Institute of Fundamental Technological Research

The Double Adaptivity Paradigm, or how to circumvent discrete inf-sup conditions of Babuska and Brezzi?

In the mixed formulation of the ideal Petrov-Galerkin method with optimal test functions, one solves for an approximate solution coming from a discrete trial space, along with the Riesz representation of the corresponding residual coming from the exact test space. The residual provides an ideal a-posteriori error estimate providing a basis for adaptive refinements of trial space. This is the outer adaptivity loop.

To arrive at a practical method, we need to approximate somehow the residual. In the standard DPG method this is done by employing a sufficiently large discrete (enriched) test subspace of the test space. For (benign) single scale problems, this can be done by implementing elements of higher (enriched) order and constructing appropriate Fortin operators to assess the lost of stability due to the approximation of the exact residual. The situation is quite different for singular perturbation problems where one strives for the robustness, i.e. uniform stability with respect to the perturbation parameter.

Alternatively, with the given approximate trial space, one can solve for the approximate residual ADAPTIVELY. This is the inner adaptivity loop. For singular perturbation problems the challenge comes from the need for a ROBUST a-posteriori error estimation technique.

We propose an inner adaptivity loop built upon the classical duality theory and a-posteriori error estimation based on duality gap estimate (the classical hypercircle methodology). The methodology will be illustrated with a convection-dominated diffusion ("confusion'") problem.

The double adaptivity algorithm delivers solutions for the diffusion constant epsilon = 10^-7 in a fully automatic mode. The adapted trial meshes with the corresponding adaptively obtained test meshes do NOT satisfy the robust inf-sup condition.

Zastosowanie sieci splotowych do klasyfikacji zmian nowotworowych piersi w ultrasonografii

Zgodnie ze statystykami Światowej Organizacji Zdrowia, nowotwory piersi są najczęściej występującym oraz skutkującym śmiercią nowotworem wśród kobiet. Wczesne wykrycie zmiany chorobowej znacznie zwiększa przeżywalność, a szybka diagnostyka wspomagana komputerowo (CAD) może przyczynić się do poprawy tej wykrywalności. Obecnie można zaobserwować rosnące zainteresowanie metodami uczenia maszynowego w diagnostyce medycznej. Szczególną popularność zyskują głębokie sieci neuronowe, które stanowią rozwiązanie dobrze adaptujące się do nowych przypadków oraz łatwe do efektywnej implementacji. Sieci neuronowe były już z sukcesem stosowane w klasyfikacji obrazów B-mode guza piersi. Zgodnie z posiadaną przez nas wiedzą, modele te nie były jednak proponowane dla surowych sygnałów ech ultradźwiękowych, które potencjalnie stanowią większy zasób informacji nt. badanej struktury. W trakcie referatu zaprezentuję modele sieci splotowej, które można wyuczyć na sygnałach ech ultradźwiękowych oraz porównam wyniki oceny jakości klasyfikacji dokonanej na wybranych etapach procesu obrazowania guza piersi.

Co-rotated and reduced order finite element time integrators for multibody contact dynamics

Automatyczna metoda identyfikacji struktur ludzkiego mózgu na podstawie sygnałów MEG/EEG – dotychczasowe wyniki i koncepcja rozprawy doktorskiej

