IA101 Algoritmika pro těžké problémy

Fakulta informatiky
podzim 2021
Rozsah
2/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Ivana Černá, CSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Ivana Černá, CSc.
Katedra teorie programování – Fakulta informatiky
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Ivana Černá, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Katedra teorie programování – Fakulta informatiky
Rozvrh
St 15. 9. až St 8. 12. St 12:00–13:50 A217
Předpoklady
Předpokladem jsou znalosti základních technik pro návrh algoritmů (rekurze, dynamické programování, hladové techniky), datových struktur a algoritmů (v rozsahu předmětů IB002 a IV003).
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 53 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Kurz je volným pokračováním bakalářských kurzů Algoritmy a datové struktury I a Algoritmy a datové struktury II. Prezentuje algoritmické koncepty a konstrukty pro těžké výpočetní úlohy. Systematicky vysvětluje, kombinuje a srovnává možné způsoby atakování těžkých problémů, jakými jsou randomizace, heuristiky, aproximace a lokální vyhledávání.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
- identifikovat algoritmicky těžké problémy,
- identifikovat oblasti, ve kterých je možné použít pseudopolynomiální, aproximativní, pravděpodobnostné a heuristické algoritmy,
- aktívně používat dostupné pseudopolynomiální, aproximativní a pravděpodobnostné algoritmy a správně interpretovat jejich výstupy,
- navrhovat jednoduché pseudopolynomiální, aproximativní a pravděpodobnostné algoritmy,
- experimentálně evaluovat performanci heuristických algoritmů.
Osnova
  • Deterministické techniky: pseudopolynomiální algoritmy, parametrizované algoritmy, branch--and--bound, exponenciální algoritmy.
  • Aproximativní přístup: koncept aproximativního algoritmu, klasifikace aproximatívních algoritmů, stabilita aproximatívních algoritmů, neaproximovatelnost. Techniky návrhu aproximatívních algoritmů. Využití principů dynamického programování a hladových techník. Techniky využívající redukci na úlohu lineárního programování. Kombinatorické přístupy.
  • Náhodnostní přístup: klasifikace a paradigmata náhodnostních agoritmů. Techniky návrhu náhodnostních algoritmů. Derandomizace. Kombinace aproximativních a náhodnostních technik.
  • Heuristiky: lokální vyhledávání, simulované žíhání, genetické algoritmy.
Literatura
    doporučená literatura
  • D. Williansom, D. Shmoys. The Design of Approximation Algorithms. Cambridge, 2011
  • VAZIRANI, Vijay V. Approximation algorithms. Berlin: Springer, 2001, xix, 378. ISBN 3540653678. info
  • MOTWANI, Rajeev a Prabhakar RAGHAVAN. Randomized algorithms. Cambridge: Cambridge University Press, 1995, xiv, 476. ISBN 0521474655. info
  • HROMKOVIČ, Juraj. Algorithmics for hard problems : introduction to combinatorial optimization, randomization, approximation, and heuristics. Berlin: Springer, 2001, xi, 492. ISBN 3540668608. info
  • CORMEN, Thomas H., Charles Eric LEISERSON a Ronald L. RIVEST. Introduction to algorithms. Cambridge: MIT Press, 1989, xvii, 1028. ISBN 0070131430. info
  • COOK, William. In pursuit of the traveling salesman : mathematics at the limits of computation. Princeton: Princeton University Press, 2012, xiii, 228. ISBN 9780691152707. info
  • CHVÁTAL, Václav. Linear programming. New York: W.H. Freeman, 1983, xiii, 478. ISBN 0716715872. info
    neurčeno
  • KLEINBERG, Jon a Éva TARDOS. Algorithm design. Boston: Pearson/Addison-Wesley, 2006, xxiii, 838. ISBN 0321372913. URL info
Výukové metody
teoretická výuka doplněna individuálním procvičováním probíraných návrhových technik
Metody hodnocení
Pisemna zkouska na konci semestru.
Informace učitele
https://is.muni.cz/auth/el/1433/podzim2017/IA101/index.qwarp
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.