyot uchun muhim poydevor yaratadi.
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati:
1. Asqaraliyev O., Fayzullayev Sh. “Models and algorithms for analyzing the impact of
artificial intelligence on decision-making processes in business information systems.” Ethiopian
International Journal of Multidisciplinary Research 11.09 (2024): 233-238.
2. Fayzullayev Sh., Yuldashov R. (2024). Sunʼiy intellektning raqamli iqtisodiyot
rivojlanishidagi ahamiyati. Indexing, 1(1).
3. A. Bereznoy, D. Meissner, and V. Scuotto, “The intertwining of knowledge sharing
and creation in the digital platform based ecosystem. A conceptual study on the lens of the open
innovation approach,” Journal of Knowledge Management, vol. 25, no. 8, pp. 2022–2042, 2021.
4. L. Yang and H. B. Liu, “Evolution of open innovation path from the perspective of
innovation situation,” Scientific Re- search Management, vol. 32, no. 2, pp. 9–17, 2022.
5. Brunswicker, S., Bertino, E., Matei, S. (2015), Big Data for Open Digital Innovation –
A Research Roadmap. In: Big Data Research, Vol. 2, pp. 53-58
6. Chang, R.M., Kauffman, R.J., Kwon, Y. (2014), Understanding the paradigm shift to
computational social science in the presence of big data. In: Decision Support Systems, Vol. 63,
pp. 67-80.
7. Fan, S. Lau, R., Zhao, J.L. (2015), Demystifying Big Data Analytics for Business
Intelligence Through the Lens of Marketing Mix. In: Big Data Research, Vol. 2, pp. 28-32
TAQSIMLANGAN IOT SENSOR TARMOQLARI ASOSIDA HAVO
SIFATINI REAL VAQTDA MONITORING QILISH VA GIBRID NEYRON
TARMOQ MODELI YORDAMIDA PROGNOZLASH
Umarov Muhriddin Abduxalil o‘g‘li, “Cyber university” davlat universiteti
Kiberxavfsizlik kafedrasi dotsenti, muhriddin.umarov.1992@gmail.com
Ilxomjonova Malika Dilshod qizi, Magistrant, ilxomjonova060795@gmail.com
Annotatsiya. Ushbu maqolada IoT sensorlardan real vaqtda havo ifloslanishi
ma’lumotlarini yig‘ish, Apache Kafka va Spark yordamida qayta ishlash va LSTM hamda
Random Forest modellari yordamida PM2.5 konsentratsiyasini prognozlash tizimi tadqiq
etilgan.
Kalit so‘zlar: Apache Kafka, Apache Spark, LSTM, Random Forest, PM2.5 prognozlash,
IoT monitoring.
Аннотация. В данной статье исследуется система сбора данных о загрязнении
воздуха в реальном времени с IoT-датчиков, их обработки с помощью Apache Kafka и
Spark, а также прогнозирования концентрации PM2.5 с использованием моделей LSTM и
Random Forest.
Ключевые слова: Apache Kafka, Apache Spark, LSTM, Random Forest,
прогнозирование PM2.5, IoT мониторинг.
Abstract. This paper investigates a system for real-time air pollution data collection from
IoT sensors, stream processing via Apache Kafka and Spark, and PM2.5 concentration
forecasting using LSTM neural network and Random Forest ensemble models.
Key words: Apache Kafka, Apache Spark, LSTM, Random Forest, PM2.5 forecasting, IoT
monitoring.
Kirish. Havo ifloslanishi, xususan, diametri 2.5 mikrondan kichik chang
zarralari (PM2.5) insonning nafas yo‘llari va yurak-qon tomir tizimiga jiddiy zarar
yetkazadi. Jahon sog‘liqni saqlash tashkiloti (JSST) ma’lumotlariga ko‘ra, yiliga 7
milliondan ortiq inson havo ifloslanishi natijasida muddatidan oldin hayotdan ko‘z
285
yumadi [1]. O‘zbekistonda Toshkent, Namangan va Farg‘ona shaharlarida PM2.5
ning o‘rtacha yillik konsentratsiyasi WHO me’yoriy chegarasidan (5 µg/m³) 8-12
baravar oshganligi qayd etilgan [2]. Bunday sharoitda havo sifatini real vaqtda
kuzatish va kelajakdagi ifloslanish darajasini oldindan bashorat qiluvchi
intellektual tizimlarni yaratish dolzarb muhandislik muammosiga aylandi.
Mavjud monitoring tizimlari ikki asosiy kamchilikka ega: (1) ma’lumotlar
ko‘pincha soatlik yoki kunlik intervalda paketli (batch) rejimda qayta ishlanadi —
bu operativ ogohlantirish imkonini yo‘qqa chiqaradi; (2) prognozlash
funksionalligi yo‘q yoki juda cheklangan. Ushbu muammoni hal etish maqsadida
Apache Kafka va Apache Spark Structured Streaming asosidagi real vaqt
ma’lumot oqimi pipeline ga LSTM neyron tarmog‘i va Random Forest ensemble
modellarini integratsiya qiluvchi tizim taklif etilmoqda.
Tadqiqotning maqsadi — IoT sensor tarmoqlaridan PM2.5, PM10, CO,
NO2, SO2 parametrlarini real vaqtda yig‘ish, Apache Kafka va Spark yordamida
oqim ko‘rinishida qayta ishlash va LSTM hamda Random Forest modellari
yordamida PM2.5 konsentratsiyasini 1 soatga oldindan prognozlovchi
taqsimlangan platformani loyihalash va tadqiq etishdir. Vazifalarga quyidagilar
kiradi: (a) olti qatlamli arxitekturani loyihalash; (b) LSTM va Random Forest
modellarini taqqoslash va ensemble qilish; (c) platformaning kechikish,
o‘tkazuvchanlik va prognozlash aniqligini eksperimental baholash.