Anatomia ludzkiego mózgu kształtuje jego funkcjonalne właściwości w skali lokalnej jak i globalnej oraz wyznacza granice jego działania (Park & Friston 2013). Przedmiotem intensywnych badań są próby znalezienia unikalnych reprezentacji sygnałów pochodzących z różnych obszarów mózgu, tzw. fingerprintów tych obszarów. Główną metodologią stosowaną i rozszerzaną w ramach mojej pracy, odnoszącą się do tego problemu, jest podejście Spectral Fingerprints (Keitel & Gross 2016). W zarysie metoda polega na dwukrotnej (najpierw na poziomie indywidualnym, następnie na poziomie grupowym) dwuetapowej klasteryzacji widma mocy jednosekundowych okien sygnału z przestrzeni zrekonstruowanych źródeł aktywności, co skutkuje uzyskaniem niskowymiarowej reprezentacji aktywności wybranych obszarów ludzkiego mózgu. Wykonane przez autorów testy oparte na metodach bootstrapingu i walidacji krzyżowej wykazały wysoką skuteczność automatycznej identyfikacji 116 obszarów mózgu na podstawie ich spektralnych fingerprintów pozyskanych ze spoczynkowego sygnału MEG. Celem mojej pracy jest udoskonalenie i rozszerzenie pola zastosowań metody Spectral Fingerprints. Do tej pory została wykonana częściowa reprodukcja wyników z oryginalnej pracy oraz znacząca redukcja czasu obliczeń wykorzystując techniki programowania równoległego. Wykonano ponadto pierwsze próby adaptacji procedury do analizy sygnałów EEG. Planowana jest modyfikacja wybranych elementów potoku przetwarzania w celu podwyższenia skuteczności identyfikacji struktur korowych i podkorowych (w szczególności z wykorzystaniem sygnału EEG) oraz zbadanie możliwości wykorzystania spektralnych fingerprintów jako biomarkerów wybranych jednostek chorobowych.

Ontologia synchrotronu – modelowanie struktury systemu, dotychczasowe wyniki i koncepcja rozprawy doktorskiej

Wybrane algorytmy poprawy poziomu bezpieczeństwa przetwarzania zadań i energooszczędności środowisk obliczeniowych opartych o szeregowanie zadań

Podczas seminarium prelegentka przedstawi osiągnięcie naukowe, które będzie podstawą jej wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego w IPPT PAN.

SCAD FEA software: advanced analysis options in structural mechanics and civil engineering

SCAD jest oprogramowaniem MES do obliczeń i projektowania konstrukcji budowlanych. Jest głównym programem pakietu SCAD Office (https://scadsoft.com/en/products), opracowanego przez firmę informatyczną SCAD Soft. Jest jednym z najpopularniejszych programów MES na terytorium Rosji, Ukrainy, Białorusi i Kazachstanu, posiada certyfikaty spełniające normy regionalne oraz posiada licencje niezbędne przy projektowaniu obiektów energetyki atomowej (elektrownie atomowe). W większości uniwersytetów ww. krajów ten program został wdrożony na wydziałach budowlanych.

Celem prezentacji jest ogólne przedstawienie programu oraz opcji zaawansowanych: rozwiązywanie układów równań liniowych algebraicznych MES o dużym rozmiarze, zaawansowana analiza modalna, analiza sejsmiczna, całkowanie równań ruchu, analiza nieliniowa sprężysto-plastyczna, montaż itd. Po zakończeniu referatu i dyskusji dla wszystkich zainteresowanych osób jest zaplanowana prezentacja SCAD Office „na żywo”.

Ze szczegółowym opisem oprogramowania można zapoznać się tu:
https://scadsoft.com/help/SCAD/Theory/en/index.htm#t=Theory1033_rtf%2FPrinciples_of_theory.htm,
https://scadsoft.com/help/SCAD/FEMLib/en/index.htm#t=FEMLib1033%2FGeneral_Issues.htm,
https://scadsoft.com/help/SCAD/en/index.htm.

Segmentacja obrazów b-mode w czasie rzeczywistym

Rozwój metod inteligencji obliczeniowej w wybranych zadaniach klasyfikacji i optymalizacji

W prezentacji przedstawione zostaną wybrane metody klasyfikacji w problemie rozpoznawania twarzy niezależnym od wieku. Przedstawiony zostanie przegląd metod rozpoznawania twarzy na podstawie lokalnych deskryptorów, które są aktualnie ważnym narzędziem analizy obrazów. Podejście to zostanie krótko porównane z metodami rozpoznawania twarzy wykorzystującymi głębokie sieci neuronowe (ang. deep learning). Zaprezentowane zostaną również metody rozwiązywania pokrewnych problemów klasyfikacyjnych takich jak analiza klasyfikatorów rankingowych. Problematyka projektowania klasyfikatorów w ujęciu bardziej ogólnym przedstawiona zostanie na przykładzie nowej metody regularyzacji algorytmu AdaBoost. Przedstawione zostaną również ostatnio opublikowane metody optymalizacji w Euklidesowym problemie Steinera, wykorzystujące algorytmy memetyczne oraz algorytmy przeszukiwania drzew Monte Carlo (ang. Monte Carlo Tree Search, MCTS). Prezentacja ma na celu przedstawienie dorobku naukowego, mającego być podstawą wszczęcia postępowania habilitacyjnego.

