Toto je tzv. shluknutý kurz. Skládá se z několika samostatných předmětů, které sdílejí výukové materiály, úkoly, testy apod. Níže si můžete zobrazit informace o jednotlivých předmětech tvořících tento shluk.

Dynamika a řízení sítí - B3M35DRS

Hlavní kurz
Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2P+2C
Anotace
Předmět reaguje na poptávku po porozumění sítím - rozsáhlým a složitým dynamickým systémům, které vzniknou propojením dílčích podsystémů a komponent. Nebudeme se omezovat na jednu fyzikální či technologickou doménu, ale naopak budeme analyzovat jevy společné pro různé domény, včetně společenských, ekonomických či biologických. Budeme společně analyzovat, co mají společného formace bezpilotních letounů, kolony aut na dálnici, výroba a spotřeba elektrické energie ve smart gridu, realizace bezdrátového hovoru v mobilní telefonní síti, ovlivňování veřejného mínění na Facebooku či přenos nakažlivých nemocí. U takových sítí je povaha výsledného dynamického chování dána jak povahou dílčích podsystémů a komponent, tak i způsobem jejich propojení (topologie sítě), a porozumění těmto souvislostem jde daleko za hranice konkrétních aplikačních domén. V první části předmětu si představíme základní teoretické a výpočetní nástroje pro analýzu sítí, a to zejména z oblasti algebraické teorie grafů a síťových algoritmů. Ve druhé části se budeme na síť dívat jako na dynamický systém a budeme studovat její dynamické vlastnosti a způsoby, jak tyto vlastnosti ovlivnit. K tomu budeme využívat aparát z teorie automatického řízení. V závěrečné části předmětu si ukážeme některé další užitečné nástroje pro analýzu i syntézu jako jsou distribuovaná optimalizace či vlnový popis.
Cíle studia
Žádná data.
Osnovy přednášek
1. Základní koncepty a příklady sítí technologických, informačních, společenských a biologických.
2. Algebraická a spektrální teorie grafů: laplacián grafu, matice sousednosti, vlastní čísla, vlastní vektory, neredukovatelný a vyvážený graf, rigidní grafy.
3. Algoritmy pro analýzu rozsáhlých sítí - PageRank, centralita, blízkost, clustery.
4. Typy grafů a sítí: náhodný graf, small-world síť, regulární graf, bezškálová sít.
5. Sociální a biologické sítě, vliv lídrů. Komplexnost.
6. Odolnost sítě a epidemie v sítích.
7. Dynamika v sítích - stabilita.
8. Konsensus (souhlas) v síti, synchronizace (např. ve smart gridech), princip vnitřního modelu.
9. Řízení formací: řiditelnost a pozorovatelnost v grafu, stabilita.
10. Distribuované řízení distribuovaných systémů: stabilita, kvalita řízení, vliv pasivity.
11. Distribuované odhadování (např. v bezdrátových senzorických sítích).
12. Škálování v distribuovaném řízení distribuovaných systémů: řetězcová (angl. string) nestabilita pro kolony vozidel, harmonická nestabilita, koherence.
13. Vlnové a rozptylové (angl. scattering) metody pro modelování, analýzu i syntézu sítí fyzikálních systémů.
14. Distribuovaná optimalizace: Alternating directions method of multipliers (ADMM), subgradientní metody.
Osnovy cvičení
Cvičení budou realizována jako výpočetní, kdy studenti budou samostatně pracovat na zadaných větších projektech s možností konzultací s přítomným vyučujícím.
Literatura
Knihy, na nichž je předmět postaven. Studenti budou s touto literaturou během studia pracovat:
1. Mark Newman. Networks: An introduction. Oxford University Press, 2010, ISBN: 9780199206650. [Odkaz na stránky nakladatele].
2. Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt. Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks, Princeton University Press, 2010, ISBN: 9780691140612 [Odkaz na stránky nakladatele].

První část předmětu je založena na první knize, druhá část předmětu bude využívat druhou knihu. Obě knihy jsou komerčně dostupné v tištěné i elektronické formě a budou v počtu 20 ks zakoupeny do fakultní knihovny.
Požadavky
Žádná data.

Dynamics and Control of Networks - BE3M35DRS

Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky angličtina
Rozsah výuky 2P+2C
Anotace
The course offers a response to the increasing demand for understanding of networks - large-scale and complex dynamical systems that are created by interconnecting components and subsystems. We will not restrict ourselves to one physical or technological domain. Quite the opposite, we will analyze the network-related phenomena found in several domains, including societal, economic, or biological. We will analyze the fundamental similarities among flight control of formations of unmanned aerial vehicles, tigh distance regulation in platoons of trucks on highways, generation and distribution of energy in smart grids, realization of a phone call in a cellular phone network, manipulation of a community through Facebook, or even forecasting the epidemics spread over a globe. For such networks, the resulting behavior is given not only by the individual components and subsystems but also by the way in which they are interconnected (topology of the network). Understanding these issues goes far beyond the boundaries of individual physical and technological or scientific domains.

In the first part of the course we will introduce fundamental theoretical and computational concepts for analysis of networks, in particular, we will introduce basics of algebraic graph theory and network algorithms. In the second half of the course we will view the network as a dynamic system and we will study its properties and the ways in which these properties can be affected (controlled). We will use the methodologies from the automatic control theory. Finally, we will introduce some interesting tools for analysis and synthesis of networked systems such as wave and scattering description and distributed optimization.
Cíle studia
Get familiar with the computational frameworks for analysis and synthesis of large-scale complex interconnected systems ? networks.
Osnovy přednášek
1. Basic concepts and examples of technological, information, social and biological networks.
2. Algebraic and spectral graph theory: graph Laplacian, incidence matrix, adjacency matrix, incidence matrix, degree, eigenvalues and eigenvectors, irreducible and balanced graph, rigid graph.
3. Algorithms for analysis of large-scale networks - PageRank, centrality, clusters.
4. Type of graphs and networks: random graph, small-world network, regular graph, scale-free network.
5. Social and biological networks, leaders, complexity.
6. Resilience of network and epidemics on networks.
7. Dynamics in networks.
8. Consensus (agreement) in networks, synchronization (for example in smart grids), internal model principle.
9. Formation control: controllability and observability in a graph, stability of formation.
10. Distributed control of distributed systems: stability, performance, passivity-based control.
11. Distributed estimation (for example, in wireless sensor networks).
12. Scaling phenomena in distributed control of distributed systems. : string instability, coherence.
13. Wave and scattering methods for modeling, analysis and synthesis of networked systems.
14. Distributed optimization: Alternating directions method of multipliers (ADMM), subgradient methods.
Osnovy cvičení
The exercises will be dedicated to solving some computational problems together with the instructor and other students.
Literatura
These are the books on which the course has been built. Students will be expected to used them during the course (a number of copies will be bought into the library):

[1.] Mark Newman. Networks: An introduction. Oxford University Press, 2010, ISBN: 9780199206650.
[2.] Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt. Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks, Princeton University Press, 2010, ISBN: 9780691140612
Požadavky
Žádná data.