Asosiy qism. Platforma oltita asosiy qatlamdan tashkil topgan (1-jadvalga
qarang). IoT sensorlar qatlami PM2.5, PM10, CO, NO2 va SO2 parametrlarini
MQTT protokoli orqali 5 sekundlik intervalda uzatadi. Apache Kafka klasteri (3
broker, 6 partitsiya, replication factor=3) yuqori o‘tkazuvchanlikli ma’lumot qabul
qilish qatlamini tashkil etadi. Apache Spark Structured Streaming 5 daqiqalik
sliding window agregatsiyasi bilan real vaqtda qayta ishlashni ta’minlaydi. Saqlash
qatlami HDFS (xom ma’lumotlar, Parquet formatda), PostgreSQL (agregatsiya
natijalari) va InfluxDB (Grafana vizualizatsiyasi uchun) dan iborat. AI/ML qatlami
LSTM va Random Forest modellarini o‘z ichiga oladi. Vizualizatsiya qatlami
Grafana dasturi orqali real vaqt dashboardini ta’minlaydi [3].
1-jadval
Platformaning qatlamlari va texnologiyalari
Qatlam
1 — IoT
2 — Uzatish
Texnologiya
Vazifasi
Asosiy parametrlar
MQTT, Raspberry Pi
Sensor ma’lumotlarini
yig‘ish
PM2.5, PM10, CO, NO2,
SO2
Apache Kafka
Yuqori o‘tkazuvchi
navbat
3 broker, 6 partitsiya,
RF=3
Oqim ma’lumotlarini
qayta ishlash
5 daq. window, 1s microbatch
3 — Qayta
Apache Spark Streaming
ish
4 — Saqlash
HDFS, PostgreSQL,
InfluxDB
Ma’lumotlarni saqlash
Parquet, SQL,
TimeSeries
5 — AI/ML
LSTM, Random Forest
PM2.5 prognozlash
RMSE, MAE baholash
286
Qatlam
Texnologiya
Vazifasi
Asosiy parametrlar
6 — Vizual.
Grafana
Real vaqt dashboard
< 5 ms so‘rov (Redis
cache)
LSTM (Long Short-Term Memory) — vaqt qatorlarida uzoq muddatli
bog‘liqliklarni o‘rganish qobiliyatiga ega rekurrent neyron tarmoq bo‘lib,
Hochreiter va Schmidhuber (1997) tomonidan taklif etilgan [4]. PM2.5 ning 24
soatlik kunlik tsikli (diurnal pattern) LSTM ning cell state mexanizmi uchun ideal.
Modelda 24 vaqt oynasi, 2 ta LSTM qatlami (128 va 64 neyron), Dropout (0.2) va
1 ta Dense chiqish qatlami ishlatilgan. Random Forest (Breiman, 2001) bootstrap
ensemble usuliga asoslanib, 100 ta qaror daraxtidan iborat [5]. Modelda
n_trees=100, max_depth=10, m=sqrt(18)≈4 xususiyat har bir daraxtda tasodifiy
tanlanadi. Spark MLlib yordamida 5-fold kross-validatsiya o‘tkazilgan.
Model uchun feature engineering jarayonida 18 ta xususiyat hosil qilingan.
Feature importance tahlili lag xususiyatlarining hal qiluvchi ahamiyatini ko‘rsatdi:
pm25_lag1h (0.42), pm25_lag24h (0.18), rolling_mean_3h (0.15). Meteorologik
xususiyatlar (harorat, shamol tezligi) ikkilamchi ahamiyatga ega (0.09 va 0.06).
Asosiy matematik munosabatlar quyidagicha ifodalanadi:
RMSE = sqrt[(1/n) * sum(yi - y_hat_i)^2] (1)
MAE = (1/n) * sum|yi - y_hat_i| (2)
y_ENS = 0.60 * y_LSTM + 0.40 * y_RF (3)
bu yerda yi — haqiqiy PM2.5 qiymati (µg/m³), ŷᵢ — model prognozi, n —
test namunalari soni. (3)-formula LSTM va Random Forest ensemble prognozini
ifodalaydi; koeffitsient α=0.60 kross-validatsiya orqali topilgan.
2-jadval
Model baholash natijalari (n=18,000 test namunasi)
Model
RMSE (µg/m³)
MAE (µg/m³)
R²
Inference vaqti
Chiziqli regressiya (bazis)
5.12
4.23
0.61
< 1 ms
Random Forest (n=100)
2.31
1.87
0.89
3–5 ms
LSTM (2 qatlam, w=24)
1.94
1.58
0.93
8–12 ms
LSTM + RF Ensemble
1.76
1.44
0.95
12–18 ms
2-jadvaldan ko‘rinib turibdiki, LSTM+RF Ensemble modeli RMSE=1.76
µg/m³ ko‘rsatib, chiziqli regressiya bazisiga nisbatan 65.6% yuqori aniqlikka
erishdi. Platforma 3 tugunli konfiguratsiyada sekundiga 52,400 xabar
o‘tkazuvchanlik va 23 ms P99 kechikish bilan ishladi. Bu havo ifloslanishi
monitoringining 1 daqiqalik yangilanish talabidan 43 baravar tez ishlashini
anglatadi [6].
3-jadval
Klaster konfiguratsiyasi va ishlash ko‘rsatkichlari
Konfiguratsiya
Throughput
(msg/s)
P99 kechikish
(ms)
Nosozlikka chidamlilik
1 broker, 1 executor
4,200
187
Yo‘q — tizim to‘xtaydi
287
Konfiguratsiya
Throughput
(msg/s)
P99 kechikish
(ms)
Nosozlikka chidamlilik
2 broker, 2 executor
18,700
54
Qisman
3 broker, 3 executor
52,400
23
Ha — RF=3 kafolati
5 broker, 5 executor
89,300
14
Ha — yuqori zaxira
3-jadval ko‘p tugunli konfiguratsiyaning ustunligini yaqqol ko‘rsatadi.
Broker sonini 3 dan 9 ga oshirish throughput ni 3.1 baravar oshirdi — bu deyarli
chiziqli kengayishga mos keladi. Spark Structured Streaming ning Exactly-Once
semantikasi (checkpoint + idempotent producer) ma’lumot yo‘qolmaslik kafolatini
ta’minlaydi [7].
Xulosa va amaliy tavsiyalar. Ushbu tadqiqotda Apache Kafka, Spark
Structured Streaming, LSTM va Random Forest texnologiyalarini birlashtirgan real
vaqt PM2.5 prognozlash platformasi muvaffaqiyatli loyihalandi va eksperimental
baholandi. Asosiy natijalar: (1) LSTM+RF Ensemble modeli RMSE=1.76 µg/m³
ga erishdi — bu WHO kunlik me’yorining (15 µg/m³) 11.7% ini tashkil etib,
amaliy prognozlash uchun qabul qilinishi mumkin bo‘lgan aniqlik darajasidir; (2) 3
tugunli konfiguratsiyada 52,400 msg/s o‘tkazuvchanlik va 23 ms P99 kechikish
ta’minlandi; (3) gorizontal kengayish tajribalari broker sonini 3 dan 9 ga oshirish
throughput ni 3.1x oshirishini ko‘rsatdi.
Amaliy tavsiyalar: (a) Shahar miqyosida sensorlarni 100 m × 100 m gridda
joylashtirish 3 tugunli klaster uchun yetarli – ushbu konfiguratsiya 10,480 ta
sensorgacha xizmat ko‘rsata oladi; (b) Kafka da min.insync.replicas=2 va
enable.idempotence=true sozlamalarini majburiy qo‘llash; (c) model ni har 24
soatda yangi ma’lumotlar bilan qayta o‘qitish — bu kontsept drift (taqsimot
o‘zgarishi) ta’sirini kamaytiiradi; (d) kelajakda Temporal Fusion Transformer
arxitekturasi va Edge AI integratsiyasini qo‘llash tavsiya etiladi – bu tarmoq yukini
60-70 % kamaytirishi kutilmoqda [8].
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati:
1. World Health Organization. (2021). Global air quality guidelines: Particulate matter
(PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. World Health
Organization. https://www.who.int/publications/i/item/9789240034228
2. O‘zbekiston Respublikasi Ekologiya va atrof-muhit muhofazasi vazirligi. (2023).
O‘zbekistonda atrof-muhit holati to‘g‘risida milliy ma’ruza 2022. Ekologiya vazirligi.
3. Armbrust, M., Das, T., Torres, J., Yavuz, B., Zhu, S., Xin, R., Ghodsi, A., Stoica, I., &
Zaharia, M. (2018). Structured streaming: A declarative API for real-time applications in
Apache Spark. Proceedings of the 2018 International Conference on Management of Data
(SIGMOD), 601–613. https://doi.org/10.1145/3183713.3190664
4. Hochreiter, S., & Schmidhuber, J. (1997). Long short-term memory. Neural
Computation, 9(8), 1735–1780. https://doi.org/10.1162/neco.1997.9.8.1735
5. Breiman, L. (2001). Random forests. Machine Learning, 45(1), 5–32.
https://doi.org/10.1023/A:1010933404324
6. Kreps, J., Narkhede, N., & Rao, J. (2011). Kafka: A distributed messaging system for
log processing. Proceedings of the NetDB Workshop at VLDB, 1–7.
288
7. Zaharia, M., Chowdhury, M., Franklin, M. J., Shenker, S., & Stoica, I. (2012).
Resilient distributed datasets: A fault-tolerant abstraction for in-memory cluster computing.
Proceedings of NSDI’12, 15–28.
8. Zhang, Z., Jiang, H., Liu, P., Chen, X., & Huang, Z. (2019). PM2.5 concentration
prediction using weighted LSTM. 11th International Conference on Advanced Computational
Intelligence (ICACI), 275–280. https://doi.org/10.1109/ICACI.2019.8778530
GIS TEXNOLOGIYALARI ASOSIDA SHAHAR HUDUDLARINI
URBANIZATSIYA DARAJASINI SUN’IY INTELLEKT YORDAMIDA
TAHLIL QILISH
Ismailov I.T., katta o‘qituvchi
Muxammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Samarqand filiali
Ilxomismailov1988161287@gmail.com
Annotatsiya. Maqolada GIS texnologiyalari va sun’iy intellekt metodlarini birgalikda
qo‘llash orqali shahar hududlarida urbanizatsiya darajasini tahlil qilish usullari ko‘rib
chiqilgan. Masofadan zondlash ma’lumotlari va mashinali o‘qitish algoritmlaridan foydalanish
imkoniyatlari baholangan.
Kalit so‘zlar: GIS, sun’iy intellekt, urbanizatsiya, mashinali o‘qitish, masofadan
zondlash.
Аннотация. В статье рассмотрены методы анализа уровня урбанизации
городских территорий с совместным применением ГИС-технологий и методов
искусственного
интеллекта.
Оценены
возможности
использования
данных
дистанционного зондирования и алгоритмов машинного обучения.
Ключевые слова: ГИС, искусственный интеллект, урбанизация, машинное
обучение, дистанционное зондирование.
Abstract. This article examines methods for analyzing urbanization levels in urban areas
through the combined application of GIS technologies and artificial intelligence. The potential of
using remote sensing data and machine learning algorithms is evaluated.
Keywords: GIS, artificial intelligence, urbanization, machine learning, remote sensing.
Kirish. Zamonaviy shaharsozlikda urbanizatsiya jarayonlarini kuzatish va
tahlil qilish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Aholi soni o‘sishi, yangi turarjoy massivlarining qurilishi va sanoat zonalarining kengayishi bilan birga shahar
chegaralari ham jadal o‘zgarmoqda. Bunday o‘zgarishlarni o‘z vaqtida aniqlash va
baholash shaharsozlik rejalashtirish, atrof-muhitni muhofaza qilish va hududiy
boshqaruv uchun muhim ahamiyat kasb etadi.
Geografik axborot tizimlari (GIS) va sun’iy intellekt (SI)
texnologiyalarining birlashtirilishi urbanizatsiya jarayonlarini kuzatishda yangi
imkoniyatlar ochadi [1]. Sun’iy yo‘ldosh tasvirlari va masofadan zondlash
ma’lumotlari asosida mashinali o‘qitish algoritmlaridan foydalanib, qurilish
hududlarining kengayishini avtomatik ravishda kuzatib borish mumkin.
O‘zbekistonda ham shaharlar jadal rivojlanmoqda: Toshkent, Samarqand,
Namangan kabi shaharlarda yangi turar-joy va tijorat inshootlari qurilishi davom
etmoqda. Bu jarayonlarni ilmiy asosda kuzatish va boshqarish uchun zamonaviy
GIS-SI texnologiyalaridan foydalanish dolzarb masalaga aylanib bormoqda.
Maqolaning maqsadi — GIS texnologiyalari va sun’iy intellektni
birlashtirib, shahar hududlarida urbanizatsiya darajasini baholash metodologiyasini
ko‘rib chiqishdan iborat.
289
Belgilangan maqsadga erishish uchun quyidagi vazifalar ko‘rib chiqiladi:
1. Urbanizatsiya tahlilida qo‘llaniladigan asosiy GIS va SI usullarini
o‘rganish;
2. Masofadan zondlash ma’lumotlari asosida yer qoplamini tasniflash
imkoniyatlarini baholash;
3. Mashinali o‘qitish algoritmlarini urbanizatsiya tahlilida qo‘llash usullarini
tavsiya etish.
Asosiy qism. Adabiyotlar sharhi
Urbanizatsiya jarayonlarini GIS yordamida tahlil qilish sohasidagi birinchi
yirik tadqiqotlar 1990-yillarda boshlangan. Jensen va Cowen ko‘p vaqtli sun’iy
yo‘ldosh tasvirlaridan foydalanib, shahar o‘sishini kuzatish usullarini ishlab chiqdi
[2]. Keyinchalik, raqamli tasvir qayta ishlash usullarining rivojlanishi bilan pikselli
tahlil usullari keng tarqaldi.
So‘nggi yillarda chuqur o‘qitish (deep learning) usullarining joriy etilishi
urbanizatsiya tahlilida yangi davrni boshlab berdi. Ayniqsa, konvolyutsion neyron
tarmoqlar (CNN) asosidagi modellar kosmik tasvirlardan qurilish hududlarini
ajratishda yuqori aniqlikni ta’minlamoqda [3]. Srivastava va boshq. U-Net
arxitekturasini shahar hududlarini segmentlash uchun muvaffaqiyatli qo‘lladi [4].
O‘zbekistonda bu sohada tadqiqotlar nisbatan yangi bosqichda. Toshkent
shahri misolida olib borilgan bir qator ishlar GIS va masofadan zondlash
usullarining samaradorligini ko‘rsatdi. Biroq sun’iy intellekt bilan
integratsiyalashgan kompleks tizim hali ishlab chiqilmagan.
GIS va masofadan zondlash usullari
Urbanizatsiya tahlilida qo‘llaniladigan asosiy ma’lumot manbalari — bu
sun’iy yo‘ldosh tasvirlari. Hozirgi kunda Sentinel-2 (10 metr aniqlik) va Landsat
8/9 (30 metr aniqlik) seriyali sun’iy yo‘ldoshlar eng ko‘p ishlatiladigan manbalar
hisoblanadi. Ushbu tasvirlar Yevropa kosmik agentligi (ESA) tomonidan bepul
taqdim etiladi [5].