Adaptacyjna stabilizacja drgań konstrukcji mechanicznych w warunkach zmiany parametrów konstrukcyjnych i przy nieprzewidywalnych wzbudzeniach

Seminarium dotyczyć będzie zagadnień sterowania adaptacyjnego do stabilizacji konstrukcji. W szczególności rozpatrywany jest problem tłumienia drgań w wypadku nagłej zmiany parametrów wewnętrznych układu (degradacja elementów konstrukcyjnych) lub pod wpływem zmiennego wymuszenia zewnętrznego. Zmienne zakłócenie działające na układy mechaniczne jest powszechnie znanym zjawiskiem. Jako przykłady można wymienić drgania konstrukcji pod wpływem wiatru, trzęsienia ziemi, przejeżdżających pojazdów. W ramach seminarium zaprezentowane zostaną trzy opracowane algorytmy sterowania adaptacyjnego oraz ich walidacja poprzez symulacje numeryczne. Działanie algorytmów porównano również z innymi, powszechnie wykorzystywanymi algorytmami.

Intelligent design of 2D nanostructures based on molybdenum

Intelligent design of 2D nanostructures based on molybdenum

Rodzina elementów hybrydowo-mieszanych w 6-parametrowej teorii powłok, analiza geometrycznie nieliniowa powłok o funkcyjnej zmienności materiału wzdłuż grubości

Numeryczne badanie tłoczności blach przy złożonej ścieżce odkształcenia

Challenges for computational biomechanics for medicine

Mathematical modelling and computer simulation have proved tremendously successful in engineering. One of the greatest challenges for mechanists is to extend the success of computational mechanics to fields outside traditional engineering, in particular to biology, biomedical sciences, and medicine. By extending the surgeon’s ability to plan and carry out surgical interventions more accurately and with less trauma, Computer-Integrated Surgery (CIS) systems could help to improve clinical outcomes and the efficiency of health care delivery. CIS systems could have a similar impact on surgery to that long since realized in Computer-Integrated Manufacturing (CIM). However, before this vision can be realised the following four challenges must be met:

Challenge 1. Efficient generation of computational grids from medical images of human organs.

Challenge 2. Real-time (or near-real-time) computations on commodity hardware.

Challenge 3. Real-time simulation of cutting, damage and propagation of discontinuities.

Challenge 4. Mathematical formulations that are weakly sensitive to uncertainties in mechanical properties of tissues.

In this lecture I describe how the Intelligent Systems for Medicine Laboratory addresses these challenges by using explicit dynamics and dynamic relaxation algorithms implemented on GPU and developing a concept of an “image as a model”.

Zastosowanie algorytmu odległości edycyjnej w zaawansowanych mechanizmach analizy danych tekstowych

Topologiczna optymalizacja płaskich konstrukcji sprężystych i sprężysto-plastycznych

Modelowanie procesów spiekania z uwzględnieniem parametrów skali mikro

Modelowanie przepływów mieszanych (płyn z cząstkami ciała stałego)

Discrete Element Method with deformable particles

Numeryczne badanie tłoczności blach przy złożonej ścieżce odkształcenia

Harmonogramowanie złożonych zadań obliczeniowych z uwzględnieniem procesu przetwarzania i transmisji danych w rozproszonych środowiskach dużej skali

Problem harmonogramowania zadań rozproszonych środowiskach obliczeniowych pozostaje wyzwaniem dla naukowców i inżynierów, pomimo wielu wysiłków, projektów i znaczących wyników uzyskanych na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat. Opracowanie modelu i jego skuteczna implementacja we współczesnych środowiskach obliczeniowych dużej skali – takich jak gridy i chmury obliczeniowe - jest warunkiem efektywnego zarządzania takimi systemami, polegającego na zapewnieniu optymalnego wykorzystania dostępnych zasobów. Obecnie, harmonogramowanie zadań obliczeniowych to proces bardzo złożony, który musi uwzględniać wiele dodatkowych, istotnych zagadnień związanych z przetwarzaniem i dostępnością danych, czy bezpieczeństwem. Problem transmisji i przetwarzania danych odgrywa istotną rolę w całym procesie harmonogramowania i wymaga zastosowania nowatorskich rozwiązań w celu osiągnięcia wysokiej efektywności działania całego systemu.

