Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku

Umělá inteligence ve fyzice

Typ studia navazující magisterské
Jazyk výuky angličtina
Kód 653-3177/02
Zkratka UIF
Název předmětu česky Umělá inteligence ve fyzice
Název předmětu anglicky Artificial intellignece in physics
Kreditů 3
Garantující katedra Katedra materiálového inženýrství a recyklace
Garant předmětu Ing. Dalibor Javůrek, Ph.D.

Osnova předmětu

1. Použitı́ neuronových sı́tı́ ve vědě v minulosti a dnes.
2. Struktura řešenı́ výpočetnı́ho problému pomocı́ mashine learning – Iden-
tifikace řešeného problému; sběr, třı́děnı́, zpracovánı́ dat a propojenı́ s
modelem; správná volba architektury neuronové sı́tě; Loss function; Optimalizace – trénink modelu; akcelerace trénovánı́; regularizace.
3. Uplatněnı́ hlubokého učenı́ ve výpočetnı́ch metodách, architektury neuro-
nových sı́tı́ – Lagrangian neural networks, Hamiltonian neural networks,
Fourier neural operator, Physically informed neural networks, Convoluti-
onal neural networks, Graph neural networks.
4. Autoenkodéry a redukce dimenze zı́skaných dat.
5. Identifikace fyzikálnı́ch zákonů na základě dat z experimentu.
6. Numerické výpočty pomocı́ hlubokého učenı́ - Kadraturnı́ úloha.
7. Physically informed neural networks (PINNs).
8. PINNs a jejich pozměněné verze – Loss re-weighting a Data re-samppling,
Optimization targets.
9. PINNs a jejich pozměněné verze – Regularizačnı́ techniky, nové neurálnı́
architektury, nová paradigmata v učenı́ PINNs a výhled do budoucnosti.
10. PINNs a jejich pozměněné verze – Pokročilé metody v implementaci fy-
zikálnı́ch vazeb do PINNs – Loss function, optimalizačnı́ algoritmus, ar-
chitektura neuronové sı́tě.
11. Optimalizačnı́ algoritmy ve fyzikálnı́ch úlohách.
12. Dodatečné informace k probraným tématům, diskuse.

Povinná literatura

[1] Steve Brunton. Physics Informed Machine Learning. Accessed: 2024-08-01.
2024. url: https://www.youtube.com/playlist?list=PLMrJAkhIeNNQ0BaKuBKY43k4xMo6NSbBa.
[2] ETH Zürich CAMLab. ETH Zürich — Deep Learning in Scientific Compu-
ting 2023. Accessed: 2024-08-01. 2024. url: https://www.youtube.com/
watch?v=y6wHpRzhhkA&list=PLJkYEExhe7rYY5HjpIJbgo-tDZ3bIAqAm.
[3] Zhongkai Hao et al. Physics-Informed Machine Learning: A Survey on Pro-
blems, Methods and Applications. 2023. arXiv: 2211.08064 [cs.LG]. url:
https://arxiv.org/abs/2211.08064.
[4] Stefan Kollmannsberger et al. Deep Learning in Computational Mechanics:
An Introductory Course. Springer Cham, 2021. isbn: 978-3-030-76586-6 .
doi: 10.1007/978-3-030-76587-3.
[5] Karet Pentil. PINN (Physics-Informed Neural Networks). Accessed: 2024-
08-01. 2021. url: https://www.youtube.com/playlist?list=PLXmYoJbJ848pkMm9NGZZKXUQJ8XWIXZX8
[6] Nils Thuerey et al. Physics-based Deep Learning. 2022. arXiv: 2109.05237 [cs.LG]. url: https://arxiv.org/abs/2109.05237.
[7] Genki Yagawa a Atsuya Oishi. Computational Mechanics with Deep Lear-
ning: An Introduction. Lecture Notes on Numerical Methods in Enginee-
ring and Sciences. Springer Cham, 2022. isbn: 978-3-031-11846-3 . doi:
10.1007/978-3-031-11847-0.
[8] M. Raissi, P. Perdikaris a G.E. Karniadakis. Physics-informed neural networks: A deep learning framework for solving forward and inverse problems involving nonlinear partial differential equations. Journal of Computational Physics, 2019. doi: 10.1016/j.jcp.2018.10.045.
[9] Edward Small. An Analysis of Physics-Informed Neural Networks. arXiv:2303.02890 [cs.LG], 2023. url: https://arxiv.org/abs/2303.02890
[10] Francois Cholett, Deep learning v jazyku python, 2., přepracované a rozšířené vydání, Praha : Grada Publishing, 2023, ISBN: 978-80-271-5133-2

Doporučená literatura

[1] Ricardo Vinuesa. Physics-informed neural networks for fluid mechanics.
Accessed: 2024-08-01. 2024. url: https://www.youtube.com/watch?v=EHrgSPHZG3Y.
[2] Timon Rabczuk a Klaus-Jürgen Bathe. Machine Learning in Modeling and Simulation: Methods and Applications. Springer Cham, 2023. isbn: 978-3-031-36643-6 . doi: 10.1007/978-3-031-36644-4.
[3] Steven L. Brunton a J. Nathan Kutz. Data-Driven Science and Engineering: Machine Learning, Dynamical Systems, and Control. Cambridge University Press, 2023. isbn: 978-1009098489.
[4] Dimitrios Angelis et al. Artificial Intelligence in Physical Sciences: Symbolic Regression Trends and Perspectives. Springer Cham, 2023. isbn: 978-3-030-99226-2 .