Nazwa przedmiotu:
Programowanie matematyczne
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Ewa Pawelec
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Wspólne
Kod przedmiotu:
1120-INMSI-MSP-0001
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2015/2016
Liczba punktów ECTS:
6
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Zalecane przedmioty poprzedzające: Analiza matematyczna (rachunek różniczkowy funkcji jednej i wielu zmiennych), Algebra liniowa (rachunek macierzowy), Metody numeryczne, Programowanie (C, Matlab)
Limit liczby studentów:
Bez limitu
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest wprowadzenie w zagadnienia optymalizacji statycznej oraz zapoznanie z podstawowymi metodami poszukiwania ekstremów funkcji wielu zmiennych bez ograniczeń i w obszarze wyznaczonym ograniczeniami, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień programowania liniowego, kwadratowego i wypukłego. Po ukończeniu kursu studenci powinni posiadać wiedzę teoretyczną i praktyczną o podstawowych metodach analitycznych i algorytmach numerycznych: - optymalizacji liniowej, - optymalizacji nieliniowej bez ograniczeń, - optymalizacji nieliniowej z ograniczeniami, oraz powinni umieć rozwiązać zadanie optymalizacji samodzielnie implementując wybrany algorytm lub wykorzystując funkcje pakietu Optimization Toolbox programu Matlab.
Treści kształcenia:
Wykład: Sformułowanie i klasyfikacja zadań optymalizacji. Przykłady. Programowanie liniowe (PL): standardowa postać zadania PL; sprowadzanie zagadnienia PL do postaci standardowej; graficzne rozwiązywanie zadania PL; postać kanoniczna, rozwiązania bazowe, wyznaczanie początkowego rozwiązania bazowego; algorytmy obliczeniowe metody sympleks; teoria dualności dla zadań PL; dualna metoda sympleks elementy optymalizacji dyskretnej; zagadnienia post-optymalizacyjne; zmiany strukturalne zadania PL; algorytmy o wielomianowym nakładzie obliczeń; metoda punktu wewnętrznego do rozwiązywania zadania PL; przykłady rozwiązywania zadań PL w środowisku Matlab (Optimization Toolbox). Optymalizacja nieliniowa bez ograniczeń: zastosowania optymalizacji nieliniowej bez ograniczeń; pojęcie rozwiązania optymalnego; warunki optymalności dla minimów lokalnych; metody iteracyjne; rząd i szybkość zbieżności; ogólny algorytm kierunków poprawy z poszukiwaniem w kierunku; metody poszukiwań prostych; gradientowe metody kierunków poprawy; metody quasi-newtonowskie; metody kierunków sprzężonych; wybrane metody minimalizacji kierunkowej; przykłady rozwiązywania zadań nieliniowych w środowisku Matlab. Optymalizacja nieliniowa z ograniczeniami: funkcja Lagrange’a; mnożniki Lagrange’a; warunki Kuhna-Tuckera; warunki regularności; warunki konieczne i dostateczne optymalności dla zadania programowania nieliniowego z ograniczeniami; dualność; wybrane algorytmy rozwiązywania zadań programowania kwadratowego; wybrane algorytmy rozwiązywania zadań programowania wypukłego; zewnętrzna funkcja kary; wewnętrzna funkcja kary; przykłady rozwiązywania zadań optymalizacji nieliniowej z ograniczeniami w środowisku Matlab. Elementy programowania wielokryterialnego; wprowadzenie. Oprogramowanie do rozwiązywania zadań optymalizacji statycznej. Ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie z podstawowymi metodami analitycznymi i numerycznymi poszukiwania ekstremum funkcji wielu zmiennych bez ograniczeń oraz w obecności narzuconych ograniczeń. W szczególności dużo uwagi poświęca się rozwiązywaniu zadań programowania liniowego, kwadratowego i wypukłego. Laboratorium: Samodzielne rozwiązywanie zadań optymalizacji. Opracowanie, implementacja oraz testowanie wybranych algorytmów omawianych w części wykładowej. Środowisko programistyczne Matlab.
Metody oceny:
Na zaliczenie przedmiotu składają się punkty uzyskane w toku zajęć: - ćwiczenia 30 pkt (kolokwium zaliczeniowe) - laboratorium 30 pkt (ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie; wymagane jest zdobycie w sumie minimum 15 pkt) - oraz egzamin 40 pkt (w formie pisemnej) Ostateczna ocena zależy od sumy uzyskanych punktów: 51%-60% - 3; 61%-70% - 3,5; 71%-80% - 4; 81%-90% - 4,5; 91%-100% - 5
Egzamin:
tak
Literatura:
1. Bazaraa M., J. Jarvis, H. Sherali: Linear Programming and Network Flows. Wiley 1990. 2. Bazaraa M., H. Sherali, C. Shetty: Nonlinear Programming, Theory and Algorithms. Wiley 1993. 3. Findeisen W., J. Szymanowski, A. Wierzbicki: Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji. PWN 1980. Literatura uzupełniająca: 4. Gill P.E., W. Murray, M.H. Wright: Practical Optimization. Academic Press 2001. 5. Seidler J., A. Badach, W. Molisz: Metody rozwiązywania zadań optymalizacji. WNT 1980, seria EIT. 6. Stachurski A., A. P. Wierzbicki: Podstawy Optymalizacji. Oficyna Wydawnicza PW, 1999.
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt W2_01
Zna podstawy teoretyczne metod analitycznych i podstawowych algorytmów optymalizacji statycznej: liniowej, nieliniowej i optymalizacji nieliniowej z ograniczeniami
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_W01, CC_W11, SI_W11, SI_W01
Powiązane efekty obszarowe: , , ,
Efekt W2_02
Zna podstawowe algorytmy optymalizacji statycznej
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_W01, CC_W11, SI_W11, SI_W01
Powiązane efekty obszarowe: , , ,

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt U2_01
Potrafi skonstruować i zaimplementować algorytm dla danego problemu optymalizacyjnego i ocenić jego efektywność
Weryfikacja: kolokwium, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_U01, CC_U09, SI_U01, SI_U09
Powiązane efekty obszarowe: , , ,
Efekt U2_02
Potrafi dokonać wyboru i zastosować poznane algorytmy do rozwiązania prostego problemu optymalizacyjnego lub zastosować funkcje pakietu Optimization Toolbox programu Matlab
Weryfikacja: kolokwium, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_U01, CC_U06, SI_U01, SI_U06
Powiązane efekty obszarowe: , , ,

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt K2_01
Potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny
Weryfikacja: egzamin, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_K05, SI_K05
Powiązane efekty obszarowe: ,
Efekt K2_02
Posiada zdolność do kontynuacji kształcenia
Weryfikacja: egzamin, punktowana ocena wykonanych podczas laboratorium programów w Matlabie
Powiązane efekty kierunkowe: CC_K01, SI_K01
Powiązane efekty obszarowe: ,