Głównym tematem wystąpienia jest prezentacja nowego modelu harmonogramowania złożonych zadań z uwzględnieniem zagadnień związanych z przetwarzaniem i transmisją danych w rozproszonych systemach obliczeniowych dużej skali. Przedstawione zostaną wstępne koncepcje i wyniki analizy teoretycznej i empirycznej efektywności modelu w generowaniu optymalnych harmonogramów w dynamicznych środowiskach gridu i chmury obliczeniowej z uwzględnieniem transmisji i alokacji danych pobieranych z rozproszonych źródeł zewnętrznych. Przedstawione wyniki są podstawą opracowywanej pracy doktorskiej.

Inteligentne systemy monitoringu rozproszonych środowisk dużej skali w ujęciu wieloagentowym

Monitoring złożonych systemów obliczeniowych, zwłaszcza w kontekście problemów harmonogramowania skomplikowanych zadań numerycznych, jest niezbędnym elementem każdego rozproszonego systemu - pozwala na odpowiednie wykorzystanie dostępnych zasobów i zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Zagadnienie monitorowania działania systemów rozproszonych, pomimo wielu istniejących narzędzi, pozostaje otwarte, zwłaszcza w kontekście specyfikacji indywidualnych wymagań użytkowników, co jest podstawą tzw. personalizacji kryteriów optymalizacji działania tych systemów. Odpowiednim narzędziem wspomagania skomplikowanych procesów decyzyjnych w powyższych zagadnieniach są inteligentne systemy wieloagentowe (MAS).

Głównym tematem wystąpienia jest prezentacja nowych modeli systemów monitorujących rozproszone środowiska dużej skali. Koncepcje te w dużej mierze bazują na inteligentnych rozwiązaniach agentowych. Przedstawione zostaną autorskie modele mające na celu wspomaganie procesu generowania harmonogramów, realizację wybranych aspektów bezpieczeństwa czy personalizacji oferowanych usług i zapewnienia ich jakości (QoS). W ramach prezentacji zostaną również przedstawione dotychczas uzyskane wyniki numeryczne potwierdzające skuteczność proponowanych rozwiązań, które będą zawarte w przygotowywanej rozprawie doktorskiej.

Zastosowanie algorytmów wielowątkowych i rozproszonych do zwiększenia efektywności Metody Elementów Skończonych

Makroskopowy model procesu spiekania i jego implementacja numeryczna

Zastosowania uzupełnienia Schura wyznaczanego za pomocą wielowątkowej częściowej faktoryzacji

Granular Computing: Fundamentals and Selected Design Developments

In numerous real-world problems including a broad range of modeling tasks, we are faced with a diversity of locally available distributed sources of data and expert knowledge, with which one has to interact, reconcile and form a global and user-oriented model of the system under consideration.

To prudently address these challenges, in this talk, we introduce a concept of information granules embracing a plethora of formal constructs such as intervals (sets), fuzzy sets, rough sets, etc. We highlight an emergence of higher type and higher order information granules in the analysis and synthesis of granular models. The fundamental problem that becomes central to all investigations is concerned with the formation of information granules. We elaborate on the principle of justifiable granularity and discuss its role as a key design vehicle facilitating a construction of information granules realized on a basis of available experimental evidence (which could be either numeric or granular).

We elaborate on a number of conceptual and design issues of granular models. In particular, it is demonstrated that granular models developed on a basis of existing numeric models lead to their substantial augmentations and result in interesting and comprehensive ways of evaluation of their performance. Two general approaches under investigation are associated with a formation of granular parameter spaces and granular output spaces. The proposed assessment of the quality of the model embraces two generic criteria, namely a coverage criterion of experimental data and a specificity criterion. It is shown that a hierarchy of information granules gives rise to granular models both of higher type and higher order.

The detailed investigations are focused on selected problems of rule-based models, building auto-encoders in architectures of deep learning, and evolution of information granules when describing dynamics of data streams.

