Detail předmětu

Evoluční a nekonvenční hardware

FIT-EUDAk. rok: 2017/2018

Předmět představuje vybrané výpočetní modely a výpočetní systémy, které vznikají na průniku hardware a umělé inteligence jako reakce na neschopnost konvenčních počítačů efektivně řešit jisté třídy úloh. Budou shrnuty relevantní teoretické modely, rekonfigurovatelné výpočetní architektury a techniky výpočetní inteligence inspirované fylogenezí, ontogenezí a epigenezí. Zejména budou diskutovány tyto oblasti: evoluční design, vyvíjející se obvody, celulární systémy, embryonální elektronika, DNA počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.Okruhy otázek k SDZ:1. Superturingovské počítání - vysvětlení konceptu2. Rekonfigurovatelná zařízení pro evolvable hardware3. Kartézské genetické programování4. Evoluční návrh číslicových obvodů - princip5. Problém škálovatelnosti evolučního návrhu obvodů a jeho řešení6. Evoluční návrh analogových obvodů7. Vyvíjející se obvody a adaptivní hardware8. Celulární automaty v 1D a 2D, Wolframovy třídy, sebereplikace9. Adlemanův experiment, DNA počítače10. Kvantové celulární automaty, reverzibilní obvody

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

0

Garant předmětu

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

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

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

Prerekvizity

Nejsou žádné prerekvizity.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Osnovy výuky

Osnova přednášek:
  1. Úvod: Tradiční výpočetní modely, jejich meze, superturingovské počítání
  2. Počítačový hardware, implementační limity
  3. Počítání podle přírody: zdroje inspirace, výpočetní platformy, klasifikace
  4. Rekonfigurovatelné obvody
  5. Kartézské genetické programování
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů
  7. Vyvíjející se obvody
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Vývoj a vývin, celulární automaty, L-systémy
  10. Embryonální elektronika, celulární výpočetní platformy, Cell Matrix, POEtic
  11. Nanotechnologie a molekulární elektronika
  12. DNA výpočty
  13. Aktuální trendy

Osnova ostatní - projekty, práce:
Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. 

Učební cíle

Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných a dalších nekonvenčních výpočetních systémů. Získat schopnost využívat vybrané biologií inspirované a další nekonvenční techniky ve fázi návrhu, implementace a v průběhu činnosti výpočetního systému.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vypracování a prezentace projektu.

Základní literatura

  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3
  • Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0
  • 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 

Doporučená literatura

  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3
  • Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0
  • Mařík et al.: Umělá inteligence IV, Academia, 2003, 480 s., ISBN 80-200-1044-0
  • 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 

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , libovolný ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod: Tradiční výpočetní modely, jejich meze, superturingovské počítání
  2. Počítačový hardware, implementační limity
  3. Počítání podle přírody: zdroje inspirace, výpočetní platformy, klasifikace
  4. Rekonfigurovatelné obvody
  5. Kartézské genetické programování
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů
  7. Vyvíjející se obvody
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Vývoj a vývin, celulární automaty, L-systémy
  10. Embryonální elektronika, celulární výpočetní platformy, Cell Matrix, POEtic
  11. Nanotechnologie a molekulární elektronika
  12. DNA výpočty
  13. Aktuální trendy