Detail předmětu

Evoluční a nekonvenční hardware

FIT-EUDAk. rok: 2017/2018

Předmět představuje vybrané výpočetní modely a výpočetní systémy, 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 elektronika, DNA počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.

Okruhy otázek k SDZ:
1. Superturingovské počítání - vysvětlení konceptu
2. Rekonfigurovatelná zařízení pro evolvable hardware
3. Kartézské genetické programování
4. Evoluční návrh číslicových obvodů - princip
5. Problém škálovatelnosti evolučního návrhu obvodů a jeho řešení
6. Evoluční návrh analogových obvodů
7. Vyvíjející se obvody a adaptivní hardware
8. Celulární automaty v 1D a 2D, Wolframovy třídy, sebereplikace
9. Adlemanův experiment, DNA počítače
10. Kvantové celulární automaty, reverzibilní obvody

Jazyk výuky

čeština

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.

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    1. Úvod: Tradiční výpočetní modely, jejich meze, superturingovské počítání
    2. Počítačový hardware, implementační limity
    3. Počítání podle přírody: zdroje inspirace, výpočetní platformy, klasifikace
    4. Rekonfigurovatelné obvody
    5. Kartézské genetické programování
    6. Evoluční návrh číslicových obvodů
    7. Vyvíjející se obvody
    8. Vyvíjející se obvody, aplikace
    9. Vývoj a vývin, celulární automaty, L-systémy
    10. Embryonální elektronika, celulární výpočetní platformy, Cell Matrix, POEtic
    11. Nanotechnologie a molekulární elektronika
    12. DNA výpočty
    13. Aktuální trendy

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. 

Učební cíle

Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných a dalších nekonvenčních výpočetních systémů. Získat schopnost využívat vybrané biologií inspirované a další nekonvenční techniky ve fázi návrhu, implementace a v průběhu činnosti výpočetního systému.

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

Vypracování a prezentace projektu.

Základní literatura

Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3 Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0 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 

Doporučená literatura

Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3 Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0Mařík et al.: Umělá inteligence IV, Academia, 2003, 480 s., ISBN 80-200-1044-0Sekanina 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 

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod: Tradiční výpočetní modely, jejich meze, superturingovské počítání
  2. Počítačový hardware, implementační limity
  3. Počítání podle přírody: zdroje inspirace, výpočetní platformy, klasifikace
  4. Rekonfigurovatelné obvody
  5. Kartézské genetické programování
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů
  7. Vyvíjející se obvody
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Vývoj a vývin, celulární automaty, L-systémy
  10. Embryonální elektronika, celulární výpočetní platformy, Cell Matrix, POEtic
  11. Nanotechnologie a molekulární elektronika
  12. DNA výpočty
  13. Aktuální trendy