Dynamics and Control of Networks
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
BE3M35DRS | Z,ZK | 6 | 2P+2C | anglicky |
- Garant předmětu:
- Kristian Hengster-Movric
- Přednášející:
- Kristian Hengster-Movric
- Cvičící:
- Kristian Hengster-Movric
- Předmět zajišťuje:
- katedra řídicí techniky
- Anotace:
-
Tento kurz reaguje na stále se zvyšující požadavky na pochopení současných sítí – rozsáhlých komplexních systémů složených z mnoha komponent a subsystémů propojených do jediné distribuované entity. Zde budeme zvažovat základní podobnosti mezi různými oblastmi, jako je např. předpovídání šíření globálních pandemií, dynamiky veřejného mínění a manipulace s komunitami prostřednictvím sociálních médií, kontroly vytváření bezpilotních vozidel, výroby a distribuce energie v energetických sítích atd. Pochopení takových přesvědčivých problémů daleko přesahuje hranice jakéhokoli fyzického, technologického nebo vědecká doména. Proto budeme analyzovat jevy napříč různými doménami, včetně společenských, ekonomických a biologických sítí. U takto propojených síťových systémů závisí výsledné chování nejen na vlastnostech jejich jednotlivých komponent a detailech jejich fyzických či logických interakcí, ale také na přesném způsobu propojení těchto komponent – detailní topologii propojení. Z tohoto důvodu první část kurzu představuje základní teoretické a abstraktní koncepty analýzy výpočetní sítě; zejména teorie algebraických grafů, síťové míry a metriky a základní síťové algoritmy. Druhá část předmětu následně nahlíží na sítě jako na dynamické systémy, studuje jejich vlastnosti a způsoby jejich řízení, a to především pomocí metod teorie automatického řízení.
- Požadavky:
-
Tento kurz částečně staví na základech stanovených v následujících kurzech:
B(E)3M35LSY - Lineární systémy
B(E)3M35ORR - Optimální a robustní ovládání
Tyto předpoklady jsou doporučené, nejsou však striktně vyžadovány. Všechny potřebné znalosti jsou uvedeny v poznámkách k přednášce.
- Osnova přednášek:
-
1. Základní síťové pojmy a příklady technologických, informačních, sociálních a biologických sítí.
2. Algebraická a spektrální teorie grafů: matice sousednosti, Laplaciovská matice grafů, matice incidence, cesty a smyčky, dosažitelnost, vlastní čísla a vlastní vektory matice grafů; Frobeniova forma: redukovatelné a neredukovatelné složky.
3. Síťové míry a metriky: centrality, PageRank, podobnosti, shluky a komunity.
4. Algoritmy pro analýzu rozsáhlých sítí: prohledávání do šířky, Dijkstra, prohledávání do hloubky, Ford-Fulkerson, dělení grafů a algoritmy detekce komunity.
5. Specifické typy grafů a sítí: náhodné modely grafů, sítě malého světa, regulární grafy, sítě bez měřítka. Sociální a biologické sítě, lídři, komplexnost; odolnost sítí.
7. Dynamika sítě, procesy na sítích; epidemie a populační dynamika.
8. Konsensus (dohoda) v sítích, synchronizace, princip vnitřního modelu.
9. Řízení formace: ovladatelnost a pozorovatelnost v grafu, kooperativní stabilita formace.
10. Distribuované řízení multiagentních systémů: stabilita, výkon, řízení založené na pasivitě.
11. Jevy škálování v distribuovaných systémech, stabilita struny, stabilita sítě.
12. Distribuovaný odhad (například v bezdrátových senzorových sítích).
- Osnova cvičení:
-
The exercises will be dedicated to solving some computational problems together with the instructor and other students.
- Cíle studia:
-
Get familiar with the computational frameworks for analysis and synthesis of large-scale complex interconnected networked systems.
- Studijní materiály:
-
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.Albert-László Barabási. Network Science, Cambridge University Press; 1st edition (2016), ISBN : 978-1107076266.
- Poznámka:
- Další informace:
- https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=8066
- Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:
- Rozvrh není připraven
- Rozvrh na letní semestr 2024/2025:
- Rozvrh není připraven
- Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Cybernetics and Robotics (povinně volitelný předmět)