Studijní plány a sylaby FJFI ČVUT v Praze

-

Aktualizace dat: 25.11.2016

english

Navazující magisterské studiumInformatická fyzika
1. ročník
předmět kód vyučující zs ls zs kr. ls kr.

Povinné předměty

Koncepce informatické fyziky 1, 212KOF12 Kuchařík, Liska 2+0 z 2+0 zk 3 3
Předmět:Koncepce informatické fyziky 112KOF1prof. Ing. Drška Ladislav CSc. / Ing. Kuchařík Milan Ph.D. / doc. Dr. Ing. Šiňor Milan2+0 Z-3-
Anotace:Kurz podává přehled nekonvenčních informačních a výpočetních technologií s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.
Osnova:Kurz podává přehled nekonvenčních informačních a výpočetních technologií s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.

Technika pro informatickou fyziku: informační a komunikační technologie, integrované výpočetní systémy, vysokovýkonná výpočetní technika, grid computing, cloud computing. Algoritmická fyzika: fraktály, celulární automaty, genetické algoritmy, evoluční počítání. Zdroje dat a vědecká vizualizace : vědecké databáze, programové knihovny, techniky dolování dat, multidimensionální vizualizace. Částicová simulace: molekulární dynamika, kinetické modelování, metoda Monte Carlo, kvantová stochastická simulace. Týmový projekt 1: Zpracování prezentačního / výukového programu

Techniky intenzivního počítání: numerické metody pro paralelní systémy, jazyky pro paralelní systémy, automatická paralelizace. Aplikace umělé inteligence: expertní systémy, systémy pro řešení problémů, umělá inteligence a intenzivní počítání, kvalitativní usuzování a modelování / simulace. Vybrané aplikace informatické fyziky : fyzika vysokoparametrového plazmatu, počítačová jaderná fyzika, počítačová astrofyzika. Perspektivy výpočetní techniky: multipetaflopové systémy, fotonické počítače, biopočítače, kvantové počítání.Týmový projekt 2: Analýza, modifikace a aplikace komplexního simulačního programu.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Nekonvenčními výpočetní technologie s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.

Schopnosti:
Student získá přehled v základních numerických algoritmech, paralelizaci, algoritmické fyzice a vizualziaci. Algortimy dokáže implementovat a aplikovat na vybrané úlohy.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:integrované výpočetní systémy, vysokovýkonná výpočetní technika, grid computing, cloud computing
Literatura:Povinná literatura:
[1] R.H. Landau, M.J. Paéz, C.C. Bordeianu: A Survey of Computational Physics. Princeton University Press 2008. ISBN 978-0-691-13137-5
[2] R.H. Landau, M.J. Paéz, C.C. Bordeianu: A Survey of Computational Physics. Python Multimodal eBook. http://physics.orst.edu/~rubin/Books/eBookWorking/
[3] D.A. Bader (Editor): Petascale Computing: Algorithms and Applications. Chapman & Hall / CRC 2007. ISBN 978-1-584-88909-0 (vybrané kapitoly)

Doporučená literatura:
[4] H. Fehske, R. Schneider , A. Weisse (Editors): Computational Many-Particle Physics. Springer 2008. ISBN 978-3-540-74685-0. Paperback: Springer 2010, ISBN 978-3-642-09414-9 (vybrané kapitoly).
[5] S. Russel, P. Norvig: Artificial Intelligence: A Modern Approach. 3rd Ed. Prentice Hall 2009. ISBN 978-0-13-604259-4 (vybrané kapitoly).

Předmět:Koncepce informatické fyziky 212KOF2prof. Ing. Liska Richard CSc.-2+0 ZK-3
Anotace:Kurz podává přehled nekonvenčních informačních a výpočetních technologií s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.
Osnova:Kurz podává přehled nekonvenčních informačních a výpočetních technologií s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.

Technika pro informatickou fyziku: informační a komunikační technologie, integrované výpočetní systémy, vysokovýkonná výpočetní technika, grid computing, cloud computing. Algoritmická fyzika: fraktály, celulární automaty, genetické algoritmy, evoluční počítání. Zdroje dat a vědecká vizualizace : vědecké databáze, programové knihovny, techniky dolování dat, multidimensionální vizualizace. Částicová simulace: molekulární dynamika, kinetické modelování, metoda Monte Carlo, kvantová stochastická simulace. Týmový projekt 1: Zpracování prezentačního / výukového programu

Techniky intenzivního počítání: numerické metody pro paralelní systémy, jazyky pro paralelní systémy, automatická paralelizace. Aplikace umělé inteligence: expertní systémy, systémy pro řešení problémů, umělá inteligence a intenzivní počítání, kvalitativní usuzování a modelování / simulace. Vybrané aplikace informatické fyziky : fyzika vysokoparametrového plazmatu, počítačová jaderná fyzika, počítačová astrofyzika. Perspektivy výpočetní techniky: multipetaflopové systémy, fotonické počítače, biopočítače, kvantové počítání.Týmový projekt 2: Analýza, modifikace a aplikace komplexního simulačního programu.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Nekonvenčními výpočetní technologie s akcentem na současné i potenciální aplikace ve fyzikálních oborech.

Schopnosti:
Student získá přehled v základních numerických algoritmech, paralelizaci, algoritmické fyzice a vizualziaci. Algortimy dokáže implementovat a aplikovat na vybrané úlohy.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:integrované výpočetní systémy, vysokovýkonná výpočetní technika, grid computing, cloud computing
Literatura:Povinná literatura:
[1] R.H. Landau, M.J. Paéz, C.C. Bordeianu: A Survey of Computational Physics. Princeton University Press 2008. ISBN 978-0-691-13137-5
[2] R.H. Landau, M.J. Paéz, C.C. Bordeianu: A Survey of Computational Physics. Python Multimodal eBook. http://physics.orst.edu/~rubin/Books/eBookWorking/
[3] D.A. Bader (Editor): Petascale Computing: Algorithms and Applications. Chapman & Hall / CRC 2007. ISBN 978-1-584-88909-0 (vybrané kapitoly)

Doporučená literatura:
[4] H. Fehske, R. Schneider , A. Weisse (Editors): Computational Many-Particle Physics. Springer 2008. ISBN 978-3-540-74685-0. Paperback: Springer 2010, ISBN 978-3-642-09414-9 (vybrané kapitoly).
[5] S. Russel, P. Norvig: Artificial Intelligence: A Modern Approach. 3rd Ed. Prentice Hall 2009. ISBN 978-0-13-604259-4 (vybrané kapitoly).

