FI:IA101 Algoritmika pro těžké problémy - Informace o předmětu

IA101 Algoritmika pro těžké problémy

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

• Analýza a zpracování obrazu (program FI, N-VIZ)
• Aplikovaná informatika (program FI, N-AP)
• Bezpečnost informačních technologií (angl.) (program FI, N-IN)
• Bezpečnost informačních technologií (program FI, N-IN)
• Bioinformatika a systémová biologie (program FI, N-UIZD)
• Bioinformatika (program FI, N-AP)
• Computer Games Development (program FI, N-VIZ_A)
• Computer Graphics and Visualisation (program FI, N-VIZ_A)
• Computer Networks and Communications (program FI, N-PSKB_A)
• Cybersecurity Management (program FI, N-RSSS_A)
• Formální analýza počítačových systémů (program FI, N-TEI)
• Grafický design (program FI, N-VIZ)
• Graphic Design (program FI, N-VIZ_A)
• Hardware Systems (program FI, N-PSKB_A)
• Hardwarové systémy (program FI, N-PSKB)
• Image Processing and Analysis (program FI, N-VIZ_A)
• Informační bezpečnost (program FI, N-PSKB)
• Informační systémy (program FI, N-IN)
• Informatika (angl.) (program FI, D-IN4)
• Informatika (program FI, D-IN4)
• Information Security (program FI, N-PSKB_A)
• Kvantové a jiné neklasické výpočetní modely (program FI, N-TEI)
• Matematická informatika (program FI, B-IN)
• Paralelní a distribuované systémy (program FI, N-IN)
• Počítačová grafika a vizualizace (program FI, N-VIZ)
• Počítačová grafika (program FI, N-IN)
• Počítačové sítě a komunikace (program FI, N-IN)
• Počítačové sítě a komunikace (program FI, N-PSKB)
• Počítačové systémy a technologie (angl.) (program FI, D-IN4)
• Počítačové systémy a technologie (program FI, D-IN4)
• Počítačové systémy (program FI, N-IN)
• Principy programovacích jazyků (program FI, N-TEI)
• Programovatelné technické struktury (angl.) (program FI, N-IN)
• Programovatelné technické struktury (program FI, N-IN)
• Řízení kyberbezpečnosti (program FI, N-RSSS)
• Řízení vývoje služeb (program FI, N-RSSS)
• Řízení vývoje softwarových systémů (program FI, N-RSSS)
• Services Development Management (program FI, N-RSSS_A)
• Služby - výzkum, řízení a inovace (angl.) (program FI, N-AP)
• Služby - výzkum, řízení a inovace (program FI, N-AP)
• Sociální informatika (program FI, B-AP)
• Software Systems Development Management (program FI, N-RSSS_A)
• Software Systems (program FI, N-PSKB_A)
• Softwarové systémy (program FI, N-PSKB)
• Strojové učení a umělá inteligence (program FI, N-UIZD)
• Teoretická informatika (program FI, N-IN)
• Učitelství výpočetní techniky pro střední školy (program FI, N-SS) (2)
• Umělá inteligence a zpracování přirozeného jazyka (program FI, N-IN)
• Vývoj počítačových her (program FI, N-VIZ)
• Zpracování a analýza rozsáhlých dat (program FI, N-UIZD)
• Zpracování obrazu (program FI, N-AP)
• Zpracování přirozeného jazyka (program FI, N-UIZD)

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.

• Statistika zápisu (podzim 2021, nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/fi/podzim2021/IA101