Symulacja dynamicznych zjawisk termo-sprężystych w wysokociśnieniowej pompie hydraulicznej o zmiennej wydajności

I słowo stało się fraktalem: wieloskalowe charakterystyki złożoności narracyjnej

Język naturalny jest wielkim ewolucyjnym osiągnięciem świata przyrody, który ujawnia wiele charakterystyk ilościowych, wskazujących na jego organizację hierarchiczną - a więc fraktalną - i na korelacje długo zasięgowe. Można więc oczekiwać, że w języku naturalnym takie sygnatury - podobnie jak w muzyce - też występują. Okazuje się, że na tej podstawie antycypowane korelacje uniwersalnie występują w dynamice zmienności długości zdań, co pokazano na przykładzie zbioru ponad 100 słynnych dzieł literatury światowej. Stopień złożoności takich korelacji w sensie ilościowym jest jednak w ogólności różny dla różnych gatunków literackich. Szczególnie wyrafinowaną złożoność - multifraktalność - okazują się wykazywać dzieła zaliczane do gatunku literackiego zwanego strumieniem świadomości.

Ewolucyjny algorytm rekonstruowania trajektorii cząstek elementarnych

Zaprezentowany zostanie probabilistyczny algorytm rozpoznawania wzorców, łączący dwa konkurujące ze sobą modele: (i) model dyskryminatywny szumu tła oraz (ii) model generatywny trajektorii. Rywalizujące modele wraz z kombinatoryczną asocjacją danych, wykazują dobrą zdolność separacji sygnału od szumu. Ponadto, w celu optymalizacji parametrów modeli, użyto ewolucyjnej strategii adaptacji macierzy kowariancji (ang. Covariance Matrix Adaptation Evolutionary Strategy; CMA-ES). Dzięki zastosowaniu stochastycznej oraz nie opierającej się na rachunku różniczkowym metody CMA-ES, wzrasta ilość potencjalnych zastosowań poprzez uproszczoną implementację algorytmu. Przedstawione zostaną wyniki działania algorytmu w celu śledzenia trajektorii cząstek elementarnych przemierzających zespół detektorów.

Implementacja generacji wybranych modeli grafów i ich zastosowania

Odwzorowanie procedur całkowania numerycznego w metodzie elementów skończonych na architektury procesorów masowo wielordzeniowych

Zagadnieniem poruszanym na seminarium jest rozwiązanie problemu efektywnej realizacji tworzenia macierzy sztywności w równoległych symulacjach Metody Elementów Skończonych (MES) z wykorzystaniem wielopoziomowej hierarchii pamięci i architektur masowo wielordzeniowych. Dotychczas autor przeprowadził badania dla różnych architektur procesorów, takich jak PowerXCell 8i, GPU, Xeon Phi oraz AMD APU. Pozwoliło to na poszerzenie wiedzy na temat projektowania i implementacji wydajnych procedur aproksymacji wykorzystywanych w MES. Jako algorytm wzorcowy wybrana została procedura całkowania numerycznego ze względu na swoją czasochłonność oraz fakt, że jej optymalizacja jest często pomijana w badaniach naukowych na rzecz przyśpieszenia innych faz obliczeń MES. Dzięki swojemu skomplikowaniu i różnym wariantom może się ona stać wzorem w jaki sposób należy realizować także inne algorytmy MES na szerokim spektrum architektur masowo-wielordzeniowych.

Rekonstrukcja obrazu i symulacja paskowego pozytonowego tomografu emisyjnego (PET) z użyciem akceleratorów obliczeniowych

J-PET to interdyscyplinarny projekt prowadzony na Wydziale Fizyki UJ finansowany przez NCBR i mający na celu skonstruowanie paskowego pozytonowego tomografu emisyjnego (PET) w oparciu o nowatorskie rozwiązania z wielu dziedzin - paskowe scyntylatory, nowe układy FPGA oraz nowe algorytmy i rozwiązania software. Moja praca reprezentuje ostatni element całego procesu - rekonstrukcję obrazu w oparciu o informacje czasowe dostarczone przez wcześniejsze elementy tomografu oraz jego teoretyczny model statystyczny. Zaprezentuję metody pozwalające uzyskanie obrazu o najlepszej jakości w możliwe najkrótszym czasie, z użyciem nowych algorytmów na akceleratory obliczeniowe t.j. GPU i Xeon Phi.

