Dynamika a řízení sítí

Garant předmětu:

Kristian Hengster-Movric

Přednášející:

Kristian Hengster-Movric

Cvičící:

Kristian Hengster-Movric, Esra Hicret Uzer

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 koncepty a příklady sítí technologických, informačních, společenských a biologických.

2.Algebraická a spektrální teorie grafů: laplacián grafu, matice sousednosti, vlastní čísla, vlastní vektory, redukovatelný, neredukovatelný a vyvážený graf.

3. Síťové míry a metriky

4.Algoritmy pro analýzu rozsáhlých sítí - PageRank, centralita, blízkost, clustery.

5.Typy grafů a sítí: náhodný graf, small-world síť, regulární graf, bezškálová sít.

6.Sociální a biologické sítě, vliv lídrů. Komplexnost.

7.Odolnost sítě a epidemie v sítích.

8.Dynamika sítě; epidemie a populační dynamika.

9.Konsensus (souhlas) v síti, synchronizace, princip vnitřního modelu.

10.Řízení formací: řiditelnost a pozorovatelnost v grafu, kooperativna stabilita formace.

11.Distribuované řízení distribuovaných systémů: stabilita, kvalita řízení, vliv pasivity.

12.Škálování v distribuovaném řízení distribuovaných systémů: řetězcová (angl. string and mesh) stabilita pro kolony vozidel.

13. Distribuované odhadování (např. v bezdrátových senzorických sítích).

Osnova cvičení:

Cvičení budou realizována jako výpočetní, kdy studenti budou samostatně pracovat na zadaných větších projektech s možností konzultací s přítomným vyučujícím.

Cíle studia:

Seznamte se s teoretickým a výpočetním rámcem pro analýzu a syntézu rozsáhlých komplexních vzájemně propojených síťových systémů.

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:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út	místnost KN:E-126 Hengster-Movric K. 14:30–16:00 (přednášková par. 1) Karlovo nám. Trnkova posluchárna K5
St
Čt	místnost KN:E-26 Hengster-Movric K. Uzer E. 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 101) Karlovo nám. Laboratoř TŘ2
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: