Oddělení složitých systémů

Oddělení složitých systémů

Výzkum v oddělení složitých systémů je zaměřen na rozvoj a aplikaci metod analýzy a modelování dat pocházejících z měření komplexních systémů reálného světa.

Oblast našeho výzkumu

Chování složitých systémů, které se obvykle skládají z mnoha interakčních prvků, nelze vysvětlit jednoduchou extrapolací zákonů popisujících chování jejich částí. Proto je důležité zkoumat, jak vztahy mezi těmito částmi systému dají vzniknout pozorovanému kolektivnímu chování a jak systém interaguje a vytváří vztahy s okolním prostředím. Studium složitých systémů považuje kolektivní nebo systémové chování za základní předmět studia. Proto lze komplexní systémy chápat jako alternativní paradigma k myšlenkám redukcionismu, která se pokouší vysvětlit systémy z hlediska jejich součástí a vzájemných interakcí mezi nimi.

Obor složitých systémů, jako ze své podstaty interdisciplinární oblast, využívá příspěvky z mnoha různých oborů, jako je například studium sebeorganizace z fyziky, analýza spontánního řádu ve společenských vědách, výsledky teorie chaosu a teorie grafů z matematiky, či poznatky o adaptaci z biologie a mnoho dalších. Z toho také plyne, že komplexní systémy se jako oblast výzkumu snaží řešit otevřené problémy v různých oborech, včetně statistické fyziky, teorie informací, nelineární dynamiky, antropologie, informatiky, věd o Zemi, sociologie, ekonomie, psychologie a biologie.

Klíčové výzkumné trendy v naší oblasti

Klíčové trendy odpovídají hlavním vědeckým a technologickým výzvám při výzkumu složitých systémů:

  • potřebě existence spolehlivých metod analýzy komplexních systémů,
  • usilí  o pochopení systémů v různých prostorových a časových měřítkách,
  • dostupnost stále obsáhlejších observačních / experimentálních datových souborů a související potřeby využití vysoce výkonných počítačů a efektivních algoritmů,
  • potřebě integrace datově a teoreticky orientovaných přístupů v modelování komplexních systémů,
  • stále se rozšiřující interdisciplinaritě související s interakcí modelování mezi složitými systémy.

Vize

Oddělení se zaměřuje na výzkum s vysokým dopadem ve vybraných klíčových oblastech problémů:

  • Vývoj a detailní posouzení vlastností moderních metod analýzy komplexních systémů a jejich využití v aplikačních oblastech s vysokou společenskou přidanou hodnotou,
  • Studium interakcí v různých časových měřítkách v klíčových aplikačních oblastech,
  • Efektivní výpočty pro zpracování velkého množství heterogenních dat s vysokými nároky na výpočetní výkon zahrnující problémy jednak v oblastech realizace vysoce výkonných výpočtů, tak i v oblasti analýzy složitosti algoritmů,
  • Vývoj a optimalizace postupů integrujících data a realistické teoretické poznatky,
  • Rozvíjení fyzickálně realistických modelů, které překlenují mezeru mezi tradičními aplikačními poli.

Aplikace

Teoretický výzkum metod pro charakterizaci a modelování komplexních systémů je těsně spjat s výzkumem v řadě oblastí základního či aplikovaného výzkumu, zejména:

  • neurovědy
  • klimatologie
  • environmentální modelování
  • počítačová bezpečnost

Seminář

Oddělení organizuje nepravidelný seminář, kde přednášejí členové i tuzemští a zahraniční hosté.

Skupiny

V oddělení působí tři spolupracující skupiny: skupina environmentální informatiky J. Reslera, skupina nelineární dynamiky M. Paluše a skupina komplexních sítí a mozkové dynamiky J. Hlinky (COBRA).

Projekty

  • aktuální
    • Symetrie mozkové konektivity (2023-2025) GA23-07074S
    • Využití neuronových sítí pro realtime predikci variabilní baseline u energetických zařízení na vn, nn napěťových hladinách (2023-2025) TACR TK05020142
    • Charakterizace stavového repertoáru a dynamiky spontánní mozkové aktivity neurozobrazovacími metodami (2021-2024) GA21-32608S
    • Predikce funkčního vyústění schizofrenie z multimodálních neurozobrazovacích a klinických dat (2021-2024)  NU21-08-00432
    • Síťové modely komplexních systémů: od korelačních grafů k informačním hypergrafům (2021-2023)  21-17211S
    • Modelování kvality ovzduší a tepelného komfortu s rozlišenou turbulencí v městském prostředí (2021-2023)  TO01000219
    • Integrovaný systém výzkumu, hodnocení a kontroly kvality ovzduší (2020-2026)  SS02030031
    • Interakce a kauzalita ve složitých systémech (2020-2025)
    • Adaptační výzvy měst: podpora udržitelného plánování s využitím integrované analýzy zranitelnosti (2018-2022)  TL01000238

Členové oddělení

Vedoucí oddělení: Ing. Mgr. Jaroslav Hlinka, Ph.D.

Sekretářka: Magda Pokorná