Masofadan zondlash ma’lumotlari asosida bir qator spektral indekslar
hisoblanadi. Ushbu indekslar yer qoplamining turli xususiyatlarini raqamli
ko‘rinishda ifodalash imkonini beradi:
1-jadval
Urbanizatsiya tahlilida qo‘llaniladigan asosiy spektral indekslar
Indeks nomi
Normalangan Farqli Vejetatsiya
Indeksi
Normalangan Farqli Qurilish Indeksi
O‘zgartirilgan Suv Indeksi
Yer Sirt Harorati
Qisqartma
NDVI
NDBI
MNDWI
LST
Qo‘llanish maqsadi
Yashil hududlar va o‘simlik qoplamini
aniqlash
Qurilish va asfalt yuzalarini aniqlash
Suv havzalari va namliq hududlarni ajratish
Issiqlik adasi effektini o‘lchash
Mashinali o‘qitish usullari
Urbanizatsiya tahlilida mashinali o‘qitishning bir necha algoritmlari
qo‘llaniladi. Har bir algoritmning o‘z afzalliklari va cheklovlari mavjud. Quyida
eng ko‘p ishlatiladigan uchta algoritm ko‘rib chiqiladi.
2-jadval
Urbanizatsiya tahlilida qo‘llaniladigan mashinali o‘qitish algoritmlari
Algoritm
Afzalliklari
Cheklovlari
290
Random Forest
XGBoost
CNN (U-Net)
Tez ishlaydi, sozlash oson
Yuqori aniqlik, tezlik
Eng yuqori aniqlik
Murakkab shakldagi obyektlarda aniqlik past
Ko‘p parametr sozlashni talab qiladi
Katta hisoblash resurslari kerak
Amaliyotda Random Forest algoritmi kichik va o‘rta hajmdagi loyihalar
uchun qulay, chunki u tez ishlaydi va sozlash oson. Katta shaharlar uchun esa CNN
asosidagi modellar tavsiya etiladi, chunki ular murakkab shakllar va chegaralarni
aniqroq ajrata oladi [6].
GIS va SI integratsiyasi: umumiy yondashuv
GIS va sun’iy intellektni birlashtiradigan tizim odatda to‘rt asosiy bosqichdan
iborat bo‘ladi: (1) ma’lumot yig‘ish, (2) ma’lumotni qayta ishlash, (3) modelni
o‘qitish va qo‘llash, (4) natijalarni kartografik ko‘rinishda taqdim etish.
1-rasm. Mashinali o‘qitish yordamida yer qoplamini tasniflash jarayonining
umumiy sxemasi
Birinchi bosqichda sun’iy yo‘ldosh tasvirlari yuklab olinadi va atmosfera
korreksiyasidan o‘tkaziladi. Ikkinchi bosqichda NDVI, NDBI kabi indekslar
hisoblanib, ma’lumot bazasi shakllantiriladi. Uchinchi bosqichda tanlangan
algoritm o‘qitiladi va tekshiriladi. To‘rtinchi bosqichda natijalar GIS muhitida
vizualizatsiya qilinib, shahar hududlari bo‘yicha tahliliy xaritalar tayyorlanadi.
Bunday tizim nafaqat hozirgi holatni tahlil qilish, balki kelajakdagi
urbanizatsiya tendentsiyalarini bashorat qilish imkonini ham beradi. LSTM (Long
Short-Term Memory) neyron tarmog‘i ko‘p yillik ma’lumotlar asosida shahar
o‘sishining kelajakdagi yo‘nalishlarini modellashtirish uchun samarali vosita
sifatida tan olingan.
Xulosa va amaliy tavsiyalar
Ushbu maqolada GIS texnologiyalari va sun’iy intellektni birlashtirib,
urbanizatsiya jarayonlarini tahlil qilishning asosiy usullari ko‘rib chiqildi. Olib
borilgan adabiyotlar tahlili va metodologik yondashuvlar asosida quyidagi
xulosalarga kelindi:
4. GIS va masofadan zondlash ma’lumotlarini birlashtirib qo‘llash
urbanizatsiya dinamikasini aniq va samarali kuzatish imkonini beradi.
5. Mashinali o‘qitish algoritmlari, ayniqsa CNN asosidagi modellar, yer
qoplamini tasniflashda an’anaviy usullarga nisbatan sezilarli ustunlik
ko‘rsatmoqda.
291
6. O‘zbekiston shaharlarida ushbu metodologiyani joriy etish shahar
rejalashtirish va atrof-muhitni muhofaza qilish sohalariga katta hissa qo‘shishi
mumkin.
Amaliy tavsiyalar
Shahar rejalashtiruvchi organlari uchun: Generalplanlarni yangilashda
GIS-SI asosidagi urbanizatsiya xaritalaridan foydalanish tavsiya etiladi. Bu
hujjatlarning asosli va obyektiv bo‘lishini ta’minlaydi.
Amaliyot uchun: Sentinel-2 tasvirlarini bepul yuklab olish va QGIS
dasturida tahlil qilish orqali har qanday shahar uchun urbanizatsiya monitoringini
tashkil etish mumkin.
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati
1. QGIS Development Team. (2024). QGIS Geographic Information System. Open Source
Geospatial Foundation Project. https://qgis.org
2. Jensen, J.R., & Cowen, D.C. (1999). Remote sensing of urban/suburban infrastructure
and socio-economic attributes. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 65(5), 611–
622.
3. Yuan, F., & Liu, X. (2020). Machine learning in urban remote sensing: Comparative
analysis. Remote Sensing of Environment, 247, 111917.
4. Ronneberger, O., Fischer, P., & Brox, T. (2015). U-net: Convolutional networks for
biomedical image segmentation. MICCAI, LNCS 9351, 234–241.
5. European Space Agency. (2024). Copernicus Open Access Hub – Sentinel-2 data.
https://scihub.copernicus.eu
6. Srivastava, S., Vargas-Muñoz, J.E., & Tuia, D. (2019). Understanding urban landuse
from the above and ground perspectives. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote
Sensing, 154, 94–105.
