Detail předmětu

Pokročilá matematika

IAM Ak. rok 2025/2026 letní semestr 5 kreditů

Aktuální akademický rok

Předmět navazuje na povinné matematické předměty bakalářského studia. Práce s matematickým aparátem je demonstrována spolu s prohloubením znalostí oblastí matematiky úzce souvisejících s informatikou a s ukázkou jejich aplikací v informatice. Jedná se zejména o teorii čísel a její aplikaci v kryptografii; základy teorie množin a logiky, vybrané logické systémy, techniky a rozhodovací procedury s aplikací např. v databázích či softwarovém inženýrství; teorii svazů, pevných bodů, a jejich aplikace ve verifikaci; pravděpodobnost a statistiku a aplikace v analýze pravděpodobnostních systémů a umělé inteligenci.

Garant předmětu

Holík Lukáš, doc. Mgr., Ph.D.

Koordinátor předmětu

Lengál Ondřej, Ing., Ph.D. (UITS)

Jazyk výuky

česky, anglicky

Zakončení

klasifikovaný zápočet

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 18 hod. cvičení
  • 8 hod. pc laboratoře

Bodové hodnocení

  • 50 bodů půlsemestrální test
  • 50 bodů numerická cvičení

Zajišťuje ústav

Ústav inteligentních systémů (UITS)

Přednášející

Andriushchenko Roman, Ing. (UITS)
Češka Milan, doc. RNDr., Ph.D. (UITS)
Hliněná Dana, doc. RNDr., Ph.D. (UMAT)
Holík Lukáš, doc. Mgr., Ph.D.
Lengál Ondřej, Ing., Ph.D. (UITS)

Cvičící

Andriushchenko Roman, Ing. (UITS)
Češka Milan, doc. RNDr., Ph.D. (UITS)
Hliněná Dana, doc. RNDr., Ph.D. (UMAT)
Holík Lukáš, doc. Mgr., Ph.D.
Lengál Ondřej, Ing., Ph.D. (UITS)

Cíle předmětu

  • Prohloubit schopnosti aplikace matematického aparátu ve vyjadřování, formulaci a řešení problémů a posílit schopnosti exaktního vyjadřování a myšlení obecně,
  • rozvinout některé partie matematiky s těsnou vazbou na informatiku a ukázat souvislost s informatikou,
  • usnadnit studium matematických předmětů v navazujícím magisterském studiu,
  • přesvědčit se na vlastní oči, jak komplikovaná matematika může vést k velmi užitečným algoritmům a nástrojům.


Schopnost matematické formulace, řešení problémů pomocí matematického aparátu, zejména dokazování, prohloubení a procvičení základních matematických pojmů, přehled o některých pro informatiku stěžejních oblastech matematiky a jejich aplikacích v informatice. Rozvinutí schopnosti exaktně se vyjadřovat a používat matematický aparát.

Doporučené prerekvizity

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Základní pojmy o relacích, množinách, základy výrokové a predikátové logiky, základy algebry, základy konečných automatů.

Literatura studijní

  • R. Smullyan. First-Order Logic. Dover, 1995.
  • B. Balcar, P. Štěpánek. Teorie množin. Academia, 2005.
  • C. M. Grinstead, J. L. Snell. Introduction to probability. American Mathematical Soc., 2012.
  • G. Chartrand, A. D. Polimeni, P. Zhang. Mathematical Proofs: A Transition to Advanced Mathematics, 2013
  • Steven Roman. Lattices and Ordered Sets, Springer-Verlag New York, 2008.
  • A. Doxiadis, C. Papadimitriou. Logicomix: An Epic Search for Truth. Bloomsbury, 2009.

Literatura referenční

  • A.R. Bradley, Z. Manna. The Calculus of Computation. Springer, 2007.
  • D. P. Bertsekas, J. N. Tsitsiklis. Introduction to Probability, Athena Scientific, 2008.
  • M. Huth, M. Ryan. Logic in Computer Science. Modelling and Reasoning about Systems. Cambridge University Press, 2004.

Osnova přednášek

  1. Axiomy teorie množin, axiom výběru. Spočetné a nespočetné množiny, kardinální čísla. (Dana Hliněná)
  2. Aplikace teorie čísel v kryptografii. (Dana Hliněná)
  3. Teorie čísel: prvočísla, dělitelnost, kongruence, Fundamentální věta aritmetiky, Malá Fermatova věta, Eulerova funkce. (Dana Hliněná)
  4. Výroková logika. Syntaxe, sémantika. Důkazové metody pro výrokovou logiku: metoda sémantických tabulek, přirozená dedukce, rezoluce. (Ondřej Lengál)
  5. Predikátová logika. Syntaxe, sémantika prvořádové predikátové logiky. Důkazové metody pro predikátovou logiku: metoda sémantických tabulek, přirozená dedukce. (Ondřej Lengál)
  6. Predikátová logika. Craigova interpolace. Důležité teorie. Nerozhodnutelnost. Predikátová logika vyššího řádu. (Ondřej Lengál)
  7. Hoarova logika. Precondition, postcondition. Invariant. Deduktivní verifikace programů. (Ondřej Lengál)
  8. Logické rozhodovací procedury: Klasické rozhodovací procedury pro aritmetiku nad celými a racionálními čísly. (Lukáš Holík)
  9. Automatové rozhodovací procedury pro aritmetiku a WS1S. (Lukáš Holík)
  10. Rozhodovací procedury pro kombinované teorie. (Lukáš Holík)
  11. Pokročilá kombinatorika: Princip inkluze a exkluze, Dirichletův princip, vybrané kombinatorické teorémy. (Milan Češka)
  12. Podmíněná pravděpodobnost, základy statistické inference, Bayesovské sítě. (Milan Češka)
  13. Náhodné procesy: Markovův a Poissonův proces. Aplikace v informatice: kvantitativní analýza, analýza výkonnosti. (Milan Češka)

Osnova numerických cvičení

  1. Důkazy v teorii množin, Cantorova diagonalizace, párování, Hilbertův hotel.
  2. Prvočísla a kryptografie, RSA a DSA šifry.
  3. Důkazové úlohy v teorii čísel, Čínská věta o zbytcích.
  4. Důkazové metody pro výrokovou logiku.
  5. Důkazové metody pro predikátovou logiku.
  6. Rozhodovací procedury.
  7. Počítačové cvičení 1.
  8. Počítačové cvičení 2.
  9. Automatové rozhodovací procedury a kombinované teorie.
  10. Počítačové cvičení 3.
  11. Důkazové metody v kombinatorice.
  12. Podmíněná pravděpodobnost v praxi, použití statistické inference.
  13. Počítačové cvičení 4.

Osnova počítačových cvičení

  1. Důkazy korektnosti programů v systému VCC.
  2. Solvery - SAT, SMT.
  3. Solvery - Mona, Vampire.
  4. Analýza pravděpodobnostních systémů, nástroj PRISM.

Průběžná kontrola studia

Dva testy - v polovině a v závěru semestru (25 bodů za test), aktivita na cvičeních (5 bodů za každé cvičení). Podmínky zápočtu: Získání 50 ze 100 možných bodů, udělovaných za aktivity v průběhu cvičení a docházku (50 bodů), průběžné testy (50 bodů).

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT, 2. ročník, volitelný
  • Program BIT (anglicky), 2. ročník, volitelný
Nahoru