Metody numeryczne w procesach metalurgii: zagadnienia tłoczenia blach i spiekania proszków

Zastosowanie algorytmów wielowątkowych w programach metody elementów skończonych

Skierowane liczby rozmyte w modelowaniu i symulacji finansowych szeregów czasowych.

¹ Atomistyczno-kontynualna rekonstrukcja dyslokacji w kryształach.
² Uniwersalna architektura integracyjna dla heterogenicznych źródeł danych i metod optymalizacji.

Projektowanie koncepcyjne wspomagane komputerowo z użyciem grafowych struktur danych i formuł logicznych (prezentacja rozprawy doktorskiej)

Rozprawa doktorska dotyczy komputerowego wspomagania projektowania architektonicznego z użyciem języków wizualnych, ekstrakcji wiedzy z diagramów projektowych (graficznej reprezentacji projektów) oraz testowania projektów pod kątem ograniczeń projektowych.

Przedstawiona zostanie automatyczna transformacja diagramów projektowych w struktury hipergrafowe. Zaprezentowany zostanie prototypowy system komputerowy, którego zadaniem jest wspomaganie konceptualnej fazy projektowania. System ten wspomaga projektanta poprzez sprawdzanie wymagań projektowych zdefiniowanych w języku logiki pierwszego rzędu.

Celem rozprawy jest opracowanie i implementacja metod automatycznego pozyskiwania wiedzy projektowej w trakcie procesu wizualnego projektowania oraz wnioskowania o projekcie.

Implementacja wysokiej wydajności zarządzania rozproszoną siatką obliczeniową w równoległych symulacjach adaptacyjną metodą elementów skończonych

Numeryczne badanie tłoczności blach przy złożonej ścieżce odkształcenia

Zastosowanie technik programowania równoległego do zwiększenia możliwości obliczeniowych programu FEAP

Optymalizacja odpornościowa drgających giętnie układów wirnikowych

Zbieżność i stabilność algorytmów numerycznych w sformułowaniach wielopolowych mechaniki

Rozważane będą pewne schematy numeryczne stosowane w sformułowaniach wielopolowych mechaniki, takich jak wielofazowe ośrodki porowate i mieszane elementy powłokowe na podstawie prac autorki ujętych w cyklu publikacji habilitacyjnych. Prace dotyczą: (1) zgodności, zbieżności i stabilności algorytmów numerycznych typu staggered stosowanych do modelowania ośrodków trójskładnikowych wielofazowych (wielopolowych), oraz (2) analizy stabilności elementów skończonych dla mechaniki ciała stałego, wyprowadzonych z wielopolowych (dwu- i trójpolowych) funkcjonałów.

Kryptograficzne algorytmy strumieniowe oparte na specjalnych grafach algebraicznych

Symulacja dynamicznych zjawisk termo-sprężystych w wysokociśnieniowej pompie hydraulicznej o zmiennej wydajności

Identyfikacja, modelowanie i sterowanie polami temperatury w konstrukcjach betonowych

Mechanical and numerical modeling of elastic particles in viscoelastic matrix

Dedykowane algorytmy ewolucyjne w wybranych dużych zagadnieniach optymalizacji

Wiele ważnych problemów inżynierskich i naukowych można sformułować jako zadania optymalizacji. Przedstawiony zostanie dedykowany algorytm ewolucyjny dla dużych, nieliniowych zagadnień optymalizacji w obszarze ograniczonym. Przedmiotem badań są przede wszystkim zadania optymalizacji funkcjonałów, w których szukany jest dyskretny zbiór wartości funkcji. W orbicie zainteresowań badawczych są dwa konkretne zastosowania: analiza naprężeń resztkowych w szynie i kole pojazdów szynowych oraz tzw. fizycznie uzasadniona aproksymacja danych doświadczalnych. Algorytmy ewolucyjne (AE), których główną zaletą jest możliwość ich skutecznego zastosowania do problemów niewypukłych, mają również istotną wadę – wolne tempo zbieżności. Dlatego, biorąc pod uwagę złożoność analizowanych zadań, głównym celem badań jest istotna poprawa efektywności standardowych AE. Zaproponowanych zostało kilka technik przyspieszania obliczeń, bazujących na prostych pomysłach. Należą do nich: adaptacyjne stopniowe zagęszczanie siatki węzłów, wygładzanie i równoważenie rozwiązania, uśrednianie rozwiązania i estymacja błędu a posteriori, wykorzystanie informacji o błędzie, niestandardowe rozproszenie i zrównoleglenie obliczeń. Przedstawione zostaną wyniki testów wymienionych technik dla kilku wybranych zadań testowych. Omówione zostaną również wyniki zastosowania dedykowanego AE do testowych zagadnień fizycznie uzasadnionej aproksymacji.

Analiza wydajności transmisji danych w komórkach i sieciach neuronowych metodami Teorii Informacji

Zrozumienie w jaki sposób przetwarzane i przesyłane są informacje w mózgu stanowi jedno z większych wyzwań we współczesnej nauce. Przedstawione zostaną wyniki dotyczące analizy wydajności transmisji dla modelu komórki neuronowej zaproponowanej przez Levy i Baxtera (2002) oraz architektur sieci inspirowanych architekturą mózgu. Przyjęty model neuronu odzwierciedla wszystkie podstawowe mechanizmy obejmujące tzw. obliczenia neuronowe. Proces przesyłania zamodelowany został jako kanał transmisyjny z punktu widzenia Teorii Informacji w ujęciu Shannona. Przeanalizowany został szereg zaawansowanych algorytmów (złożoność Lempela-Ziva, algorytm Kontoyiannisa, algorytm Stronga) związanych z estymowaniem entropii, a następnie opracowano odpowiednie optymalne oprogramowanie pozwalające na numeryczne oszacowanie tzw. informacji wzajemnej pomiędzy sygnałami wejściowymi (z różnego typu źródeł), a odpowiedziami komórki. Umożliwiło to wyznaczenie optymalnych parametrów transmisji (uwzględniając także koszty energetyczne) oraz najkorzystniejszych architektur dla takich sieci. Przeanalizowana została rola szumu w synapsach, rola połączeń długo-zasięgowych oraz znaczenie neuronów typu inhibitor. Prezentowane wyniki przedstawione zostały w pracach:

• B. Paprocki, J. Szczepanski, How do the amplitude fluctuations affect the neuronal transmission efficiency, Neurocomputing, 104: 50-56, 2013,
• B. Paprocki, J. Szczepanski, Efficiency of neural transmission as a function of synaptic noise, threshold, and source characteristics, BioSystems, 105: 62-72, 2011,
• B. Paprocki, J. Szczepanski, Transmission efficiency in the brain-like neuronal networks. Information and energetic aspects, 10th International Neural Coding Workshop NC2012, Prague, Czech Republic, September 2--7, 2012.

Algorytmy fraktalne w cyfrowej analizie obiektów przestrzennych

Czułe na skierowanie metody wyostrzania liczb rozmytych

Introduction of particle flow code in 3D and some of its applications in engineering

Particle Flow Code in 3 dimensions (PFC^3D), produced by the Itasca Consulting Group, is a numerical code which models the movement and interaction of stressed assemblies of rigid spherical particles using Distinct Element Method (DEM). The particles displace independently from one another and interact only at contacts between the particles. They are bonded at their contact points. Two types of bonds, which are contact and parallel bonds, are used in PFC^3D. When the strength of bond exceeds the corresponding force, the bond is broken and it is assumed that the sample has failed.Both static and dynamic behavior of rocks can be modeled in PFC^3D.
The models are generated depending on the micro-mechanical properties of the particle assembly. Prior to creating a model, these parameters are calibrated. Hence, the mechanical properties obtained from laboratory are matched with the particle assembly generated in PFC^3D. The calibration procedure is carried out by modeling uniaxial or triaxial compressive strength tests.
PFC^3D has wide range of applications in rock excavation, rock mechanics, soil mechanics, structural analysis, material processing, fluid mechanics, etc. Since it offers the rock as an assembly of particles including faults, discontinuities, and cracks, rock cutting process and some other simulations regarding fracture propagation can successfully be modeled. The rock-tool interaction, crack propagation, and the chip formation are visualized during simulations. Moreover, a number of tests and many engineering applications such as shear strength test, acoustic emission, underground excavation, conveyor transportation, ball mill, stirred tank reactor have been modeled in 2D and 3D versions of PFC.