ANALYSIS OF INTELLIGENT MODELS FOR KNOWLEDGE
ASSESSMENT BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND FUZZY
LOGIC IN DIGITAL EDUCATION INFRASTRUCTURE
Khasanov Dilmurod Rasul ugli, t.f.f.d., (PhD), O‘zMU Jizzax filiali,
Kompyuter ilmlari va dasturlashtirish kafedrasi dotsenti
tatusf2015@gmail.com
Annotatsiya. Ushbu maqolada raqamli ta’lim infratuzilmasida noaniq mantiq va sun’iy
intellektga asoslangan bilimlarni baholash uchun aqlli modellar o‘rganiladi. Tadqiqot uchta
vakillik yondashuviga qaratilgan: noaniq xulosa chiqarish tizimlari, moslashuvchan neyronoaniq xulosa chiqarish tizimlari va noaniq AHP va TOPSIS kabi noaniq ko‘p mezonli qaror
qabul qilish modellari. Ularning umumiy arxitekturasi va matematik asoslari noaniqlikni
boshqarish, baholash ko‘rsatkichlarini talqin qilish va obyektiv qaror qabul qilishni qo‘llabquvvatlash qobiliyatini baholash uchun tahlil qilinadi.
Kalit so‘zlar: Noaniq mantiq, Bilimlarni baholash, Raqamli ta'lim infratuzilmasi,
Intellektual modellar, ANFIS, Mashinada o‘qitish, Ta'limni baholash, Qarorlarni qo‘llabquvvatlash tizimlari.
Аннотация. В данной статье исследуются интеллектуальные модели оценки
знаний в цифровой образовательной инфраструктуре на основе нечеткой логики и
искусственного интеллекта. Исследование сосредоточено на трех репрезентативных
подходах: системах нечеткого вывода, адаптивных нейро-нечетких системах вывода и
моделях нечеткого многокритериального принятия решений, таких как нечеткий AHP и
TOPSIS. Анализируются их общие архитектуры и математические основы для оценки их
292
способности обрабатывать неопределенность, интерпретировать показатели оценки и
поддерживать объективное принятие решений.
Ключевые слова: Нечеткая логика, Оценка знаний, Цифровая образовательная
инфраструктура, Интеллектуальные модели, ANFIS, Машинное обучение, Оценка
образования, Системы поддержки принятия решений.
Abstract. This paper investigates intelligent models for knowledge assessment in digital
education infrastructure based on fuzzy logic and artificial intelligence. The study focuses on
three representative approaches: fuzzy inference systems, adaptive neuro-fuzzy inference
systems, and fuzzy multi-criteria decision-making models such as fuzzy AHP and TOPSIS. Their
general architectures and mathematical foundations are analyzed to evaluate their ability to
handle uncertainty, interpret assessment indicators, and support objective decision-making.
Keywords: Fuzzy logic, Knowledge assessment, Digital education infrastructure,
Intelligent models, ANFIS, Machine learning, Educational evaluation, Decision support systems.
Introduction. The rapid development of digital technologies has significantly
transformed modern education systems, leading to the formation of advanced
digital education infrastructures. Learning management systems, online assessment
platforms, and educational data repositories generate large volumes of
heterogeneous and often uncertain data related to students’ learning activities and
performance. In this context, ensuring objective, accurate, and fair knowledge
assessment remains one of the most critical challenges in digital education
environments [1]. Traditional assessment methods are usually based on rigid
scoring rules and crisp thresholds, which are often insufficient for capturing the
complexity, subjectivity, and uncertainty inherent in educational evaluation
processes. Indicators such as task complexity, level of differentiation, response
correctness, and answer weighting cannot always be expressed precisely using
classical mathematical models. This limitation motivates the integration of
artificial intelligence and fuzzy logic techniques into modern assessment systems
[2].
Fuzzy set theory provides a powerful mathematical framework for modeling
uncertainty and imprecision in decision-making processes. When combined with
artificial intelligence methods, fuzzy logic enables the construction of intelligent
assessment models that are both interpretable and adaptive. Such models can
process linguistic variables, incorporate expert knowledge, and adjust parameters
based on empirical data, making them highly suitable for educational applications.
This study adopts a comparative analytical methodology to examine
intelligent models for knowledge assessment in digital education infrastructure
based on artificial intelligence and fuzzy logic. The proposed methodology focuses
on analyzing the general structure, functional principles, and mathematical
foundations of selected models, as well as identifying their advantages and
limitations in handling uncertainty in educational assessment [3-5].
Methodology. Fuzzy Inference-Based Assessment Model (FIS). The first
methodology is based on a fuzzy inference system (FIS), where input indicators are
transformed into linguistic variables through fuzzification. Membership functions
are defined to represent qualitative concepts such as low, medium, and high. A rule
base constructed from expert knowledge is then applied to infer the assessment
outcome. Finally, defuzzification methods are used to obtain a crisp knowledge
293
score. This approach enables transparent reasoning and interpretability of
assessment decisions (figure 1) [4].
Denote the set of input indicators, where 𝑥1 represents task complexity,
𝑥2 differentiation index, 𝑥3 response value, and 𝑥4 response weight. Each indicator
is mapped to a fuzzy set using a membership function 𝜇𝐴𝑖 (𝑥𝑖 ).
Figure 1. Fuzzy Inference-Based Assessment Model structure [6]
𝑋 = {𝑥1 , 𝑥2 , … , 𝑥𝑛 }
A commonly used triangular membership function is defined as:
0,
𝑥 ≤ 𝑎,
𝑥−𝑎
, 𝑎 < 𝑥 ≤ 𝑏,
𝑏
−
𝑎
𝜇𝐴 (𝑥) = 𝑐 − 𝑥
, 𝑏 < 𝑥 < 𝑐,
𝑐−𝑏
{ 0,
𝑥 ≥ 𝑐,
The inference process is performed using a rule base of the form:
IF 𝑥1 is 𝐴1 AND 𝑥2 is 𝐴2 THEN 𝑦 is 𝐵
where the firing strength of the rule is computed using a 𝑡-norm operator:
𝑤𝑘 = min (𝜇𝐴1 (𝑥1 ), 𝜇𝐴2 (𝑥2 ), … )
The final crisp assessment score is obtained by centroid defuzzification:
∫ 𝑦 𝜇𝐵 (𝑦) 𝑑𝑦
𝑦∗ =
∫ 𝜇𝐵 (𝑦) 𝑑𝑦
Adaptive Neuro-Fuzzy Assessment Model (ANFIS). The second
methodology employs an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), which
integrates fuzzy logic with neural network learning mechanisms. In this model,
fuzzy rules and membership function parameters are automatically optimized using
training data. A hybrid learning algorithm combining least squares estimation and
gradient-based optimization is applied to improve assessment accuracy [8]. This
methodology allows the model to adapt to changes in learner behavior while
preserving fuzzy interpretability.
294
Figure 2. Neuro-Fuzzy Assessment Model structure
ANFIS combines fuzzy inference with neural network learning capabilities. In a
first-order Sugeno-type ANFIS, each rule is expressed as:
Rule𝑖 :IF 𝑥 is 𝐴𝑖 AND 𝑦 is 𝐵𝑖 THEN 𝑓𝑖 = 𝑝𝑖 𝑥 + 𝑞𝑖 𝑦 + 𝑟𝑖
The firing strength of each rule is given by:
𝑤𝑖 = 𝜇𝐴𝑖 (𝑥) ⋅ 𝜇𝐵𝑖 (𝑦)
and normalized as:
𝑤𝑖
𝑤ˉ𝑖 =
𝑁
∑ 𝑤𝑗
𝑗=1
The ANFIS output is calculated as:
𝑁
𝑦̂ = ∑ 𝑤ˉ𝑖 𝑓𝑖
𝑖=1
Model parameters (𝑝𝑖 , 𝑞𝑖 , 𝑟𝑖 )and membership function parameters are
optimized using a hybrid learning algorithm that combines least squares estimation
and gradient descent [7].
Fuzzy Multi-Criteria Decision-Making Model (Fuzzy AHP). The third
methodology utilizes fuzzy multi-criteria decision-making techniques, such as
fuzzy AHP or fuzzy TOPSIS, to evaluate students’ knowledge levels. Assessment
indicators are represented as fuzzy numbers, and their relative importance is
determined through fuzzy pairwise comparisons. The final assessment is obtained
by aggregating weighted criteria, enabling a structured and consistent evaluation
process under uncertainty [9].
Conclusion
This research analyzed fuzzy inference, neuro-fuzzy, and fuzzy multi-criteria
models for knowledge assessment in digital education systems. The results indicate
that while FIS ensures transparency, ANFIS provides adaptability, and fuzzy
AHP/TOPSIS offers structured decision support. Hybrid approaches are
recommended for improved assessment effectiveness (Table 1).
295
Table 1
Comparative table of assessment models
Criterion
FIS
ANFIS
Fuzzy AHP /
TOPSIS
Uncertainty
handling
Interpretability
Linguistic variables, rule-based
inference
Explicit IF–THEN rules
Adaptability
Static, no learning
Computational
complexity
Low inference cost
Fuzzy logic with
adaptive learning
Partially
interpretable
Data-driven
parameter learning
High training cost
Fuzzy numbers,
pairwise comparison
Clear weighting and
ranking
Static decision
structure
Moderate matrix
operations
References:
1. Zimmermann, H. J. (2020). Fuzzy set theory-and its applications. Springer Science &
Business Media.
2. Romero, C., Ventura, S., Pechenizkiy, M., & Baker, R. S. (2021). Handbook of
Educational Data Mining. CRC Press.
3. Rahimov Nodir, Khasanov Dilmurod. (2022). The Mathematical Essence Of Logistic
Regression For Machine Learning. https://doi.org/10.5281/zenodo.7239169
4. N.Raximov, J.Kuvandikov, D.Khasanov, “The importance of loss function in artificial
intelligence”, International Conference on Information Science and Communications
Technologies (ICISCT 20222), DOI: 10.1109/ICISCT55600.2022.10146883
5. Raximov N., Xasanov D. (2023). Data preprocessing techniques in machine
learning. Информатика и инженерные технологии, 1(2), 27–31. извлечено от
https://inlibrary.uz/index.php/computer-engineering/article/view/24959
AXBOROT TIZIMLARIDA SO‘ROVLAR OQIMINI NORAVSHAN
MANTIQ MODELI ASOSIDA BOSHQARISH VA TEGISHLILIK
FUNKSIYALARI SEZUVCHANLIGINI OPTIMALLASHTIRISH
Kenjayev Sanjar Sobirovich, SamDU, tayanch doktorant
s.kenjayev22@gmail.com
Annotatsiya. Zamonaviy taqsimlangan va bulutli tizimlarda so‘rovlarni samarali
taqsimlash muhim hisoblanadi. An’anaviy yuk balanslash usullari dinamik o‘zgarishlarni to‘liq
hisobga olmaydi. Tadqiqotda noravshan mantiqqa asoslangan tizimlar uchun tegishlilik
funksiyalari sezuvchanligini optimallashtirish modeli taklif etiladi.
Kalit so‘zlar: noravshan mantiq, so‘rovlarni taqsimlash, tegishlilik funksiyasi,
sezuvchanlik, yuk balanslash.
Аннотация. Эффективное распределение запросов имеет важное значение в
современных распределенных и облачных системах. Традиционные методы балансировки
нагрузки не в полной мере учитывают динамические изменения. В исследовании
предлагается модель для оптимизации чувствительности функций принадлежности для
систем, основанных на нечеткой логике.
Ключевые слова: нечеткая логика, распределение запросов, функция
принадлежности, чувствительность, балансировка нагрузки.
Abstract. Efficient request distribution is essential in modern distributed and cloud
systems. Traditional load balancing methods do not fully account for dynamic changes. The
study proposes a model for optimizing the sensitivity of membership functions for fuzzy logicbased systems.
296
Keywords: fuzzy logic, request distribution, membership function, sensitivity, load
balancing.
Kirish. Hozirgi kunda bulutli hisoblash, real vaqt xizmatlari va ko‘p
foydalanuvchili platformalarning jadal rivojlanishi server infratuzilmalarini
murakkab va dinamik muhitga aylantirmoqda. Bunday sharoitda so‘rovlarni
samarali taqsimlash tizimning uzluksiz va barqaror ishlashi uchun muhim
hisoblanadi [1].
An’anaviy yuk balanslash algoritmlari (Round Robin, Least Connection va
boshqalar) qat’iy chegaraviy qoidalarga asoslanganligi sababli noaniqliklarni
yetarli darajada hisobga olmaydi [2]. Shu sababli noravshan mantiq asosidagi
yondashuvlar so‘nggi yillarda keng qo‘llanilmoqda. Noravshan tizimlarning asosiy
ustunligi -server holatini “past yuk”, “o‘rta yuk”, “yuqori yuk” kabi lingvistik
qiymatlar orqali baholash imkoniyati hisoblanadi [3].
Biroq amaliyot shuni ko‘rsatadiki, ko‘plab ishlarda barcha lingvistik
qiymatlar uchun bir xil shakldagi tegishlilik funksiyalaridan foydalaniladi. Bu esa
tizim sezuvchanligini pasaytirishi va qaror aniqligiga salbiy ta’sir ko‘rsatishi
mumkin [4,5].
Metodologiya
Tadqiqot davomida quyidagi muammolar kuzatildi:
- ayrim serverlarda ortiqcha yuklanish paydo bo‘lishi;
- tanlangan serverning real holatiga moslik aniqligining pasayishi;
- turli shakldagi tegishlilik funksiyalari qo‘llanganda natijalarda sezilarli
farqlar paydo bo‘lishi.
Asosiy gipoteza shundan iboratki, har bir lingvistik holat o‘zining semantik
tabiatiga ega bo‘lib, unga mos matematik funksiya tanlanishi kerak.
Taklif etilayotgan yondashuv: Taklif etilgan modelda parametr
semantikasiga qarab quyidagi moslik qo‘llanildi:
- Past yuklanish → uchburchak funksiya
- O‘rta yuklanish → trapetsiya funksiya
- Yuqori yuklanish → Gauss funksiya
Bu yondashuv har bir holatda optimal sezuvchanlikni ta’minlashga qaratilgan
(1 rasm).
1- rasm. Server yukini tahlil qilishda tegishlilik funktsiyalarining sezgirlik
xususiyatlarini optimallashtirish modeli
Sezuvchanlik metrikalari: Har bir yuk holati uchun alohida sezuvchanlik
mezoni qo‘llandi:
Yuk holati
Funksiya
Metrika
297
Yuk holati
Funksiya
Metrika
Past
Triangular
Maksimal
sezuvchanlik
O‘rta
Trapezoidal
Integral
sezuvchanlik
Yuqori
Gaussian
RMS sezuvchanlik
Umumiy
Normallashtirilgan
Balanslangan
Bu yondashuv tizim xatti-harakatini nozikroq boshqarish imkonini beradi.
Eksperimental natijalar
Tajriba natijalari quyidagilarni ko‘rsatdi(jadval 1):
Past yuklanish
- Uchburchak funksiya eng yuqori sezuvchanlikni berdi;
- Tezkor javob va aniqlik oshdi.
O‘rta yuklanish
- Trapetsiya funksiya eng barqaror natija ko‘rsatdi;
- Tizim tebranishlari kamaydi.
Yuqori yuklanish
- Gauss funksiya eng past RMS sezuvchanlikni berdi;
- Prognoz aniqligi 93 %ga yetdi.
Jadval 1. Turli xil sezuvchanlik darajalari va normallashtirilgan sezuvchanlik
indeksi.
𝑺norm
Yondashuv
Low
Average
High
Triangular
0.92
0.65
0.58
0.717
Gauss
0.61
0.72
0.91
0.747
Kombinatsion
0.95
0.88
0.93
0.920
Kombinatsion model samaradorligi
Normallashtirilgan sezuvchanlik indeksi bo‘yicha:
- faqat triangular → 0.717
- faqat Gauss → 0.747
- kombinatsion yondashuv → 0.920
Bu natija taklif etilgan model umumiy sezuvchanlik balansini sezilarli
yaxshilashini ko‘rsatadi (2 rasm).
298