Detail předmětu

Biologií inspirované počítače

BIN Ak. rok 2019/2020 letní semestr 5 kreditů

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

Garant předmětu

Zástupce garanta předmětu

Bidlo Michal, Ing., Ph.D. (UPSY FIT VUT)

Jazyk výuky

český

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

26 hod. přednášky, 8 hod. pc laboratoře, 18 hod. projekty

Bodové hodnocení

52 zkouška, 15 půlsemestrální test, 8 laboratoře, 25 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Stránky předmětu

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

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

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

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

Cíle předmětu

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

Proč je předmět vyučován

Řada jevů pozorovaných v přírodě (např. evoluce, samo-organizace a učení) může být chápána jako výpočetní proces. Inspirováni těmito procesy se naučíte, jak navrhovat algoritmy a výpočetní systémy, které vykazují vlastnosti (adaptace, samo-organizace, energetická účinnost), které jsou jen obtížně dosažitelné běžnými technikami používanými v informatice a výpočetní technice.

Literatura studijní

  • 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
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7
  • Rozenberg G., Bäck T., Kok J.N.: Handbook of Natural Computing, Springer 2012, 2052 p., ISBN 978-3540929093
  • Kvasnička, V., Pospíchal J., Tiňo P.: Evolučné algoritmy. Vydavatelství STU Bratislava, 2000, 215 s., ISBN 80-227-1377-5
  • Mařík et al.: Umělá inteligence IV, Academia, 2003, 480 s., ISBN 80-200-1044-0

Literatura referenční

  • 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 
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7
  • Rozenberg G., Bäck T., Kok J.N.: Handbook of Natural Computing, Springer 2012, 2052 p., ISBN 978-3540929093
  • Miller J.F.: Cartesian Genetic Programming, Springer Verlag 2011, ISBN 978-3-642-17309-7

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 elektronických obvodů 
  7. Vyvíjející se obvody, aplikace
  8. Výpočetní development
  9. Neuronové sítě a neuroevoluce
  10. Neuropočítače
  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

Každý student si vybere a vyřeší jeden projekt ze seznamu schválených projektů. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.

Průběžná kontrola studia

Půlsemestrální zkouška, projekt a jeho obhajoba, úkoly z počítačového cvičení.

Kontrolovaná výuka

Polosemestrální písemná zkouška, vypracování a prezentace projektu, úkoly z počítačových cvičení v předepsaných termínech. V případě nahlášené překážky ve smyslu čl. 55 Studijního a zkušebního řádu VUT bude studentovi umožněna prezentace projektu či vyřešení úkolu ze cvičení v náhradním termínu.

Podmínky zápočtu

Nejsou.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Stpřednáškavýuky A112 14:0015:50 1MIT 2MIT MBI xx

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru