IV109 Modelování a simulace

Fakulta informatiky
jaro 2006
Rozsah
2/1. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Radek Pelánek, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Mojmír Křetínský, CSc.
Katedra teorie programování – Fakulta informatiky
Rozvrh
Čt 10:00–11:50 C416 a každou lichou středu 12:00–13:50 B311 a každou sudou středu 12:00–13:50 B311
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 18 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Modelování a simulace nám pomáhají při studiu "systémů", přičemž "systémem" mohou být tak rozlišné entity jako most, populace lišek, molekula, skupinka přátel, firma či Země. Základní principy a přínosy modelování a simulace jsou však většinou podobné. Umožňují nám například: vytvářet a testovat hypotézy o tom, jak systémy fungují; lépe navrhovat nové systémy; "nanečisto" si vyzkoušet efekt různých zásahů do systémů; předvídat budoucí vývoj systémů.
Hlavní přínos modelování a simulace je však v tom, že nás nutí myslet (populárním termínem "systémově myslet"). Při modelování se totiž musíme rozhodnout, co do modelu zahrnout, co abstrahovat, jak formulavat vztahy mezi částmi, atd. To nás nutí přemýšlet o systému novým způsobem, při kterém si často uvědomujeme souvislosti, které by nás jinak nenapadly. Simulace otvírá člověku oči. Ukazuje nečekané spojitosti, výsledky. A také simulace nutí člověka myslet. Proč se model chová právě takto? Odpovídá toto chování reálnému systému? Co z toho plyne? Čím je to způsobeno?
Předmět se zabývá obecným úvodem do modelování a simulace a poté přehlídkou několika různých přístupů a aplikací. Ukážeme si několik výrazně odlišných modelovacích přístupů: systémové modelování, modelování založené na agentech, formální modelování počítačových systémů, modelování sítí. Modelování bude aplikováno na příkladech z různých oborů, např. ekonomie, ekologie, sociologie, enviromentální problémy. Cílem přednášky není dokonale zvládnout jednu techniku v jedné aplikační doméně, ale naopak získat přehled, vyzkoušet si různé přístupy a různé aplikace a hlavně naučit se trochu myslet novým způsobem.
Součástí předmětu jsou cvičení, ve kterých budeme modelovat ve vybraných specializovaných nástrojích (Stella, NetLogo, Uppaal).
Osnova
  • Úvod, historie, role modelování a simulace ve výzkumu, aplikace.
  • Systémové myšlení, zpětná vazba.
  • Systémové modelování: základní principy, simulace a metody analýzy, případová studie "Meze růstu". Příklady a cvičení v nástroji Stella.
  • Modelování pomocí agentů: základní principy, buněčné automaty, kooperace, adaptace. Příklady a cvičení v nástroji NetLogo.
  • Modelování počítačových systémů: modelování pomocí komunikujících automatů, simulace, metoda ověřování modelu. Příklady a cvičení v nástroji Uppaal.
  • Modelování sítí: příklady komplexních sítí a jejich vlastností, model náhodného grafu, small-world model, scale-free sítě, dynamické procesy na sítích.
Literatura
  • BARABÁSI, Albert-László. Linked :how everything is connected to everything else and what it means for business, science, and everyday life. New York: Plume Book. 294 s. ISBN 0-452-28439-2. 2003. info
  • WEINBERG, Gerald M. An introduction to general systems thinking. New York: Dorset House Publishing. xxi, 279 s. ISBN 0-932633-49-8. 2001. info
  • RESNICK, Mitchel. Turtles, termites, and traffic jams : explorations in massively parallel microworlds. Cambridge: Bradford Book. xviii, 163. ISBN 0-262-68093-9. 2000. info
Metody hodnocení
Závěrečné hodnocení se skládá z 50% z projektu, který spočívá v modelování a simulaci vybraného problému v jednom z nástrojů probíraných na přednášce, a z 50% ze závečné písemné zkoušky.
Informace učitele
http://www.fi.muni.cz/~xpelanek/IV109/
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024.