Diferenciální rovnice na počítači12DRP Liska 2+2 z,zk - - 5 -
Předmět:Diferenciální rovnice na počítači12DRPprof. Ing. Liska Richard CSc.2+2 Z,ZK-5-
Anotace:Obyčejné diferenciální rovnice, analytické metody; Obyčejné diferenciální rovnice, numerické metody, metody Runge-Kuttovy, stabilita; Parciální diferenciální rovnice, analýza, rovnice hyperbolické, parabolické a eliptické, podmíněnost diferenciálních
rovnic; Parciální diferenciální rovnice, numerické řešení, metoda konečných diferencí, diferenční schemata, řád aproximace, stabilita, konvergence, modifikovaná rovnice, difuse, disperze; Zákony zachování a jejich numerické řešení, rovnice mělké vody, Eulerovy rovnice,
Lagrangeovské metody, ALE metody; Praktické výpočty v systémech Matlab pro numeriku a Maple pro analýzu schemat.
Osnova:1. Obyčejné diferenciální rovnice, analytické metody, stabilita.
2. Obyčejné diferenciální rovnice, Runge-Kuttovy metody, funkce stability, obor stability, řád metody.
3. Obyčejné diferenciální rovnice s okrajovými podmínkami.
4. Hyperbolické parciální díferenciální rovnice, charakteristiky, okrajové podmínky, metody konečných diferencí.
5. Konvergence, konzistence, podmíněnost, stabilita, Lax-Richtmyerova věta, Courant-Friedrichs-Lewyho (CFL) podmínka.
6. Fourierova analýza podmíněnosti a stability, von Neumannova podmínka stability.
7. Lax-Wendroffovo schema, implicitní schemata, řád přesnosti, modifikovaná rovnice, difuse, disperze.
8. Parabolické rovnice, diferenční schemata pro parabolické rovnice.
9. Eliptické rovnice, iterační metody řešení systémů lineárních rovnic.
10. Advekční rovnice ve 2D, metoda rozkladu, diferenční schemata.
11. Zákony zachování, integrální tvar, Rankine-Hugoniotova podmínka .
12. Burgersova rovnice, rovnice mělké vody, Eulerovy rovnice, rázová vlna, vlna zředění, kontaktní nespojitost, diferenční schemata.
13. Lagrangeovské metody pro Eulerovy rovnice, hmotnostní souřadnice.
14. Metoda ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian), vyhlazení sítě, remapování.
Osnova cvičení:1. Obyčejné diferenciální rovnice, analytické metody, stabilita.
2. Obyčejné diferenciální rovnice, návrh Runge-Kuttových (RK) metod.
3. Výpočet funkce a oboru stability RK metody, řád RK metody.
4. Diferenční schemata pro advekční rovnici, numerické ověření jejich vlastností - stability a řádu přesnosti.
5. Analytické určení řádu přesnosti diferenčního schematu.
6. Analytické určení podmínky stability Fourierovou metodou.
7. Analyticko-numerické určení podmínky stability Fourierovou metodou.
8. Výpočet modifikované rovnice diferenčního schematu.
9. Diferenční schemata pro parabolické rovnice - rovnici vedení tepla.
10. Diferenční schemata pro advekčně difusní rovnici.
11. Diferenční schemata pro eliptickou Poissonovu rovnici.
12. Test - návrh a analýza diferenčního schematu.
13. Diferenční schemata pro Burgersovu rovnice, rovnice mělké vody a Eulerovy rovnice.
14. Lagrangeovská schemata, metoda ALE.
Cíle:Znalosti:
Znalosti numerického řešení diferenciálních rovnic.

Schopnosti:
Schopnosti navrhovat a analyzovat numerické metody řešení diferenciálních rovnic.
Požadavky:
Rozsah práce:Praktický test na počítači, miniprojekt (program a dokument), zkouška.
Kličová slova:Obyčejné diferenciální rovnice, Runge-Kuttovy metody, parciální diferenciální rovnice, diferenční schemata, zákony zachování.
Literatura:Povinná literatura:
[1] J.C. Strikwerda: Finite Difference Schemes and Partial Differential Equations, Chapman and Hall, New York, 1989.

Doporučená literatura:
[2] R.J. LeVeque: Numerical Methods for Conservation Laws,Birkhauser Verlag, Basel, 1990.

Studijní pomůcky:
Počítačová učebna Linux s integrovanými matematickými systémy Matlab a Maple. Studijní materiály na http://www-troja.fjfi.cvut.cz/~liska/drp

Pokročilé numerické metody01PNM Beneš - - 2+0 kz - 2
Předmět:Pokročilé numerické metody01PNMprof. Dr. Ing. Beneš Michal-2+0 KZ-2
Anotace:Obsahem předmětu je výklad pokročilých numerických metod pro řešení okrajových a smíšených úloh pro obyčejné a parciální diferenciální rovnice. Jedná se o metodu střelby, pokročilé partie metody sítí a o metodu konečných objemů pro nelineární eliptické, parabolické a hyperbolické parciální diferenciální rovnice.
Osnova:I. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic - okrajové úlohy
1. Metoda střelby
2 Metoda sítí a nelineární úlohy
II. Numerické řešení parciálních diferenciálních rovnic eliptického typu
1. Metoda sítí pro nelineární rovnice druhého řádu
2. Konvergence a odhad chyb
3. Metoda konečných objemů
III. Numerické řešení parciálních diferenciálních rovnic parabolického typu
1. Metoda sítí pro nelineární evoluční úlohy
2. Metoda přímek
3. Metoda konečných objemů
IV. Numerické řešení hyperbolických zákonů zachování
1. Formulace a vlastnosti hyperbolických zákonů zachování
2. Nejjednodušší diferenční metody
3. Metoda konečných objemů
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Numerické metody pro řešení nelineárních okrajových úloh, metoda sítí pro obyčejné a parciální diferenciální rovnice, metoda konečných objemů.

Schopnosti:
Použití uvedených numerických metod na konkrétní příklady z fyzikální a inženýrské praxe včetně implementace na výpočetní technice a stanovení chyby aproximace.
Požadavky:Základní kurzy matematické analýzy, lineární algebry a numerické matematiky (dle přednášek na FJFI ČVUT v Praze 01MA1, 01MAB2-4, 01LA1, 01LAB2, 12NME1).
Rozsah práce:Individuální práce studentů zahrnuje implementaci a vyzkoušení vlastního programu pro řešení vybrané okrajové úlohy. Výsledek je ověřen u zkoušky prezentací funkčnosti programu.
Kličová slova:Okrajové a smíšené úlohy pro diferenciální rovnice, metoda střelby, metoda konečných diferencí, diferenční schéma, metoda energetických nerovností pro vyšetřování vlastností numerických schémat, explicitní a implicitní metody, zákony zachování, metoda konečných objemů.
Literatura:Povinná literatura:
[1] A.A. Samarskij, Teoria raznostnych schem, Moskva, Nauka 1983
[2] A.A. Samarskij a J.S. Nikolajev, Numerické řešení velkých řídkých soustav, Praha, Academia 1985
[3] R.J. LeVeque, Finite Difference Methods for Ordinary and Partial Differential Equations, Steady State and Time Dependent Problems, SIAM, 2007
[4] R.J. LeVeque, Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems, Cambridge University Press, 2002

Doporučená literatura:
[5] E. Godlewski a P.-A. Raviart, Numerical approximation of hyperbolic systems of conversation laws, New York, Springer 1996
[6] E.Vitásek, Numerické metody, SNTL, Praha 1987

Studijní pomůcky:
Počítačová učebna Windows/Linux s programovacími jazyky C, Pascal, Fortran.

Elektrodynamika 112ELDY1 Čtyroký 2+0 z,zk - - 3 -
Předmět:Elektrodynamika 112ELDY1prof. Ing. Čtyroký Jiří DrSc.2+0 Z,ZK-3-
Anotace:Základy aplikované teorie elektromagnetického pole. Vlnová rovnice, potenciály. Rovinné, válcové a kulové vlny. Vyzařování obecně rozložených zdrojů. Dipóly a multipóly.
Osnova:1. Maxwellovy rovnice pro elektromagnetické pole v homogenním prostředí.
2. Energie elektromagnetického pole v nedisperzním a disperzním prostředí, energetická bilance.
3. Vektorový a skalární potenciál, Hertzovy vektory.
4. Elektrostatické pole. Rozklad na multipóly.
5. Vlnová rovnice, její řešení, zpožděné potenciály.
6. Rovinné, válcové a kulové vlny v homogenním prostředí.
7. Rozvoj válcových a kulových vln v rovinné vlny
8. Elektromagnetické pole obecného rozložení zdrojů
9. Vyzařování elektrického a magnetického dipólu, elektrický kvadrupól
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Prohloubit základy teorie elektromagnetického pole z hlediska jejích aplikací na generování a šíření optického záření v homogenním prostředí.

Schopnosti:
Umět teorii pole využít, zejména pro další studium.
Požadavky:Základní kurs fyziky
Rozsah práce:
Kličová slova:Maxwellovy rovnice, vlnová rovnice, skalární a vektorový potenciál, dipól, multipóly, rovinná vlna, válcové vlny, kulové vlny.
Literatura:Povinná literatura:
[1] Poznámky z přednášek, podklady na www.ufe.cz/~ctyroky/fjfi/eldyn1

Doporučená literatura:
[2] Stratton, R.A., Teorie elektromagnetického pole. 1961, Praha: SNTL.
[3] Landau, L.D., Lifšic, J. M., L. P. Pitajevskij: Electrodynamics of continuous media, Second edition, 1984, Elsevier, Amsterdam
[4] Bo Thidé: Electromagnetic field theory. http://www.plasma.uu.se/CED/Book/index.html

Základy umělé inteligence12ZUMI Kléma, Štěpánková - - 2+2 z,zk - 5
Předmět:Základy umělé inteligence12ZUMIdoc. Ing. Kléma Jiří Ph.D. / prof. RNDr. Štěpánková Olga CSc. / prof.RNDr. Štěpánková Olga CSc.-2+2 Z,ZK-5
Anotace:Cílem předmětu je seznámit studenty se základy symbolické umělé inteligence. V předmětu budou vysvětleny algoritmy informovaného a neinformovaného prohledávání stavového prostoru, netradiční metody řešení problémů, reprezentace znalostí pomocí formální logiky, metody automatického uvažování a úvod do markovského rozhodování.
Osnova:1. Úvod do umělé inteligence.
2. Řešení problémů pomocí prohledávání.
3. Neinformované prohledávání.
4. Informované prohledávání - algoritmus A*.
5. Netradiční metody prohledávání.
6. Reprezentace znalostí a uvažování pomocí pravidlových systémů.
7. Úvod do řešení dvouhráčových her.
8. Logika a reprezentace znalostí.
9. Reprezentace znalostí ve FOL, dokazovací nástroje.
10. Úvod do reprezentace nepřesné znalosti, Markovské modely nepřesného uvažování.
11. Markovské rozhodovací procesy.
12. Modální logika a její použití.
13. Temporální logika a její použití.
14. Rezerva.
Osnova cvičení:1. Neinformované prohledávání stavového prostoru.
2. Informované prohledávání.
3. Algoritmus A*.
4. Řešení úloh s omezeními.
5. Hry dvou hráčů.
6. Hry dvou hráčů.
7. Genetické algoritmy a neurální sítě.
8. Opakování matematické logiky, rezoluční princip.
9. Nástroje automatického dokazování.
10. Markovské modely.
11. Markov Decision Process toolbox.
12. Modální logika -- příklady.
13. Temporální logika -- příklady.
14. Rezerva, zápočty.
Cíle:Znalosti:
Základní metody umělé inteligence.

Schopnosti:
Použít metody umělé inteligence pro řešení problémů včetně implementace.
Požadavky:
Rozsah práce:K získání zápočtu je potřeba získat aspoň celkem 25 bodů (z maximálně možných 50 bodů) z domácích úkolů. K úspěšnému absolvování zkoušky je potřeba získat ze zkouškové písemky a případného slovního dozkoušení aspoň 25 bodů (z maximálně možných 50 bodů). Součet bodů za zkoušku a cvičení určí výslednou známku dle standardní škály (50-59b. = E, ?, 90-100b. = A).
Kličová slova:Umělá inteligence, prohledávání, rezoluce.
Literatura:Povinná literatura:
[1] S. Russell and P. Norvig: Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall, Second Edition, 2003

Doporučená literatura:
[2] V. Mařík, O. Štěpánková, J. Lažanský: Umělá inteligence 1, Academia, 2000.
[3] R. Brachman, H. Levesque: Knowledge Representation and Reasoning, Morgan Kaufmann, 2004.

Zpracování a rozpoznávání obrazu 101ROZ1 Flusser, Zitová - - 2+2 zk - 4
Předmět:Zpracování a rozpoznávání obrazu 101ROZ1prof. Ing. Flusser Jan DrSc. / RNDr. Zitová Barbara Ph.D.-2+2 ZK-4
Anotace:Úvodní přednáška z digitálního zpracování obrazu a rozpoznávání. Hlavní pozornost je věnována digitalizaci obrazu, předzpracování (potlačení šumu, zvýšení kontrastu, odstranění rozmazání, Wienerův filtr, slepé dekonvoluce), detekci hran, morfologii a geometrickým transformacím. Výklad teorie bude doprovázen ukázkami experimentů a praktických aplikací.
Osnova:1. Digitalizace obrazu, vzorkování a kvantování spojitých funkcí, Shannonův teorém, aliasing
2. Základní operace s obrazy, histogram, změny kontrastu, odstranění šumu, zaostření obrazu
3. Lineární filtrace v prostorové a frekvenční oblasti, konvoluce, Fourierova transformace
4. Detekce hran
5. Degradace obrazu a její modelování, inverzní a Wienerův filtr, odstranění základních typů degradací (rozmazání pohybem a defokusací)
6. Segmentace obrazu
7. Matematická morfologie
8. Registrace (matching) obrazů
Osnova cvičení:1. Zobrazení snímku a základy Matlab
2. Fourierova transformace
3. Šum a jeho odstranění
4. Detektory hran a ekvalizace histogramu
5. Registrace obrazu
6. Morfologie
Cíle:Znalosti:
Naučit studenty základům zpracování obrazu.

Schopnosti:
Orientovat se v přednášené problematice a umět ji použít v dalších disciplinách.
Požadavky:Základy lineární algebry a matematické analýzy.
Rozsah práce:
Kličová slova:Analýza obrazu, detekce hran, odstraňování šumu, předzpracování a registrace obrazu, morfologie.
Literatura:Povinná literatura:
[1] Gonzales R. C., Woods R. E., Digital Image Processing (3rd ed.), Addison-Wesley, 2008

Doporučená literatura:
[2] Pratt W. K.: Digital Image Processing (3rd ed.), John Wiley, New York, 2001

Studijní pomůcky:
Přednášející poskytuje kompletní materiály k přednáškám i cvičením na svých webových stránkách http://zoi.utia.cas.cz/ROZ1

Výzkumný úkol 1, 212VUIF12 Liska 0+6 z 0+8 kz 6 8
Předmět:Výzkumný úkol 112VUIF1prof. Ing. Liska Richard CSc.----
Anotace:Předmět se tyká problematiky, zadané vedoucím práce a odsouhlasené katedrou. Daný předmět je de facto pokračováním zadaného tématu (zde pokračováním rešeršní práce), kdy student na základě specifikace vedoucího práce řeší vybrané téma, nyní již zúžené (původně obecně pojednané v rešeršní práci). Předpokládá se samostatná činnost a hlubší přístup k zadanému tématu, hlubší práce s vybranou literaturou, i když se nepředpokládá vlastní řešení úlohy. Garantem zadaného tématu je vedoucí práce, který zadává literaturu, kontroluje průběh a operativně řeší problémy práce. Práce je v závěru obhajována na společném prezentačním semináři. Kontaktní hodiny jsou řešeny dle aktuální potřeby práce. Předmět proto není rozvrhován.
Osnova:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova cvičení:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Cíle:Znalosti:
Individuální tématika podle zadání práce.

Schopnosti:
Samostatná práce na zadaném úkolu, orientace v dané problematice, sestavení vlastního odborného textu.
Požadavky:
Rozsah práce:Předmět je dán samostatnou činností studenta na zadaném tématu. Práce jsou průběžně kontrolovány školitelem a příslušnou katedrou.
Kličová slova:
Literatura:Literatura a další pomůcky jsou dány zadáním práce.

Předmět:Výzkumný úkol 212VUIF2prof. Ing. Liska Richard CSc.----
Anotace:Předmět se tyká problematiky, zadané vedoucím práce a odsouhlasené katedrou. Daný předmět je de facto pokračováním zadaného tématu (zde pokračováním rešeršní práce), kdy student na základě specifikace vedoucího práce řeší vybrané téma, nyní již zúžené (původně obecně pojednané v rešeršní práci). Předpokládá se samostatná činnost a hlubší přístup k zadanému tématu, hlubší práce s vybranou literaturou, i když se nepředpokládá vlastní řešení úlohy. Garantem zadaného tématu je vedoucí práce, který zadává literaturu, kontroluje průběh a operativně řeší problémy práce. Práce je v závěru obhajována na společném prezentačním semináři. Kontaktní hodiny jsou řešeny dle aktuální potřeby práce. Předmět proto není rozvrhován.
Osnova:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova cvičení:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Cíle:Znalosti:
Individuální tématika podle zadání práce.

Schopnosti:
Samostatná práce na zadaném úkolu, orientace v dané problematice, sestavení vlastního odborného textu.
Požadavky:
Rozsah práce:Předmět je dán samostatnou činností studenta na zadaném tématu. Práce jsou průběžně kontrolovány školitelem a příslušnou katedrou.
Kličová slova:
Literatura:Literatura a další pomůcky jsou dány zadáním práce.

