Informatika - Umělá inteligence

Tato stránka vychází z podkladů pro tištěné studijní plány (tzv. Karolinku).

Garantující pracoviště: Katedra teoretické informatiky a matematické logiky
Oborový garant: Prof. RNDr. Roman Barták, Ph.D.

Zaměření:

inteligentní agenti
strojové učení
robotika

Cílem programu Informatika - Umělá inteligence je vychovávat absolventy, kteří dokáží používat a vyvíjet techniky umělé inteligence zejména pak v následujících oblastech: řešení úloh a rozhodovacích problémů, automatické plánování a rozvrhování, přírodou inspirované techniky, strojové učení včetně neuronových sítí a robotika včetně práce s přirozeným jazykem a obrazem. Absolvent programu dokáže aplikovat a dále rozvíjet různé techniky návrhu inteligentních systémů, jako je automatické řešení úloh, řízení autonomních agentů (jak virtuálních, tak fyzických), plánování, strojové učení a dolování dat. Je schopen analyzovat a formálně popsat komplexní rozhodovací problém, navrhnout vhodnou řešící techniku a tuto techniku také implementovat. Program má tři zaměření: inteligentní agenti, strojové učení a robotika.

Povinné předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL069Umělá inteligence 1 42/1 Z+Zk
NAIL070Umělá inteligence 2 32/0 Zk
NTIN066Datové struktury 1 62/2 Z+Zk
NTIN090Základy složitosti a vyčíslitelnosti 42/1 Z+Zk
NSZZ023Diplomová práce I 60/4 Z
NSZZ024Diplomová práce II 90/6 Z
NSZZ025Diplomová práce III 150/10 Z

Povinně volitelné profilující předměty

Je požadováno splnění povinně volitelných předmětů z následujícího seznamu v rozsahu alespoň 38 kreditů. Předměty je doporučené volit tak, aby pokrývaly zvolené studijní okruhy státní závěrečné zkoušky.

kódPředmětKredityZSLS
NAIL002Neuronové sítě 84/2 Z+Zk
NAIL013Aplikace teorie neuronových sítí 32/0 Zk
NAIL025Evoluční algoritmy 1 52/2 Z+Zk
NAIL029Strojové učení 32/0 Zk
NAIL060Implementace neuronových sítí 1 52/2 Z+Zk
NAIL065Evoluční robotika 42/1 Z+Zk
NAIL068Umělé bytosti 52/2 Z+Zk
NAIL071Plánování a rozvrhování 32/0 Zk
NAIL076Logické programování 1 32/0 Zk
NAIL078Lambda-kalkulus a funkcionální programování 1 42/1 Z+Zk
NAIL086Evoluční algoritmy 2 52/2 Z+Zk
NAIL094Rozhodovací procedury a SAT/SMT řešiče 52/2 Z+Zk
NAIL101Pravděpodobnostní robotika 52/2 Z+Zk
NAIL104Pravděpodobnostní grafické modely 32/0 Zk
NAIL105Internet a klasifikační metody 21/1 Z+Zk
NAIL106Multiagentní systémy 52/2 Z+Zk
NAIL107Strojové učení v bioinformatice 52/2 Z+Zk
NAIL108Mobilní robotika 31/1 KZ
NAIL116Sociální sítě a jejich analýza 52/2 Z+Zk
NAIL126Základy robotiky 52/2 Z+Zk
NOPT042Programování s omezujícími podmínkami 52/2 Z+Zk
NDBI023Dobývání znalostí 52/2 Z+Zk
NSWE001Vestavěné systémy a systémy reálného času 52/2 Z+Zk
NSWI035Principy distribuovaných systémů 32/0 Zk
NPGR036Počítačové vidění 52/2 Z+Zk
NPFL067Statistické metody zpracování přirozených jazyků I 52/2 Z+Zk
NPFL103Vyhledávání informací 52/2 Z+Zk

Povinně volitelné předměty rozšiřující

Je požadováno splnění povinně volitelných předmětů z následujícího seznamu v rozsahu alespoň 15 kreditů.

kódPředmětKredityZSLS
NAIL004Seminář z umělé inteligence 1 20/2 Z
NAIL015Implementace neuronových sítí 2 52/2 Z+Zk
NAIL021Booleovské funkce a jejich aplikace 32/0 Zk
NAIL052Seminář z umělé inteligence 2 20/2 Z
NAIL061Seminář z mobilní robotiky 30/2 Z
NAIL073Robot 1 30/2 Z
NAIL074Robot 2 30/2 Z
NAIL077Logické programování 2 32/0 Zk
NAIL079Lambda-kalkulus a funkcionální programování 2 42/1 Z+Zk
NAIL087Informatika a kognitivní vědy 1 63/1 Z+Zk
NAIL088Informatika a kognitivní vědy 2 63/1 Z+Zk
NAIL109Aplikace metod výpočetní inteligence 50/4 Z
NOPT021Algoritmy moderní teorie her 52/2 Z+Zk
NMAI060Pravděpodobnostní metody 32/0 Zk
NMAI067Logika v informatice 32/0 Zk
NPFL114Hluboké učení 73/2 Z+Zk
NPFL122Hluboké zpětnovazební učení 52/2 Z+Zk
NPFL123Dialogové systémy 52/2 Z+Zk
NDBI031Statistické metody v systémech pro dobývání znalostí z dat 21/1 Z+Zk
NPGR0013D počítačové vidění 52/2 Zk
NPGR002Digitální zpracování obrazu 43/0 Zk
NPGR035Strojové učení v počítačovém vidění 52/2 Z+Zk
NSWI054Softwarové inženýrství pro spolehlivé systémy 30/2 Z
NPRG037Programování mikrokontrolerů 52/2 Z+Zk
NPRG069Softwarový projekt 120/8 Z0/8 Z
NPRG070Výzkumný projekt 90/6 Z0/6 Z
NPRG071Firemní projekt 60/4 Z0/4 Z
NPRG072Zvýšený rozsah projektu 30/2 Z0/2 Z

