Popis předmětu - B3M35DRS

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B3M35DRS Dynamika a řízení sítí
Role:PV, PO Rozsah výuky:2P+2C
Katedra:13135 Jazyk výuky:CS
Garanti:  Zakončení:Z,ZK
Přednášející:Hengster-Movric K. Kreditů:6
Cvičící:Hengster-Movric K. Semestr:Z

Webová stránka:

https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=8066

Anotace:

Tento kurz reaguje na stále se zvyšující požadavky na pochopení současných sítí – rozsáhlých komplexních systémů složených z mnoha komponent a subsystémů propojených do jediné distribuované entity. Zde budeme zvažovat základní podobnosti mezi různými oblastmi, jako je např. předpovídání šíření globálních pandemií, dynamiky veřejného mínění a manipulace s komunitami prostřednictvím sociálních médií, kontroly vytváření bezpilotních vozidel, výroby a distribuce energie v energetických sítích atd. Pochopení takových přesvědčivých problémů daleko přesahuje hranice jakéhokoli fyzického, technologického nebo vědecká doména. Proto budeme analyzovat jevy napříč různými doménami, včetně společenských, ekonomických a biologických sítí. U takto propojených síťových systémů závisí výsledné chování nejen na vlastnostech jejich jednotlivých komponent a detailech jejich fyzických či logických interakcí, ale také na přesném způsobu propojení těchto komponent – detailní topologii propojení. Z tohoto důvodu první část kurzu představuje základní teoretické a abstraktní koncepty analýzy výpočetní sítě; zejména teorie algebraických grafů, síťové míry a metriky a základní síťové algoritmy. Druhá část předmětu následně nahlíží na sítě jako na dynamické systémy, studuje jejich vlastnosti a způsoby jejich řízení, a to především pomocí metod teorie automatického řízení.

Cíle studia:

Seznamte se s teoretickým a výpočetním rámcem pro analýzu a syntézu rozsáhlých komplexních vzájemně propojených síťových systémů.

Obsah:

1. Základní síťové pojmy a příklady technologických, informačních, sociálních a biologických sítí.
2. Algebraická a spektrální teorie grafů: matice sousednosti, Laplaciovská matice grafů, matice incidence, cesty a smyčky, dosažitelnost, vlastní čísla a vlastní vektory matice grafů; Frobeniova forma: redukovatelné a neredukovatelné složky.
3. Síťové míry a metriky: centrality, PageRank, podobnosti, shluky a komunity.
4. Algoritmy pro analýzu rozsáhlých sítí: prohledávání do šířky, Dijkstra, prohledávání do hloubky, Ford-Fulkerson, dělení grafů a algoritmy detekce komunity.
5. Specifické typy grafů a sítí: náhodné modely grafů, sítě malého světa, regulární grafy, sítě bez měřítka. Sociální a biologické sítě, lídři, komplexnost; odolnost sítí.
7. Dynamika sítě, procesy na sítích; epidemie a populační dynamika.
8. Konsensus (dohoda) v sítích, synchronizace, princip vnitřního modelu.
9. Řízení formace: ovladatelnost a pozorovatelnost v grafu, kooperativní stabilita formace.
10. Distribuované řízení multiagentních systémů: stabilita, výkon, řízení založené na pasivitě.
11. Jevy škálování v distribuovaných systémech, stabilita struny, stabilita sítě.
12. Distribuovaný odhad (například v bezdrátových senzorových sítích).

Osnovy přednášek:

1. Základní síťové pojmy a příklady technologických, informačních, sociálních a biologických sítí.
2. Algebraická a spektrální teorie grafů: matice sousednosti, Laplaciovská matice grafů, matice incidence, cesty a smyčky, dosažitelnost, vlastní čísla a vlastní vektory matice grafů; Frobeniova forma: redukovatelné a neredukovatelné složky.
3. Síťové míry a metriky: centrality, PageRank, podobnosti, shluky a komunity.
4. Algoritmy pro analýzu rozsáhlých sítí: prohledávání do šířky, Dijkstra, prohledávání do hloubky, Ford-Fulkerson, dělení grafů a algoritmy detekce komunity.
5. Specifické typy grafů a sítí: náhodné modely grafů, sítě malého světa, regulární grafy, sítě bez měřítka. Sociální a biologické sítě, lídři, komplexnost; odolnost sítí.
7. Dynamika sítě, procesy na sítích; epidemie a populační dynamika.
8. Konsensus (dohoda) v sítích, synchronizace, princip vnitřního modelu.
9. Řízení formace: ovladatelnost a pozorovatelnost v grafu, kooperativní stabilita formace.
10. Distribuované řízení multiagentních systémů: stabilita, výkon, řízení založené na pasivitě.
11. Jevy škálování v distribuovaných systémech, stabilita struny, stabilita sítě.
12. Distribuovaný odhad (například v bezdrátových senzorových sítích).

Osnovy cvičení:

Cvičení budou realizována jako výpočetní, kdy studenti budou samostatně pracovat na zadaných větších projektech s možností konzultací s přítomným vyučujícím.

Literatura:

Knihy, na nichž je předmět postaven. Studenti budou s touto literaturou během studia pracovat:
1. Mark Newman. Networks: An introduction. Oxford University Press, 2010, ISBN: 9780199206650. [Odkaz na stránky nakladatele].
2. Albert-László Barabási. Network Science, Cambridge University Press; 1st edition (2016), ISBN ‏: ‎ 978-1107076266.

Požadavky:

Tento kurz částečně staví na základech stanovených v následujících kurzech: B(E)3M35LSY - Lineární systémy B(E)3M35ORR - Optimální a robustní ovládání Tyto předpoklady jsou doporučené, nejsou však striktně vyžadovány. Všechny potřebné znalosti jsou uvedeny v poznámkách k přednášce.

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
MPKYR5_2016 Kybernetika a robotika PV 3
MPKYR1_2016 Robotika PV 3
MPEK8_2021 Komunikace a zpracování informace PV 1
MPKYR3_2016 Systémy a řízení PO 3
MPKYR2_2016 Senzory a přístrojová technika PV 3
MPKYR4_2016 Letecké a kosmické systémy PV 3
MPKYR_2021 Před zařazením do oboru PV 3


Stránka vytvořena 21.6.2024 15:50:48, semestry: Z,L/2023-4, Z/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)