Volitelné předměty

Elektrodynamika 212ELDY2 Čtyroký - - 4+0 z,zk - 5
Předmět:Elektrodynamika 212ELDY2prof. Ing. Čtyroký Jiří DrSc.-4+0 Z,ZK-5
Anotace:Základy elektromagnetické teorie šíření mikrovlnného a optického záření v kovových a dielektrických vlnovodech. Lorentzův-Lorenzův vztah vzájemnosti. Ortogonalita vidů, rozptylová matice a její vlastnosti. Dutinové a otevřené laserové rezonátory, gaussovské svazky. Komplexní frekvence a činitel jakosti rezonátorů. Disperze vlnovodů, její kompenzace v optických vláknech. Kerrovská nelinearita, solitonové šíření v optických vláknech. Periodické struktury, Blochovy vidy, vznik fotonického zakázaného pásu. Povrchový plazmon.
Osnova:1. Základní věty z vektorové analýzy. Maxwellovy rovnice. Vektorový a skalární potenciál, Hertzovy vektory v prostředí beze zdrojů. Okrajové podmínky na rozhraní prostředí.
2. Kovové vlnovody. Vlny vedené mezi dvěma rovnoběžnými vodivými deskami. Válcové vlnovody obecného průřezu. Vidy TE a TM. Ortogonalita vidů, mezní frekvence. Obdélníkový a kruhový vlnovod. Dvouvodičové vedení, vidy TEM . Koaxiální vedení. Vlnovod jako vedení. Základy teorie mikrovlnných obvodů, rozptylová matice.
3. Dutinové rezonátory, vlastní vidy a frekvence, činitel jakosti.
4. Parabolická rovnice, gaussovský svazek, svazky vyšších řádů. ABCD matice. Průchod optickými elementy. Otevřené rezonátory, diagram stability, vidy rezonátoru. Vlastní frekvence, činitel jakosti. Nestabilní rezonátory.
5. Planární dielektrický vlnovod, vlnová teorie,TE a TM módy a jejich vlastnosti. Paprsková teorie mnohovidových vlnovodů, fázový prostor. Akceptance, počet vidů, vedené a vytékající vidy.
6. Základy vlnové teorie optických vláken, vlnová rovnice a její řešení. Klasifikace vidů, konstanty šíření.
7. Disperze mnohovidových a jednovidových vlnovodů, přenosová šířka pásma. Řízení disperze, tvarování impulsů. Vliv kerrovské nelinearity, nelineární Schrödingerova rovnice, vznik solitonu.
8. Šíření vln v periodickém prostředí, Floquetovy-Blochovy vidy. Vznik zakázaného pásu fotonových energií.
9. Povrchový plazmon na rozhraní kov-dielektrikum jako vedená vlna.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Zvládnout teoretické základy šíření elektromagnetických vln ve vlnovodných strukturách.

Schopnosti:
Umět poznatky aplikovat v jiných disciplínách, využívající elektrodynamiku (fyzikální optika, nelineární optika, integrovaná optika, optické komunikace)
Požadavky:Doporučuje se Fyzikální optika 1, Elektrodynamika 1
Rozsah práce:
Kličová slova:vlnovod, vid vlnovodu, konstanta šíření, vid rezonátoru,vlastní frekvence, činitel jakosti, disperze vlnovodu, soliton, Blochův vid, povrchový plazmon
Literatura:Povinná literatura:
[1] Poznámky z přednášek, podklady na www.ufe.cz/~ctyroky/fjfi/eldyn2
[2] Lončar, G., Elektrodynamika I, II. skriptum. 1990, Praha: Ediční středisko ČVUT.

Volitelná literatura:
[1] Stratton, R.A., Teorie elektromagnetického pole. 1961, Praha: SNTL.
[2] Collin, R.E., Field theory of guided waves. second ed. 1991, New York: IEEE Press.
[3] Saleh, B.E.A. and M.C. Teich, Fundamentals of photonics. 1991, New York: J.Wiley.
[4] Kogelnik, H. and T. Li, Laser beams and resonators. Applied Optics, 1966. vol. 5, p. 1550-1567.
[5] Unger, H.-G., Planar optical waveguides and fibres. 1977, Oxford: Clarendon Press.
[6] Cancellieri, G., Single-mode optical fibres. 1991, Oxford: Pergamon Press.
[7] Agrawal, G.P, Nonlinear fiber optics, 3rd edition, 2001, Academic Press.
[8] J.D.Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic crystals: molding the flow of light. 1995, Princeton
[9] S.G.Johnson, J.D.Joannopoulos, Photonic crystals: the road from theory to practice. 2003, Kluwer
[10] H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings, 1988, Springer.

Variační metody01VAM Beneš 2 zk - - 3 -
Předmět:Variační metody01VAMprof. Dr. Ing. Beneš Michal2 ZK-3-
Anotace:Předmět obsahuje metody klasického variačního počtu - vyšetřování extrémů funkcionálů pomocí Eulerových rovnic, vlastností druhé derivace (variace), konvexnosti nebo monotonie. Dále je věnován vyšetřování kvadratického funkcionálu, zobecněného řešení, Sobolevových prostorů a řešení variační úlohy pro eliptické parciální diferenciální rovnice.
Osnova:1. Extrém funkcionálu, Eulerovy rovnice.
2. Podmínky existence extrému.
3. Věta o minimu kvadratického funkcionálu a její důsledky.
4. Metody konstrukce minimalizujících posloupností (Galerkinova, nejmenších čtverců).
5. Otázky volby báze.
6. Sobolevovy prostory.
7. Stopy funkcí. Slabá formulace okrajových úloh.
8. V-eliptičnost. Laxova-Milgramova věta.
9. Slabá řešení Dirichletova a Neumannova problému pro eliptické rovnice.
Osnova cvičení:Cvičení je součástí výkladu a obsahuje řešení konkrétních úloh variačního počtu - např. úlohy o nejkratší spojnici, o minimální ploše, průhybu tyče, Cahnovy-Hilliardovy teorie fázových přechodů a pod.
Cíle:Znalosti:
Klasický variační počet - nutné a postačující podmínky existence extrému funkcionálu, Eulerovy rovnice, extrém kvadratického funkcionálu, zobecněné řešení operátorové rovnice, Sobolevovy prostory a slabé řešení okrajové úlohy pro eliptickou parciální diferenciální rovnici.

Schopnosti:
Nalezení a vyšetření extrému funkcionálu, řešení základních úloh variačního počtu, formulace variační úlohy a určení jejích vlastností.
Požadavky:Základní kurzy matematické analýzy, lineární algebry a numerické matematiky, funkcionální analýza (dle přednášek na FJFI ČVUT v Praze 01MA1, 01MAA2-4, 01LA1, 01LAA, 01NM, 01FA12).
Rozsah práce:
Kličová slova:Variační počet, Gâteauxova derivace, Fréchetova derivace, extrémy funkcionálů, konvexnost, monotonie, kvadratický funktcionál, Sobolevovy prostory, slabé řešení, Laxova-Milgramova věta.
Literatura:Povinná literatura:
[1] S. V. Fomin, R. A. Silverman, Calculus of variations, Courier Dover Publications, Dover 2000.
[2] K. Rektorys, Variační metody v inženýrských problémech a v problémech matematické fyziky, Academia, Praha 1999.

Doporučená literatura:
[3] M. A. Lavrentěv a L.A. Ljusternik, Kurs variačního počtu, Přírodovědecké nakladatelství, Praha 1952.
[4] I. M. Gelfand a S.V. Fomin, Variacionnoje isčislenije, GosIzdat, Moskva 1961.
[5] L. E. Elsgolc, Variační počet, SNTL, Praha 1965.
[6] B. Dacorogna, Introduction to the Calculus of Variations, Imperial College Press, London 2004.
[7] B. Van Brunt, The calculus of variations, Birkhäuser, Basel 2004.
[8] E. Giusti, Direct methods in the calculus of variations, World Scientific, Singapore 2003.

Metoda konečných prvků01MKP Beneš - - 2 zk - 3
Předmět:Metoda konečných prvků01MKPprof. Dr. Ing. Beneš Michal-2 ZK-3
Anotace:Obsahem předmětu je výklad metody konečných prvků pro řešení okrajových a smíšených úloh pro parciální diferenciální rovnice. Jsou uvedeny matematické vlastnosti metody a odvozeny odhady chyby při aproximaci touto metodou.
Osnova:1. Slabé řešení okrajové úlohy pro eliptickou parciální diferenciální rovnici.
2. Galerkinova metoda
3. Základní princip a výhody metody konečných prvků
4. Definice a běžné typy konečných prvků
5. Vystředovaný Taylorův polynom
6. Lokální a globální interpolant
7. Bramble-Hilbertovo lemma
8. Globální věta o interpolační chybě
9. Matematické vlastnosti metody konečných prvků a podrobnosti použití
10. Ukázky moderních programových balíků používajících metody konečných prvků
Osnova cvičení:Cvičení je propojeno s výkladem a obsahuje příklady formulace úloh řešených metodou konečných prvků, příklady funkčních bází, příklady k výkladu interpolační teorie a ukázky moderních programových balíků používajících metodu konečných prvků.
Cíle:Znalosti:
Slabá formulace okrajových a smíšených úloh pro parciální diferenciální rovnice, Galerkinova metoda, princip metody konečných prvků, odhad chyby, běžné způsoby použití metody.

Schopnosti:
Formulace zadaného problému z praxe do podoby zpracovatelné pomocí metody konečných prvků, implementace metody, její aplikace, interpretace výsledků a stanovení chyby aproximace.
Požadavky:Základní kurzy matematické analýzy, lineární algebry a numerické matematiky, variační metody (dle přednášek na FJFI ČVUT v Praze 01MA1, 01MAA2-4, 01LA1, 01LAA, NM, nebo 01MA1, 01MAB2-4, 01LA1, 01LAB2, NMET, VAME).
Rozsah práce:Individuální činnost studentů je věnována osvojení a vyzkoušení práce s programovým balíkem pro metodu konečných prvků. Tyto schopnosti jsou ověřeny u zkoušky úkolem implementovat zadanou úlohu z praxe.
Kličová slova:Okrajové úlohy pro parciální diferenciální rovnice, metoda konečných prvků, Galerkinova metoda, Bramble-Hilbertovo lemma, chyba interpolace.
Literatura:Povinná literatura:
[1] S. C. Brenner a L. Ridgway Scott, The mathematical theory of finite element methods, New York, Springer 1994

Doporučená literatura:
[2] K. Rektorys, Variační metody v inženýrských problémech a v problémech matematické fyziky, Praha, Academia 1999

Studijní pomůcky:
Počítačová učebna s operačním systémem Windows/Linux a programovým balíkem FEM

Fyzika pevných látek11FYPL Jelínek, Zajac 4+0 z,zk - - 4 -
Předmět:Fyzika pevných látek11FYPLIng. Jelínek Pavel PhD. / doc. Ing. Zajac Štefan CSc.4+0 Z,ZK-4-
Anotace:Výklad mikroskopické podstaty fyzikálních vlastností pevných látek. Předmět je určen především posluchačům zaměření fyzikální elektronika.
Osnova:1. Základy kvantové teorie pevných látek.
2. Vazební síly a kmity atomů v pevných látkách.
3. Struktura a vlastnosti krystalů.
4. Mřížkové poruchy.
5. Difúze v pevných látkách.
6. Fyzika kovů a slitin.
7. Fyzika dielektrik.
8. Fyzika polovodičů.
9. Magnetické vlastnosti pevných látek.
10. Rentgenová, neutronová a elektronová difrakce.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Základy fyziky pevných látek.

Schopnosti:
Mikroskopické vysvětlení strukturních, mechanických, tepelných, elektrických, magnetických a optických vlastností pevných látek.
Požadavky:Základy kvantové mechaniky a statistické fyziky.
Rozsah práce:
Kličová slova:Kovy, dielektrika, polovodiče, vlastnosti pevných látek.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. Kraus I., Frank H., Kratochvílová I.: Úvod do fyziky pevných látek. Vydavatelství ČVUT, Praha 2001.

Doporučená literatura:
[2]. Kittel C. : Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

Fyzika vysokých hustot energie12FVHE Drška 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Fyzika vysokých hustot energie12FVHEprof. Ing. Drška Ladislav CSc.2+0 ZK-2-
Anotace:Definice a charakterisiky systémů s vysokou hustotou energie (SVHE). SVHE jako komplexní systém. SVHE v laboratoři a přírodě. Technické prostředky realizace a studia SVHE. Laserová a svazková zařízení, současný stav a perspektivy.Seminář: Systémy HiPER a ELI. Fyzika interakce laserových a iontových svazků s látkou. Teplá a horká hustá látka, rychlé částice, relativistické systémy, radiační fyzika. Jaderné procesy v SVHE, nukleoreaktivní systémy.SVHE v astrofyzice, jaderná a relativistická astrofyzika. Fyzika extrémních systémů a fundamentální problémy fyziky. Seminář: Hraniční fyiika na systému ELI. Potenciální aplikace SVHE, laserové urychlovače, laboratorní astrofyzika a inerciální fúze.
Osnova:Úvod do fyziky vysokých hustot energie / fyziky extrémních systémů s akcentem na možnosti vysokoenergetických / vysokointenzitních laserových systémů. * Definice a charakterisiky systémů s vysokou hustotou energie (SVHE). SVHE jako komplexní systém. SVHE v laboratoři a přírodě. Technické prostředky realizace a studia SVHE. Laserová a svazková zařízení, současný stav a perspektivy.Seminář: Systémy HiPER a ELI. Fyzika interakce laserových a iontových svazků s látkou. Teplá a horká hustá látka, rychlé částice, relativistické systémy, radiační fyzika. Jaderné procesy v SVHE, nukleoreaktivní systémy.SVHE v astrofyzice, jaderná a relativistická astrofyzika. Fyzika extrémních systémů a fundamentální problémy fyziky. Seminář: Hraniční fyzika na systému ELI. Potenciální aplikace SVHE, laserové urychlovače, laboratorní astrofyzika a inerciální fúze. * Závěrečný studentský projekt.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Fyzika vysokých hustot energie s akcentem na možnosti vysokoenergetických laserových systémů.

Schopnosti:
Student získá přehled o systémech s vysokou hustotou energie (SVHE) a jejich aplikacích včetně technické realizace.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:fyzika vysokých hustot energie, vysokoenergetické laserové systémy, jaderná a relativistická astrofyzika
Literatura:Povinná literatura:
[1] R.P. Drake: High-Energy-Density Physics. Springer 2006. ISBN 3-540-29314-0. Kap. 1, 3, 6, 10.
[2] S. Atzeni, J. Meyer-ter-Vehn: The Physics of Inertial Fusion. Clarendon Press 2004. ISBN 0-19-856264-0. Kap. 11,10, 1.
[3] P. Mulser, D. Bauer: High-Power Laser-Matter Interaction. Springer 2010. ISBN 978-3-540-50669-0. Kap. 2, 3, 4, 7.

Doporučený literatura:
[1] R. N. Boyd: An Introduction to Nuclear Astrophysics. University of Chicago Press 2008. ISBN 978-0-226-06971-5. Kap. 4, 5, 6.
[2] K.W.D. Ledingham, W.Galster: Laser-Driven Particle and Photon Beams and Some Applications. New Journal of Physics 12 (2010) 045006.
[3] T. Tajima (Editor) : Report on the ELI Science. Paris 2009.
http://www.extreme-light-infrastructure.eu/reports.php

Objektově orientované programování18OOP Virius 0+2 z - - 2 -
Předmět:Objektově orientované programování18OOPdoc. Ing. Virius Miroslav CSc.0+2 Z-2-
Anotace:Náplň předmětu tvoří referáty studentů na zadaná témata zabývající se technologiemi používanými při vývoji programů.
Osnova:
Osnova cvičení:1. Objektové knihovny pro tvorbu aplikací pro Windows
2. Základy standardu COM
3. Základy standardu CORBA
4. Objektové modelování v jazyce UML
5. Návrhové vzory
6. Refaktoring
7. RMI
8. Webové služby
Cíle:Znalosti:
Základy vybraných programovacích technologií založených na objektově orientovaném programování.

Schopnosti:
Aplikace probraných technologií při vývoji softwaru.
Požadavky:Znalost programovacího jazyka C++.
Rozsah práce:Individuální práce studenta představuje buď prezentaci na zadané téma, přednesenou před ostatními studenty, nebo program využívající některou z probíraných technologií pro tvorbu distribuovaných aplikací. Ověření je založeno na předvedení programu nebo prezentace.
Kličová slova:COM, CORBA, webová služba, UML, RMI, návrhový vzor, refaktoring.
Literatura:Povinná literatura:
[1] E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides: Design Patterns. Addison-Wesley 1994. ISBN 0-201-63361-2.
[2] Martin Fowler: Refaktoring. Grada 2004. ISBN 80-247-0299-1.

Doporučená literatura:
[3] J. Schmuller: Myslíme v jazyku UML. Praha, Grada 2001. ISBN 80-247-0029-8.
[4] A. Rofail, Y. Shohoud: Mastering COM and COM+. Sybex 2000. ISBN 0-7821-2348-8.

Počítačové simulace ve fyzice mnoha částic 1, 212SFMC12 Kotrla, Předota 3+1 z,zk 2+0 zk 2 2
Předmět:Počítačové simulace ve fyzice mnoha částic 112SFMC1prof. Ing. Liska Richard CSc.3+1 Z,ZK-4-
Anotace:Typy a možnosti počítačových simulací, klasické spojité a mřížkové modelové systémy, základy metody Monte Carlo a molekulární dynamiky, Isingovův model, model kapaliny tuhých koulí a Lennardovy-Jonesovy kapaliny, realizace simulací a měření, simulace v různých termodynamických souborech.
Osnova:1. Úvod: možnosti a principy počítačových simulací, potřebné statisticko-mechanické vztahy a pojmy.
2. Typy simulací, charakteristika metod molekulární dynamiky (MD) a Monte Carlo (MC).
3. Základy metody MC, integrace pomocí MC, matematická formulace problému, Markovovy řetězce, naivní a preferenční vzorkování, určení matice přechodu.
4. Metropolisova metoda, generování náhodných čísel, okrajové podmínky.
5. MC simulace mřížových modelů, určení prahu perkolace, náhodné procházky.
6. Hoshenův-Kopelmanův algoritmus pro výpočet rozdělení klastrů, Isingův model - Metropolisův vs. klastrový Wolfův algoritmus.
7. MC simulace jednoduchých modelů kapalin, kapalina tuhých koulí, pravoúhlého potenciálu.
8. Lennardova-Jonesova kapalina, technické detaily: zlomek přijetí, optimalizace a odhady chyb.
9. Základy metody MD, pohybové rovnice, Verletův a Gearovy integrátory, volba integrátoru a integračního kroku, teplota v MD, aplikace: částice v homogenním a radiálním gravitačním poli, homogenní Lennardova-Jonesova kapalina.
10. Realizace simulací a měření, okrajové podmínky pro spojité systémy, krátkodosahové vs. dalekodosahové interakce, dosah potenciálu vs. velikost systému.
11. Příprava počáteční konfigurace, výpočet radiální distribuční funkce a strukturního faktoru, výpočet tlaku v systémech se spojitými i nespojitými potenciály.
12. Simulace v různých souborech - MC: NPT soubor, neboltzmannovské vzorkování konfiguračního prostoru, parallel tempering.
13. MD: simulace při konstantní teplotě přeškálováním rychlostí, frikční termostat, Maxwellův-Boltzmannův termostat, Noséův termostat, simulace při konstantním tlaku.
Osnova cvičení:1. Integrace pomocí metody Monte Carlo (MC).
2. Určení bodu uzlové perkolace.
3. Metropolisova metoda.
4. MC simulace jednoduchých modelů kapalin.
5. Lennardova-Jonesova kapalina.
6. Pohybové rovnice molekulární dynamiky (MD), Verletův a Gearovy integrátory.
7. Simulace v různých souborech.
Cíle:Znalosti:
Simulační metody ve fyzice mnoha částic.

Schopnosti:
Použít částicové simulace při modelováni fyzikálních systémů.
Požadavky:
Rozsah práce:Úloha, zkouška.
Kličová slova:Metoda Monte Carlo, molekulární dynamika.
Literatura:Povinná literatura:
[1] I. Nezbeda, J. Kolafa, M. Kotrla, Úvod do počítačových simulací: Metody Monte Carlo a molekuární dynamiky, Karolinum, Praha, 2003.
[2] Landau D., Binder K.: A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics, Cambridge University Press, Cambridge 2002.
[3] Frenkel D., Smit B., Understanding molecular simulation, Academic Press, San Diego 2002.

Doporučená literatura:
[4] M.E.J. Newman, G.T. Barkema, Monte Carlo Methods in Statistical Physics, Oxford University Press, 2002.

Předmět:Počítačové simulace ve fyzice mnoha částic 212SFMC2prof. Ing. Liska Richard CSc.-2+0 ZK-2
Anotace:Pokročilé metody Monte Carlo a molekulární dynamiky a jejich aplikace na různé problémy: kritické jevy, složité molekulární systémy, tuhé molekuly, dlouhodosahové síly, nerovnovážné jevy, transportní koeficienty, procesy růstu, kinetické MC, optimalizační úlohy, kvantové MC, simulace z prvních principů, Carova-Parrinelliho metoda.
Osnova:1. Fázové přechody a kritické jevy: Metoda vkládání částice, Gibbsův soubor, výpočet fázové rovnováhy, určení kritické teploty pomocí škálování s velikostí systému, kritické zpomalování, klastrové algoritmy pro spinové modely.
2. Speciální algoritmy a techniky: Generování náhodných čísel, multispinové kódování pro Isingův model a celulární automaty.
3. Simulace realistických systémů: Dlouhodosahové síly, Ewaldova sumace, simulace molekulárních systémů, metody pro zachování délek vazeb či velikostí úhlů.
4. Nerovnovážné systémy blízko rovnováhy: Kinetické koeficienty, časové korelační funkce, Einsteinův vztah, nerovnovážná MD, simulace self-difúze částic v mřížovém plynu, rovnovážné a nerovnovážné metody výpočtu viskozity a dielektrické konstanty, model adsorpce a desorpce, kinetické MC - od růstu reálných materiálů po ekonofyziku: volba kinetiky, čas v kinetickém MC, "n-fold way" algoritmus.
5. Simulace procesů růstu: SOS modely, jednoduché růstové modely (Edenův, Edwars-Wilkinsonův), kinetické zhrubnuti, laplaceovský růst (model DLA - růst sněhové vločky), simulace růstu reálných krystalů.
6. Optimalizační úlohy: Problém obchodního cestujícího - simulované žíhání, výpočet energetických bariér pro difúzi pomocí molekulární statiky - určování minimální energetické dráhy v systému N částic, metoda "elastic nudged band".
7. Kvantové simulace: Soubor interagujících elektronů a iontů, od N-atomového spojitého modelu k jednoduchým mřížkovým modelům (Hubbardův model), kvantové spinové modely, variační kvantové MC, kanonické kvantové MC, izomorfismus kvantových a klasických systémů, znaménkový problém, numerické simulace z prvních principů, metoda funkcionálu hustoty, Carova-Parrinelliho metoda.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Pokročilé metody fyziky mnoha částic.

Schopnosti:
Použít pokročilé částicové simulace při modelování fyzikálních problémů.
Požadavky:
Rozsah práce:Úloha, zkouška.
Kličová slova:Metoda Monte Carlo, molekulární dynamika.
Literatura:Povinná literatura:
[1] I. Nezbeda, J. Kolafa, M. Kotrla, Úvod do počítačových simulací: Metody Monte Carlo a molekuární dynamiky, Karolinum, Praha, 2003.

Doporučená literatura:
[2] D. Landau, K. Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics, Cambridge University Press, 2002.
[3] M.E.J. Newman, G.T. Barkema, Monte Carlo Methods in Statistical Physics, Oxford University Press, 2002.
[4] D. Frenkel, B. Smit, Understanding molecular simulation, Academic Press, San Diego, USA, 2002.
[5] A. L. Barabasi, H. E. Stanley, Fractal Concepts in Surface Growth, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.

