Detail předmětu

Biologií inspirované počítače

FIT-BINAk. rok: 2017/2018

Předmět představuje vybrané výpočetní modely a počítače, které vznikají na průniku hardware a umělé inteligence jako reakce na neschopnost konvenčních počítačů efektivně řešit jisté třídy úloh. Budou shrnuty relevantní teoretické modely, rekonfigurovatelné výpočetní architektury a techniky výpočetní inteligence inspirované fylogenezí, ontogenezí a epigenezí. Zejména budou diskutovány tyto oblasti: evoluční design, vyvíjející se obvody, celulární systémy, embryonální a neurální hardware, molekulární počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni využít evoluční algoritmy pro návrh elektronických obvodů, budou schopni modelovat, simulovat a realizovat netradiční, zejména biologií inspirované, výpočetní systémy.

Pochopení vztahu mezi počítači (počítáním) a vybranými přírodními procesy.

Prerekvizity

Nejsou žádné prerekvizity.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Nejsou.

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    1. Úvod, inspirace v přírodě, entropie a samoorganizace
    2. Limity abstraktního a fyzického počítání
    3. Evoluční návrh
    4. Kartézské genetické programování
    5. Rekonfigurovatelná výpočetní zařízení
    6. Evoluční návrh číslicových obvodů 
    7. Evoluční návrh obvodů, extrémní prostředí
    8. Vyvíjející se obvody, aplikace
    9. Výpočetní development
    10. Embryonální a neurální hardware
    11. DNA výpočty
    12. Nanotechnologie a molekulární elektronika  
    13. Aktuální trendy

    Osnova počítačových cvičení:
    1. Evoluční návrh kombinačních obvodů
    2. Statistické vyhodnocení experimentů s evolučním návrhem
    3. Virtuální rekonfigurovatelné obvody 
    4. Celulární automaty

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    Studenti vypracují projekt související s tematikou kurzu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.

Učební cíle

Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných výpočetních systémů. Získat schopnost využívat vybrané biologií inspirované techniky ve fázi návrhu, implementace a v průběhu činnosti počítačů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Půlsemestrální zkouška, projekt, úkoly z počítačového cvičení.

Základní literatura

Floreano D., Mattiussi C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
Miller J.F.: Cartesian Genetic Programming, Springer Verlag, 2011, ISBN 978-3-642-17309-7
Rozenberg G., Bäck T., Kok J.N.: Handbook of Natural Computing, Springer 2012, 2052 p., ISBN 978-3540929093
Sekanina L., Vašíček Z., Růžička R., Bidlo M., Jaroš J., Švenda P.: Evoluční hardware: Od automatického generování patentovatelných invencí k sebemodifikujícím se strojům. Academia Praha 2009, ISBN 978-80-200-1729-1
Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor MSK , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MMM , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MBS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MGM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MPV , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod, inspirace v přírodě, entropie a samoorganizace
  2. Limity abstraktního a fyzického počítání
  3. Evoluční návrh
  4. Kartézské genetické programování
  5. Rekonfigurovatelná výpočetní zařízení
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů 
  7. Evoluční návrh obvodů, extrémní prostředí
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Výpočetní development
  10. Embryonální a neurální hardware
  11. DNA výpočty
  12. Nanotechnologie a molekulární elektronika  
  13. Aktuální trendy

Cvičení na počítači

8 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Osnova

  1. Evoluční návrh kombinačních obvodů
  2. Statistické vyhodnocení experimentů s evolučním návrhem
  3. Virtuální rekonfigurovatelné obvody 
  4. Celulární automaty

Projekt

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.