Kinetyka reakcji biochemicznych na błonie komórkowej analizowana za pomocą stochastycznych symulacji układów niejednorodnych

Modeling and visualization in geomechanics applied to the well design through salt layers in Brazil

Researches carried out on the development of graphical systems for computational simulations of geomechanic problems in oil industry (Petrobras) are presented in this lecture. A major challenge in drilling in the Pre-salt area, in Brazil, arises from the special structural salt behavior, when compared to other geomaterials, since it develops high creep strain rates under high levels of deviatoric stresses and temperatures. The challenges in the generation of such geomechanic models are shown, as well as, the researches necessary to allow the simulations. The lessons learned on the geomechanical salt behavior and its application in subsalt wells design are also described.

Simulation of residual stresses due to nanoscale precipitates

Nanoscale coherent precipitates and the corresponding micro residual stresses play a dominant role in the strengthening process of materials. At present, there exists no experimental method for measuring micro residual stresses of II and III kind. In the frame of the present work, it will be shown that micro-magnetic measurement techniques based on the tensile loading dependent maximum Barkhausen noise amplitude can be used for the analysis of micro residual stresses of kind III (at the Fe/Cu interface) and for the study of the influence of the alloying elements on the residual stress state. For this purpose, Fe-Cu, Fe-Cu-Ni and Fe-Cu-Ni-Mn-alloys with different amounts of Niund Mn-contents as well as with well-defined contents of Cu-precipitates, which can be identified by SANS-measurements, were produced. The non-destructive measurement technique allows the separation between micro residual tensile and micro compressive stresses. Experimentally, it was found that the precipitates in the alloys induce significant micro residual tensile stresses. Molecular Dynamics (MD)-simulations for the determination of residual stresses in Fe-Cu- und Fe-Cu-Ni-alloys have been performed. For the MD-simulations, a recently published Fe-Cu-Ni Embedded Atom Method (EAM) potential was applied and an analysis program for the determination of the local as well as the global stresses was developed. The MD-simulations demonstrate that at Fe/Cu-interfaces rather large local stresses develop which significantly decay in the interior of the precipitates. For Fe-Cu and Fe-Cu-Ni precipitation states derived from Monte Carlo (MC)-simulations, additional MD-simulations were performed (relaxation, then NpT-ensemble) for different temperatures and the global residual stresses for each atomic element were calculated. This numerical procedure allows to distinguish between coherency and thermally induced residual stresses. The results of the MC- combined with the MD-simulations lead to tensile micro residual stresses due to the precipitates in g od agreement with the experimental observations. In addition, parameter studies were performed in order to quantify temperature, time and concentration influences.

Lingwistyczne układy dynamiczne oparte na grafach algebraicznych i ich zastosowanie w kryptografii

Jednym z ważniejszych zagadnień w teorii kryptografii jest użycie obliczeń symbolicznych, których własności sprzyjają lepszej ochronie danych. W celu zwiększenia bezpieczeństwa w algorytmach kryptografii z kluczem wielomianowym, szukamy rodziny odwzorowań przekształcających n-wymiarowy moduł wolny nad pierścieniem przemiennym, których stopień jest ograniczony pewną niewielką stałą, zaś rząd dąży do nieskończoności, przy n dążącym do nieskończoności. Głównym narzędziem do ich tworzenia są lingwistyczne układy dynamiczne oparte na grafach algebraicznych. Praca koncentruje się głównie na rozważaniu symbolicznego problemu logarytmu dyskretnego z ich użyciem, jak również na problemie istnienia rodziny odwzorowań kubicznych i kwadratowych, których stopnie pozostają niezmiennicze ze względu na złożenie ze sobą dowolną ilość razy.

Symulacja zjawisk dynamicznych w wysokociśnieniowej pompie hydraulicznej o zmiennej wydajności

Numeryczna analiza deformacji struktur krystalicznych i ich defektów na poziomie nanoskali