Paralelní algoritmy a architektury01PAA Oberhuber - - 3 kz - 4
Předmět:Paralelní algoritmy a architektury01PAAIng. Oberhuber Tomáš Ph.D.-3 KZ-4
Anotace:Předmět se zabývá paralelním zpracováním dat. To je nezbytné v situacích, kdy jedna výpočetní jednotka (CPU) nemá dostatečný výkon pro zpracování úlohy v požadovaném čase. Pro vývoj paralelních algoritmů je, na rozdíl od sekvenčních, nutná velice dobrá znalost dané paralelní architektury. Jejich studium je součástí přednášky.
Osnova:1. Úvod
2. Sekvenční a paralelní architektury
3. Komunikační sítě a komunikační operace
4. Úvod do CUDA, OpenMP a MPI
5. Analýza paralelních algoritmů
6. Algoritmy pro třídění
7. Maticové algoritmy
8. Grafové algoritmy
9. Kombinatorické prohledávání
10. Rychlá Fourierova transformace
11. Numerické algoritmy
12. Monte-Carlo metody
Osnova cvičení:1. Programování v CUDA
2. OpenMP / MPI
3. Algoritmy pro třidení
4. Maticové algoritmy
5. Grafové algoritmy
6. Kombinatorické prohledávání
7. Rychlá Fourierova transformace
8. Numerické algoritmy
9. Monte-Carlo metody
Cíle:Znalosti:
Paralelní architektury, základní typy paralelních architektur, komunikace v paralelních architekturách, programovací standardy OpenMP, MPI nebo CUDA/OpenCL, algoritmy pro třídění, maticové algoritmy, grafové algoritmy, Monte-Carlo metody, kombinatorické prohledávání, analýza paralelních algoritmů.

Schopnosti:
Studenti se naučí zvolit vhodnou paralelní architekturu pro řešenou úlohu, navrhnout vhodný paralelní algoritmus, analyzovat ho a odvodit jeho efektivitu a nakonec tento algoritmus implementovat.
Požadavky:Znalost základů algoritmizace, programování v C/C++.
Rozsah práce:Každý student musí samostatně implementovat některý paralelní algoritmus buď z navržených témat nebo podle vlastního výběru. Kontrola je provedena v rámci zkoušky.
Kličová slova:Paralelní algoritmy, paralelní architektury, architektury se sdílenou pamětí, architektury s distribuovanou pamětí, komunikační sítě, komunikační operace, IntelCC, OpenMP, MPI, GPGPU, třídění, matice, grafy, numerické výpočty, grafové algoritmy, Monte-Carlo metody, kombinatorické prohledávání.
Literatura:Povinná literatura:
[1] Grama A., Karypis G., An Introduction to Parallel Computing: Design and Analysis of Algorithms

Doporučená literatura:
[2] CUDA Programming guide

Studijní pomůcky:
Počítačová učebna

Fyzika inerciální fúze12FIF Klimo, Limpouch 3+1 z,zk - - 4 -
Předmět:Fyzika inerciální fúze12FIFdoc. Ing. Klimo Ondřej Ph.D. / prof. Ing. Limpouch Jiří CSc.3+1 Z,ZK-4-
Anotace:Cílem přednášky je seznámit studenty s fyzikálními procesy, na nichž je založen princip inerciální fúze, s jednotlivými fázemi probíhajícími při zapálení této fúze, s problémy, které úspěšnou realizaci inerciální fúze komplikují a s postupy navrženými pro řešení těchto problémů. Přednáška rovněž představuje nové významné projekty v oblasti inerciální fúze a seznamuje s koncepcí případných budoucích fúzních reaktorů.
Osnova:1. Energetická bilance země, možnosti výroby energie, skleníkový jev,termojaderná fúze,
2. Možnosti iniciace fúze, mionová katalýza versus vysoká teplota, Lawsonovo kritérium
3. Princip inerciální fúze (ICF), energetický zisk, nutnost komprese paliva, přímá a nepřímá ICF, inerciální fúze pro výrobu energie (IFE)
4. Slupkový terč, aspektní poměr, ablační urychlení slupky, rázová vlna, sférická kumulace
5. Hydrodynamické nestability, imprint
6. Interakce laserových svazků s terči, šíření laserových svazků v koróně terčů, absorpce laseru, homogenizace laserových svazků, parametrické nestability, stimulovaný Brillouinův a Ramanův rozptyl
7. Transport energie v terči, elektronová tepelná vodivost, radiační transport
8. Termojaderná jiskra, vlna termojaderného hoření, indukovaná magnetická pole, kinetika částic
9. Schéma rychlého zapálení ICF, interakce subpikosekundových laserových pulsů s terči
10. Výroba terčů pro ICF, speciální vrstvy v terčích, kryogenní terče
11. Interakce intenzivních iontových svazků s terči
12. Koncepce energetických reaktorů pro IFE, výroba tritia, ochrana první stěny
13. Přednosti a problémy jednotlivých driverů pro IFE
14. Fyzika vysokých hustot energie, silně vázané plazma, stavová rovnice při vysokých tlacích, laboratorní astrofyzika
15. Další aplikace-laserové plazma - rentgenové lasery a zdroje, urychlování elektronů a iontů
Osnova cvičení:1. Energetická rovnováha ve stlačeném slupkovém terči
2. Zisk energie z terče
3. Silné a slabé rázové vlny a porovnání s adiabatickou kompresí
4. Rayleigh Taylorova nestabilita
5. Nestability laserového plazmatu
6. Modely ablace a transportu energie
Cíle:Znalosti:
Studenti získají přehled o fyzikálních procesech, na nichž je založen princip inerciální fúze, o jednotlivých fázích probíhajících při zapálení této fúze, o problémech, které úspěšnou realizaci inerciální fúze komplikují a o postupech navržených pro řešení těchto problémů.

Schopnosti:
Porozumění základním procesům probíhajícím při termojaderné fúzi a orientace v nových poznatcích a přístupech k této problematice.
Požadavky:Znalosti na úrovni základního kursu fyziky
02TEF1,2 Teoretická fyzika 1,2
Rozsah práce:
Kličová slova:Inerciální fúze, hydrodynamické nestability, nestability laserového plazmatu, ablace, termojaderná fúze, rázové vlny.
Literatura:Povinná literatura:
[1] S. Atzeni, J. Meyer-ter-Vehn, The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter, Oxford Univ. Press, Oxforf 2004

Doporučená literatura:
[2] S. Eliezer, The Interaction of High/Power Lasers with Plasmas, Institute of Physics Publishing, Bristol 2002
[3] K. Niu, Nuclear Fusion. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 1989.
[4] C. Yamanaka, Introduction to Laser Fusion, Harwood Academic, London 1991
[5] Laser Plasma Interactions 5: Inertial Confinement Fusion, edited by M.B. Hooper. SUSSP Publications, Edinburgh, 1995, pp. 105-137.
[6] W.L. Kruer, The Physics of Laser-Plasma Interactions. Addison-Wesley, New York, 1988.

Základy fyziky laserového plazmatu12ZFLP Klimo, Pšikal 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Základy fyziky laserového plazmatu12ZFLPdoc. Ing. Klimo Ondřej Ph.D.2+0 ZK-2-
Anotace:Přednášky budou shrnovat současný stav poznání v oboru interakce výkonných laserových pulzů s hmotou a související aplikace.
Osnova:1. Vysokovýkonné lasery, od nanosekundových po femtosekundové
2. Interakce s jednotlivými atomy - ionizace látky
3. Interakce laserového pulzu s elektronem
4. Úvod do fyziky laserového plazmatu - základní parametry a pojmy
5. Tři přístupy ve fyzice plazmatu
6. Absorpce a šíření laserového záření v podkriticky a nadkriticky hustém plazmatu
7. Tepelná vodivost, tepelné a rázové vlny
8. Relativistický režim interakce
9. Aplikace interakce laserového záření s hmotou
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Teorie interakce výkonných laserových pulzů s hmotou, zahrnující ionizaci látky, šíření a absorpci laserového pulzu v plazmatu a následný transport energie v terči.

Schopnosti:
Porozumění základním procesům probíhajícím při interakci laserového záření s hmotou a orientace v základních poznatcích a přístupech v této problematice.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:Laserové plazma, absorpce laserového záření, podkriticky a nadkriticky husté plazma.
Literatura:Povinná literatura:
[1] Paul Gibbon, Short pulse laser interactions with matter an introduction, Imperial College Press 2005.

Doporučená literatura:
[2] D. A. Jaroszynski, R. A. Bingham, R. A. Cairns, Laser-Plasma Interactions, Taylor and Francis 2009.
[3] S. Eliezer, The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas ,Institute of Physics Publishing 2002.

Kvantová elektronika12KVEN Richter 3+1 z,zk - - 5 -
Předmět:Kvantová elektronika12KVENdoc. Dr. Ing. Richter Ivan3+1 Z,ZK-5-
Anotace:Přednáška pojednává o základech kvantové elektroniky. Zabývá se nejprve Diracovou symbolikou a popisem kvantových soustav v rámci této symboliky. Dále pracuje s čistými a smíšenými stavy, statistickým operátorem a jeho vlastnostmi, včetně dynamiky pomocí kvantové Liouvillovy rovnice. Zavádí kromě Schrödingerova i Heisenbergův a Diracův formalizmus popisu dynamického vývoje kvantové soustavy. Pozornost věnuje časovému vývoji kvantového systému (pomocí evolučního operátoru) a stacionární i nestacionární poruchové teorii, včetně poloklasické teorie interakce kvantové soustavy s klasickým polem. Přednáška se dále zabývá kvantováním elektromagnetického pole a základy kvantové elektrodynamiky. Pozornost je věnována Fockovým kvantovým stavům světla a zejména stavům koherentním, jejich vlastnostem a specifikům, kvantovému popisu optického záření, zavádí se kvazidistribuční a charakteristické funkce. Součástí přednášky jsou pravidelná cvičení (dle rozpisu) s praktickými příklady.
Osnova:1. Úvod. Kvantová elektronika a optika. Diracova symbolika, základy operátorové algebry.
2. Čisté a smíšené stavy, projektory, statistický operátor.
3. Vlastnosti a příklady statistických operátorů, kvantová Liouvillova rovnice. Redukovaný statistický operátor.
4. Schrödingerův, Heisenbergův a Diracův (interakční) formalizmus popisu dynamického vývoje.
5. Časový vývoj kvantového systému, evoluční operátor.
6. Stacionární a nestacionární poruchová teorie.
7. Nestacionární poruchová teorie pro evoluční a statistický operátor, příklady poruch: konstantní, harmonická.
8. Poloklasická teorie interakce kvantové soustavy s klasickým polem, Bohrova frekvence přechodu.
9. Kvantování elektromagnetického pole, lineární harmonický oscilátor - kvantování, operátory polí.
10. Základy kvantové elektrodynamiky. Hamiltonián atomu v elektromagnetickém poli.
11. Koherentní stavy elektromagnetického pole - vlastnosti, operátor posuvu, jednomódové a mnohomódové pole,
12. Srovnání kvantových a klasických stavů, klasické a neklasické kvantové stavy, generace koherentních stavů.
13. Kvantový popis optického záření, reprezentace kvantových stavů světla ve fázovém prostoru.
Osnova cvičení:Praktické příklady a výpočty vybraných problémů v oblastech:
1. Diracova symbolika, popis kvantových soustav v rámci této symboliky.
2. Základy operátorové algebry, Baker-Hausdorffova identita, stopa operátorů.
3. Projektory, příklady statistického operátoru, kvantová Liouvillova rovnice.
4. Schrödingerův, Heisenbergův a Diracův formalizmus.
5. Časový vývoj kvantového systému, aplikace nestacionární poruchová teorie, poruchové rozvoje.
6. Algebra bosonových operátorů.
7. Kvantování elektromagnetického pole, lineární harmonický oscilátor - kvantování.
8. Základy kvantové elektrodynamiky - střední hodnoty operátorů pole, komutátory polních operátorů.
9. Koherentní stavy elektromagnetického pole - vlastnosti, operátor posuvu, relace úplnosti, kvazidistribuce.
Cíle:Znalosti:
Základní i pokročilé znalosti z oblasti kvantové elektroniky, jejích metodách a postupech, jak teoretických, tak praktických, v návaznosti na předchozí základy kvantové mechaniky.

Schopnosti:
Orientace v problematice kvantové elektroniky, schopnost vytvoření nadhledu, praktická aplikace a porozumění základním principům kvantové elektroniky a jejich aplikace v praxi.
Požadavky:Předpokladem pro studium předmětu je absolvování předmětu Kvantová mechanika (02KVAN), resp. ekvivalentního kurzu zákaldů kvantové teorie.
Rozsah práce:
Kličová slova:Diracův formalizmus kvantového popisu, čisté a smíšené stavy, statistický operátor, Schrödingerův, Heisenbergův a Diracův formalizmus, časový vývoj, stacionární a nestacionární poruchová teorie, poloklasická teorie interakce, absorpce a stimulované emise, kvantované elektromagnetické pole, anihilační a kreační operátor, Fokovy a koherentní kvantové stavy, kvazidistribuční funkce, Glauber-Sudarshanova reprezentace.
Literatura:Povinná literatura
[1] W. H. Louisell: Quantum statistical properties of radiation, J. Wiley & Sons, London, 1973.
[2] L. Mandel, E. Wolf: Optical coherence and quantum optics, Cambridge University Press, 1995.

Doporučená literatura:
[3] J. Formánek, Úvod do kvantové teorie, Academia, 1983.
[4] C. C. Tannoudji, J.D. Roc, G. Grynberg, Photons and atoms - introduction to quantum electrodynamics, Atom-photon interactions - basic processes and applications, J. Wiley & Sons, New York, 2003.

Vybrané partie z ICF12PICF Klír, Limpouch - - 2+0 kz - 2
Předmět:Vybrané partie z ICF12PICFdoc. Ing. Klír Daniel Ph.D. / prof. Ing. Limpouch Jiří CSc.-2 KZ-2
Anotace:Cílem předmětu je seznámit studenty s některými detailními teoretickými a experimentálními metodami, které nebyly probírány v předmětu FIF.
Osnova:1) Teorie interakce laserových svazků s plazmovou korónou
2) Nelineární procesy, generace horkých elektronů, zvýšení hydrodynamické účinnosti
3) Interakce svazků těžkých iontů s terčem, brzdění těžkých iontů v hustém plazmatu,
4) Návrh terčů pro iontovou fúzi, možnosti zvýšení homogenity ozáření terče
5) Fyzika Rayleigh-Taylorovy, Richmeyer-Meshkovovy a Kelvin-Helmholzovy nestability, metody snížení vlivu hydrodynamických nestabilit
6) Oddělení komprese a ohřevu paliva, fast, shock a impact ignition
7) Hoření paliva v různých režimech inerciální fúze (IF)
8) Metody optické diagnostiky v IF
9) Metody rentgenové diagnostiky v IF
10) Elektronová a iontová diagnostika IF
11) Neutronová diagnostika IF
12) Reaktory IFE (IF pro v7robu energie)
13) Hybridní reaktory na fúzi a štěpení možnosti zpracování a likvidace odpadu ze štěpných reaktorů
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Seznámení studentů s některými detailními teoretickými a experimentálními metodami, které nebyly probírány v předmětu FIF.

Schopnosti:
Aplikace některých detailních teoretických a experimentálních metod fyziky inerciální fúze
Požadavky:Znalosti na úrovni základního kursu fyziky
Rozsah práce:
Kličová slova:plasma
Literatura:Povinná literatura:
[1] S. Eliezer, The Interaction of High/Power Lasers with Plasmas, Institute of Physics Publishing, Bristol 2002
[2] K. Niu, Nuclear Fusion. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 1989.
[3] C. Yamanaka, Introduction to Laser Fusion, Harwood Academic, London 1991
[4] S. Atzeni, J. Meyer-ter-Vehn, The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter, Oxford Univ. Press, Oxforf 2004
[5] Laser Plasma Interactions 5: Inertial Confinement Fusion, edited by M.B. Hooper. SUSSP Publications, Edinburgh, 1995, pp. 105-137.
[6] Handbook of Plasma Physics,vol. 3 Physics of Laser Plasma, ed. S. Witkowski, North Holland Publishing, Amsterdam 1991

Doporučená literatura:
[7] W.L. Kruer, The Physics of Laser-Plasma Interactions. Addison-Wesley, New York, 1988.