Státní závěrečná zkouška

Student si zvolí tři okruhy z nabídky daného zaměření a z každého dostane po jedné otázce. Jeden okruh si může student vybrat z nabídky jiného zaměření programu. Celkově tedy každý student dostane tři otázky.

Zaměření: Inteligentní agenti

Zkušební okruhy

1. Reprezentace znalostí a řešení úloh
2. Neprocedurální programování
3. Multiagentní systémy
4. Přírodou inspirované počítání

Zkušební požadavky

1. Reprezentace znalostí a řešení úloh
Výroková a predikátová logika; splnitelnost a dokazatelnost, strojové dokazování vět, model checking (DPLL), dopředné a zpětné řetězení, rezoluční metoda a unifikace. Podmíněná nezávislost, Bayesovské sítě, výpočet v Bayesovské síti, markovské rozhodovací procesy, částečně pozorovatelné markovské rozhodovací procesy, zpětnovazební učení. Prohledávací algoritmy; stavový prostor, stromové, grafové a lokální prohledávání, neinformované a heuristické prohledávání. Hry a základy teorie her. Splňování omezujících podmínek; konzistenční techniky, globální podmínky. Automatické plánování; plánovací doména a problém, plánovací operátory, základní plánovací techniky a algoritmy.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL069Umělá inteligence 1 42/1 Z+Zk
NAIL070Umělá inteligence 2 32/0 Zk
NAIL071Plánování a rozvrhování 32/0 Zk
NOPT042Programování s omezujícími podmínkami 52/2 Z+Zk
NAIL094Rozhodovací procedury a SAT/SMT řešiče 52/2 Z+Zk
NAIL104Pravděpodobnostní grafické modely 32/0 Zk

2. Neprocedurální programování
Odlišnost procedurálního a neprocedurálního způsobu programování. Principy funkcionálního a logického programování. Lambda kalkulus, syntax, principy redukce. Churchova a Rosserova vlastnost a konsistence kalkulu. Věty o pevném bodu. Normální tvar objektů. Typovaný lambda kalkul. Substituce a unifikace. Hornovy klauzule, SLD-rezoluce a logické programy. Čistý Prolog, negace definovaná neúspěchem, obecné logické programy. Postačující podmínky ukončení výpočtu. Implementace Prologu. Logické programování s omezujícími podmínkami.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL076Logické programování 1 32/0 Zk
NAIL077Logické programování 2 32/0 Zk
NAIL078Lambda-kalkulus a funkcionální programování 1 42/1 Z+Zk
NOPT042Programování s omezujícími podmínkami 52/2 Z+Zk

3. Multiagentní systémy
Architektura autonomního agenta; percepce, mechanismus výběru akcí, paměť; psychologické inspirace. Metody pro řízení agentů; symbolické a konekcionistické reaktivní plánování, hybridní přístupy. Problém hledání cesty; navigační pravidla, reprezentace terénu. Komunikace a znalosti v multiagentních systémech, ontologie, řečové akty, FIPA-ACL, protokoly. Distribuované řešení problémů, kooperace, Nashova ekvilibria, Paretova efektivita, alokace zdrojů, aukce. Etologické motivace, modely populační dynamiky. Metody pro učení agentů; zpětnovazební učení, základní formy učení zvířat. Metodologie návrhu, jazyky a prostředí multiagentních systémů.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL106Multiagentní systémy 52/2 Z+Zk
NAIL068Umělé bytosti 52/2 Z+Zk

4. Přírodou inspirované počítání
Genetické algoritmy, genetické a evoluční programování. Teorie schémat, pravděpodobnostní modely jednoduchého genetického algoritmu. Evoluční strategie, diferenciální evoluce, koevoluce, otevřená evoluce. Rojové optimalizační algoritmy. Memetické algoritmy, hill climbing, simulované žíhání. Aplikace evolučních algoritmů (evoluce expertních systémů, neuroevoluce, řešení kombinatorických úloh, vícekriteriální optimalizace).

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL025Evoluční algoritmy 1 52/2 Z+Zk
NAIL086Evoluční algoritmy 2 52/2 Z+Zk
NAIL065Evoluční robotika 42/1 Z+Zk

Zaměření: Strojové učení

Zkušební okruhy

1. Strojové učení a jeho aplikace
2. Neuronové sítě
3. Dobývání znalostí

Zkušební požadavky

1. Strojové učení a jeho aplikace
Strojové učení; učení s učitelem a bez učitele, zpětnovazební učení, teoretické aspekty strojového učení. Pravděpodobnostní přístupy; neorientované grafické modely, Gaussovské procesy. Evoluční algoritmy; základní pojmy a teoretické poznatky, hypotéza o stavebních blocích, koevoluce, aplikace evolučních algoritmů. Strojové učení v počítačové lingvistice. Algoritmy pro analýzu biologických sekvencí; hledání motivů v DNA, Markovské modely a strategie pro detekci genů či predikci struktury proteinů.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL029Strojové učení 32/0 Zk
NPFL067Statistické metody zpracování přirozených jazyků I 52/2 Z+Zk
NAIL025Evoluční algoritmy 1 52/2 Z+Zk
NAIL107Strojové učení v bioinformatice 52/2 Z+Zk

2. Neuronové sítě
Modely pro učení s učitelem; algoritmus zpětného šíření, strategie pro urychlení učení, regularizační techniky a generalizace. Asociativní paměti; Hebbovské učení a hledání suboptimálních řešení, stochastické modely. Umělé neuronové sítě založené na principu učení bez učitele. Modulární, hierarchické a hybridní modely neuronových sítí. Modely hlubokých neuronových sítí; konvoluční neuronové sítě, sítě typu DBN a LSTM-sítě. Evoluční učení neuronových sítí a jeho aplikace.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL002Neuronové sítě 84/2 Z+Zk
NAIL060Implementace neuronových sítí 1 52/2 Z+Zk
NAIL013Aplikace teorie neuronových sítí 32/0 Zk
NAIL065Evoluční robotika 42/1 Z+Zk

3. Dobývání znalostí
Základní paradigmata dobývání znalostí. Příprava dat; výběr atributů a metody pro analýzu jejich relevance. Metody pro dobývání znalostí; asociační pravidla, přístupy založené na principu učení s učitelem a klastrová analýza. Metody pro extrakci charakteristických diskriminačních pravidel a měření jejich zajímavosti. Reprezentace, vyhodnocování a vizualizace získaných znalostí. Modely pro analýzu sociálních sítí; míry centrality, detekce komunit. Praktické využití technik pro dobývání znalostí a analýzu sociálních sítí.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NDBI023Dobývání znalostí 52/2 Z+Zk
NAIL116Sociální sítě a jejich analýza 52/2 Z+Zk
NAIL105Internet a klasifikační metody 21/1 Z+Zk
NAIL099Seminář strojového učení a modelování 1 20/1 Z

Zaměření: Robotika

Zkušební okruhy

1. Lokalizace a mapování
2. Řídící systémy
3. Robotické systémy
4. Plánování a navigace

Zkušební požadavky

1. Lokalizace a mapování
Základní typy lokalizace. Pravděpodobnostní lokalizace, částicové filtry, metody Monte-Carlo. Reprezentace prostředí, reprezentace map, problém korespondence, mapování v dynamickém prostředí. Vztah lokalizace a mapování, SLAM.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL126Základy robotiky 52/2 Z+Zk
NAIL101Pravděpodobnostní robotika 52/2 Z+Zk
NAIL108Mobilní robotika 31/1 KZ

2. Řídící systémy
Řídící systémy robotů. Zpracování signálu, rozpoznávání, feature matching and tracking. Systémy pro modelování, virtuální robotika, simulátory. Distribuované algoritmy, systémy řízení pro multirobotické systémy, komunikace, synchronizace, koordinace. Softwarová realizace, programování pro specifické běhové prostředí, ladící prostředky a postupy.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL126Základy robotiky 52/2 Z+Zk
NPGR0013D počítačové vidění 52/2 Zk
NPGR002Digitální zpracování obrazu 43/0 Zk
NSWI035Principy distribuovaných systémů 32/0 Zk

3. Robotické systémy
Základní kinematický a dynamický model, inverzní kinematika a dynamika. Nízkoúrovňový hardware a software, vestavěné systémy. Typy senzorů a aktuátorů, principy a typické oblasti použití. Vysokoúrovňové robotické systémy a jejich řízení: manipulátory, mobilní robotika, autonomní robotika.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL126Základy robotiky 52/2 Z+Zk
NAIL108Mobilní robotika 31/1 KZ
NSWE001Vestavěné systémy a systémy reálného času 52/2 Z+Zk

4. Plánování a navigace
Základní navigační postupy: dead-reckoning, odometrie, triangulace a trilaterace, inerciální navigace. Navigační a prohledávací algoritmy. Plánování akcí, formulace plánovacího problému, základní plánovací algoritmy, plánování s časem a zdroji.

Doporučené předměty

kódPředmětKredityZSLS
NAIL126Základy robotiky 52/2 Z+Zk
NAIL108Mobilní robotika 31/1 KZ
NAIL071Plánování a rozvrhování 32/0 Zk