Výzkumné oblasti - Theory4IT
Cílem projektu v oblasti rozvoje teorie (Theory4IT) je zacílit výzkum v oblasti matematické teorie moderních výpočetních metod do následujících tří základních témat, řešených výzkumnými programy:
- VP 5 – IT pro zpracování znalostí
- VP 6 – Metody soft computing s aplikacemi pro superpočítač
- VP 8 – Bezpečné a spolehlivé architektury, sítě a protokoly
Množství dat, která získáváme z různých zdrojů, je čím dál tím více potřeba vhodně strukturovat a ukládat, efektivně v nich vyhledávat a analyzovat za účelem získání dalších informací a poznatků, které bychom bez využití sofistikovaných metod a algoritmů nebyli schopni objevit. Zpracování rozsáhlých kolekcí slabě strukturovaných dat, extrakce znalostí z dat, využití metod redukce dimenze pro vysocedimenzionální data, využití metod lineární algebry, neuronových sítí, statistických metod, shlukovacích metod pro analýzu dat jsou příkladem témat výzkumného programu IT pro zpracování znalostí. Výzkum, vývoj a následné aplikace znalostí, které jsou podpořeny nasazením softwarových systémů, vyžadují zavedení různých specifických postupů. Další součástí proto bude výzkum v oblasti formálních metod. Základními tématy této části budou zejména vývoj moderních metod pro efektivní tvorbu softwarových systémů zaměřených jak na oblast počítačové techniky, tak na oblast vestavěných systémů, využití formálních metod pro specifikaci softwarového procesu a jeho efektivní řízení, výzkum a vývoj v oblasti formálních nástrojů určených ke specifikaci a verifikaci softwarových produktů a orientace na znalostní přístupy v oblasti tvorby softwarových systémů.
Vlastní výzkumné aktivity v oblasti studované výzkumným programem Metody soft computing s aplikacemi pro superpočítač se zaměří zejména na studium základních matematických prostředků pro tvorbu fuzzy modelů, mezi nimi na studium matematické teorie fuzzy aproximace, formálních metod pro reprezentaci znalostí zatížených neurčitostí, dále na studium fuzzy modelů dynamických a samoorganizujících se systémů a systémů řízených nebo ovlivněných událostmi zatíženými neurčitostí, vývoj speciálních algoritmů pro fuzzy modelování, a to včetně řešení optimalizačních úloh, vývoj a implementace metod automatického učení, samoorganizujících se systémů, a získávání relevantní informace z dat a vývoj speciálních algoritmů pro řízení mobilních robotů a jejich kooperace inspirovaných chováním živých systémů. Další část projektu je svým zaměřením orientována na výzkum v oblasti bioinformatiky, kde existuje velký potenciál rozvoje metod a přístupů inspirovaných biologickými jevy jako jsou například: biologické výpočty, umělé imunitní systémy, evoluční strategie, teorie mravenišť, teorie smeček, bacterial foraging, hybridní přístupy apod. Zároveň s rozvojem informatiky však vzniká také potřeba nejen se inspirovat těmito biologickými jevy, ale také je vhodným způsobem zaznamenat a vyhodnocovat. Příkladem takovýchto jevů a potřebných aplikací mohou být analýza proteinů, analýza biosignálů, analýza činnosti mozku, aplikace metod analýzy dat na získaná data apod.
Hlavním posláním výzkumného programu Bezpečné a spolehlivé architektury, sítě a protokoly je systematicky rozvíjet koncept "návrhu pro bezpečnost a spolehlivost" v oblasti informačních technologií (tj. vývoj aplikací s ohledem na jejich bezpečnost a spolehlivost). Úmyslné či neúmyslné zneužití informačních technologií (IT) představuje jednu z hlavních hrozeb pro moderní společnost. V kontextu zneužití znalostí a s nimi i informačních technologií se požadavek na bezpečnost systému stává stejně důležitým jako je funkčnost, cena či udržovatelnost. Při stávajícím nárůstu složitosti počítačových systémů a narůstající kritičnosti jim svěřovaných úloh je však velmi významná a současně vysoce netriviální i otázka zajištění spolehlivého fungování těchto systémů i v situacích, kdy nejsou vystaveny útoku. Výzkum informačních technologií z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti v současné době zahrnuje široké spektrum problémů sahajících od řešení čistě matematických problémů (např. v kryptografických algoritmech či formální verifikaci) až po aplikovaný výzkum (např. autentizace) využívající poznatky z celé řady vědeckých oblastí (např. z biomedicíny). Jsou zkoumány a vyvíjeny nové metody a přístupy pro zajištění bezpečnosti počítačových systémů před útočníkem, včasné detekce a identifikace útočníka, eliminace hrozeb apod. i pro zajištění spolehlivých počítačových systémů obsahujících minimum chyb a schopných se i případně samostatně rekonfigurovat a opravovat. Kromě software hraje v uvedeném výzkumu a aplikacích významnou roli i hardware, pro který je nutné zajistit odolnost proti útokům, bezpečnost a spolehlivost. Jde například o specializované vestavěné systémy a jejich sítě, které komunikují bezdrátově s okolím, a které musí být rovněž zabezpečeny vzhledem k úmyslnému či neúmyslnému zneužití.
Zaměření celé oblasti Theory4IT je koncipováno na teoretický a aplikovaný výzkum. Toto rozčlenění považujeme za zásadní, neboť nové pracoviště si musí zachovat svůj inovační potenciál, tj. musí být zdrojem nových následně realizovaných myšlenek a ty vznikají zejména v oblasti teorie. Inovační potenciál je dále umocněn, dojde-li k synergickému spojení teorie a jejích aplikací. Výsledky získané výzkumem v oblasti Theory4IT pak budou aplikovatelné buď přímo, nebo přeneseně v rámci aplikačních aktivit dalších oblastí.
Přínosy Theory4IT
Hlavním a zásadním přínosem části zaměřené na problematiku teoretického přístupu k výpočetním metodám a informačním technologiím je hledání nových vědeckých poznatků z pohledu základního výzkumu. Jedná se tedy o tu část projektu, kde výsledky jsou směrovány do rozvoje informatiky a informačních technologií jako takových. Výstupy budou poměřovány především z pohledu publikačních výstupů v časopisech s impaktním faktorem.
Kromě těchto pro základní výzkum typických přínosů, se však také očekává důležitý dopad na ostatní části centra excelence. Výsledky v oblasti softcomputingu, přírodou inspirovaných algoritmů, znalostního managementu a dalších teoretických sekcí budou tvořit základ pro jejich využití ve výzkumu a vývoji koncentrovaného kolem aplikačních oblastí IT4People a SC4Industry. Za velmi důležitý až klíčový lze považovat i výstup výzkumu v oblasti formálních metod softwarového inženýrství, protože vývoj softwaru orientovaný na výše uvedené oblasti vyžaduje specifický přístup a definování adekvátních softwarových procesů, které musí zajistit požadovanou kvalitu. Předpokládané výstupy v podobě aplikací určených pro krizový management musí splňovat ty nejnáročnější kriteria kvality výsledného softwarového produktu.
Nezanedbatelný je také přínos daný tím, že se na jednom místě budou koncentrovat vědečtí pracovníci a dojde tak k jednoznačnému uplatnění efektu spolupráce lidí zabývajících se do dnešního dne de facto izolovanými vědeckými disciplinami.