Bachelor's Thesis

Application of artificial neural networks to optimization of engineering problems

Final Thesis 4.09 MB Appendix 22.37 kB

Author of thesis: Bc. Matěj Obšivač

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Mašek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Lukáš Novák, Ph.D.

Abstract:

The aim of the following thesis is to create a compact guide to a machine learning algorithm known as neural network.
The opening portion is focused on the creation of this algorithm, theorems that laid the foundation for modern artificial intelligence. In it we discuss the most significant breakthroughs in research and contributions that led to the its widespread application in modern practice.
In the following chapter we study in depth neural networks, from common architecture to specification regarding each component, their role, modifications and uses.
As the necessary explanation is laid down we turn our attention to models solving progressively more complicated problems. From trivial to increasingly challenging mathematical functions to solving an engineering problem of optimization of prestressed tendons.
Finally, we correlate all our research and understanding by showcasing the most complicated neural network of this thesis. Network created for optimizing prestressed tendon tracing on continuous beam. All while using the coding language Python.

Keywords:

Neural network, weight, bias, learning rate, activation function, loss function, epoch, backpropagation, forward pass

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student Matěj Obšivač představil komisi formou prezentace svou bakalářskou práci na téma Aplikace umělých neuronových sítí pro optimalizaci inženýrských úloh. Po přečtení hodnocení vedoucího a posudku oponenta předložené bakalářské práce byly v rámci obhajoby zodpovězeny a diskutovány otázky oponenta. Otázka 1: Příklad 2 představoval ideální možnost pro vyzkoušení různého nastavení sítě a jejich parametrů s využitím balíčku obsahujícího metody aktuálního stavu poznání. Je tedy škoda, že autor práce této možnosti nevyužil a pouze vytvořil jedinou aproximaci bez hlubšího odůvodnění jednotlivých parametrů. Proč bylo zvoleno 6 skrytých vrstev sítě, jaký má tento počet na přesnost sítě? Proč jste zvolil SiLU aktivační funkci? Zkusil jste také další optimalizační techniky kromě metody Adam při učení neuronové sítě? Student komentuje vliv hloubky sít na stav problému. Ukazuje, jak jsou do sebe funkce vloženy a souvislost s počtem vrstev. Student zkoušel měnit jednotlivé funkce, ale konvergenční analýzu nemá. Uvádí, v čem by mohl vzniknout problém. Doc. Novák doporučuje provést vlastní studie na jednoduchých úlohách. Student zkoušel SiLU i ReLU funkce, ale zvolil po vyhodnocení SiLU. Vyzkoušel ještě techniky Adam a AdamW, které přinesly zlepšení výsledků. Otázka 2: V posledním příkladu prohledáváte 9 dimenzionální prostor, což je velmi složitá úloha. Využíváte metodu Latin Hypercube Sampling, a následně vybíráte procento nejvhodnějších simulací. Nemůže takový postup vést ke konvergenci do lokálního minima? Student uvádí, že tento postup může vést k lokálnímu minimu a rozvádí odpověď. Doc. Novák se ptá, jestli by se to dalo nějak ošetřit, aby se tomuto vyhli. Student prezentuje grafy, jak toho lze dosáhnout. V následné diskuzi k bakalářské práci byly položeny následující otázky: Prof. Kala se ptá, jak by student aproximoval skutečné výsledky zatížené chybami, šumem apod. Student odpovídá, že každá síť je jen tak dobrá, jak jsou dobrá data, která se do ní vkládají. Data nelze filtrovat, ale mohlo by pomoci velké množství dat nebo použití hladší aktivační funkce.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta stavební

Department

Institute of Structural Mechanics

Study programme

Civil Engineering (BPC-SI)

Specialization

Structural and Transport Engineering (K)

Composition of Committee

prof. Ing. Zdeněk Kala, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lukáš Novák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Hana Šimonová, Ph.D. (člen)
Ing. Rostislav Lang, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Seitl, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Petr Frantík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Mašek, Ph.D.

Grade proposed by supervisor: A

File inserted by supervisor Size
Hodnoceni_vedouciho_Obšivač.pdf 375,20 kB

Reviewer’s report
doc. Ing. Lukáš Novák, Ph.D.

Grade proposed by reviewer: B

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 117,36 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová