| Akademický rok 2023/2024 |
| Garant: | doc. Ing. Jakub Kůdela, Ph.D. | |||
| Garantující pracoviště: | ÚAI | |||
| Jazyk výuky: | čeština | |||
| Cíle předmětu: | ||||
| Seznámit posluchače s přístupy k tvorbě a s aplikacemi matematických metod pro optimální řízení procesů technologických a ekonomických, uplatnitelných například v automatizaci strojírenství, v ekonomickém řízení strojírenské výroby, v projektovém řízení a v optimalizaci informačních systémů při využívání soudobých prostředků informatiky, a seznámit se s podílem informatiky na zdokonalování těchto metod a přístupů. | ||||
| Výstupy studia a kompetence: | ||||
| Znalosti: Znát základní principy a algoritmy metod, použitelných k optimalizaci deterministických a stochastických procesů diskrétních a spojitých. Znát základní principy a algoritmy metod, které jsou podstatou systémů na podporu rozhodování o projektech z hlediska jejich identifikace, výběru, průběhu a realizace. Dovednosti: Umět tyto metody používat k řešení praktických problémů z oblasti ekonomického rozhodování, ve zvyšování spolehlivosti technických zařízení, v automatizovaném řízení technologických procesů a v projektovém řízení s využitím soudobých prostředků informatiky. |
||||
| Prerekvizity: | ||||
| Znalosti základů programování, matematické analýzy, algebry, teorie množin, statistiky a pravděpodobnosti. | ||||
| Obsah předmětu (anotace): | ||||
| Dynamické programování a optimální řízení stochastických procesů. Bellmanův princip optimality jako nástroj optimalizace víceetapových procesů s obecně nelineární kriteriální funkcí. Strategie optimálního rozhodování. Výpočetní aspekty dynamického programování v diskrétním čase. Skryté Markovovy modely a Viterbi algoritmus. Řízení projektů, metody CPM a PERT. Algoritmy pro hledání nejkratších cest v grafu a metoda větví a mezí. Vícekriteriální úlohy optimálního řízení a úlohy s omezeními. Deterministické optimální řízení ve spojitém čase, Hamilton-Jacobi-Bellman rovnice, Pontrjaginův princip maxima. LQR a Kalmanův filtr. Plánování a rozvrhování procesů. Problémy s nekonečným počtem etap. Aplikace metod v řešení praktických problémů z oblasti ekonomického rozhodování a v řízení technologických procesů. | ||||
| Metody vyučování: | ||||
| Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. | ||||
| Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
| Požadavky pro zápočet: Aktivní účast na cvičeních, zpracování zadaného projektu. Zkouška: Písemná a ústní. | ||||
| Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
| Účast na cvičeních je povinná. Zameškaná výuka může být nahrazena zpracováním zadaných úloh. | ||||
| Typ (způsob) výuky: | ||||
| Přednáška | 13 × 3 hod. | nepovinná | ||
| Cvičení s počítačovou podporou | 13 × 2 hod. | povinná | ||
| Osnova: | ||||
| Přednáška | 1. Základy matematické teorie procesů. Bellmanův princip optimality a dynamické programování. 2. Minimax (robustní) formulace. Reformulace a rozšiřování stavového prostoru. 3. Deterministické konečné stavové úlohy. Dopředný algoritmus dynamického programování. 4. Skryté Markovovy modely a Viterbi algoritmus. 5. Základní pojmy metod síťové analýzy, algoritmus topologického očíslování, metoda CPM. 6. Výpočet při stochastickém ohodnocení činností (metoda PERT). 7. Algoritmy pro hledání nejkratších cest v grafu, metoda větví a mezí. 8. Vícekriteriální úlohy optimálního řízení a úlohy s omezeními. 9. Deterministické optimální řízení ve spojitém čase, Hamilton-Jacobi-Bellman rovnice, Pontrjaginův princip maxima. 10. LQR a Kalmanův filtr. 11. Problémy s nekonečným počtem etap. 12. Rozvrhování výrobních procesů. 13. Příbližné dynamické programování a prediktivní řízení. |
|||
| Cvičení s počítačovou podporou | 1. Řešení úloh dynamického programování v Matlabu. 2. Úloha rozdělování zdrojů. 3. Dynamické programování stochastických procesů, optimalizace plánu oprav. 4. Rozšiřování stavového prostoru, optimální řízení zásob. 5. Viterbiho algoritmus, dekódování konvolučních kódů. 6. Příklady grafů a sítí. Implementace metody CPM. 7. Numerické aplikace metody PERT. 8. Algoritmy pro hledání nejkratší cesty v grafu, implementace algoritmu A*. 9. Implementace metody větví a mezí. 10. Vícekriteriální úloha batohu. 11. LQR, řízení dronu. 12. Plánování výroby. 13. Kontrola semestrálních projektů. |
|||
| Literatura - základní: | ||||
| 1. Bertsekas, D. P.: Dynamic Programming and Optimal Control: Vol. I. Athena Scientific, Nashua. 2017. | ||||
| 2. Puterman, M. L.: Markov Decision Processes: Discrete Stochastic Dynamic Programming. Wiley-Interscience, New Jersey, 2005. | ||||
| 3. Brucker, P.: Scheduling Algorithms. Springer-Verlag, Berlin, 2010. | ||||
| 4. Bazaraa, M, S.; Sherali, H. D.; Shetty, C. M.: Nonlinear Programming. Wiley, 2013. | ||||
| Literatura - doporučená: | ||||
| 1. Bertsekas, D. P.: Dynamic Programming and Optimal Control: Vol. II: Approximate Dynamic Programming. Athena Scientific, Nashua. 2012. | ||||
| 2. Pinedo, M. L.: Scheduling: Theory, Algorithms, and Systems. Springer-Verlag, Cham, 2016. | ||||
| 3. Kerzner, H.: Project Management: A Systems Approach to Planning, Scheduling, and Controlling. Wiley, New Jersey, 2009. | ||||
| 4. Klapka, J.; Dvořák, J.; Popela, P.: Metody operačního výzkumu. VUTIUM, Brno, 2001. | ||||
| 5. Winston W.L.: Operations Research. Applications and Algorithms. Thomson - Brooks/Cole, Belmont 2004. | ||||
| 6. Volek, J; Linda, B.: Teorie grafů - aplikace v dopravě a veřejné správě. Univerzita Pardubice, 2012. | ||||
| 7. Boyd, S; Vandenberghe, L.: Convex Optimization. Cambridge University Press, 2004. | ||||
| 8. Ahuja, R. K.; Magnanti, T. L.; Orlin, J. B.: Network Flows. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1993. | ||||
| Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
| Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
| N-AIŘ-P | prezenční studium | --- bez specializace | -- | zá,zk | 5 | Povinný | 2 | 2 | Z |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile