Ing. Miroslav Kolář, Ph.D.
| e-mail: |
zobrazit e-mail |
| telefon: |
+420 770 127 509 |
| místnost: |
033b |
| konzultační hodiny: |
Podle dohody e-mailem |
Matematické modelováni v epidemiologii
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM |
| klíčová slova: |
SIR model, soustavy ODR, numerické řešení |
| popis: |
Matematické modely komplexních jevů vždy poskytují pouze zjednodušený obraz reality a přitom
ze své podstaty nemohou s absolutní přesností popisovat budoucí vývoj. Globální pandemie onemocnění vyvolaného novým typem koronaviru (COVID-19) však ukázala, že i správně interpretované předpovědi vytvořené na základě jednoduchých epidemiologických modelů mohou mít zásadní dopad i na rozhodování vlád.
Typickým zástupcem takového epidemiologického modelu je tzv. SIR model. Název přímo vyplývá ze základní myšlenky modelu, kdy je zkoumaná populace rozdělená do třech základních skupin - "susceptibles" (S), tedy potenciálně ohrožení jedinci, "infectives" (I), již infikovaní a nemocní jedinci, a "recovered" (R), tedy jedinci, kteří již onemocnění prodělali a jsou imunní. Model je formulován jako systém obyčejných diferenciálních rovnic popisujících časový vývoj jednotlivých skupin. Jeho základní zjednodušená varianta byla formulována již začátkem 20. století a do dnešních dnů jsou vyvíjeny jeho nové modifikace, které se snaží lépe reflektovat realitu a přizpůsobit se různým onemocněním.
Tématem práce je detailní seznámení se s problematikou modelování v epidemiologii, implementace jednoduchého SIR modelu a jeho numerického řešení a následné rozšíření a modifikace pro vybrané situace. Téma je řešeno ve spolupráci s Meiji University Tokyo. |
| literatura: |
W. O. Kermack and A. G. McKendrick, A contribution to the mathematical theory of epidemics, Proc. R. Soc. Lond. 115 (1927).
M. Keeling and P. Rohani, Modeling Infectious Diseases in Humans and Animals, Princeton University Press (2007).
H. Gion, Y. Saito and S. Yazaki, On a backward bifurcation of an epidemic model with capacities of treatment and vaccination, JSIAM Lett. (2021). |
| poznámka: |
Téma je vhodné po studenty MM nebo AMSM. V případě studentů jiného zaměření lze zadání přizpůsobit. |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:26:12 |
Simulace v diskrétní dislokační dynamice metodami diferenciální geometrie
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF, APIN |
| klíčová slova: |
dislokace, dynamika křivek, diferenciální geometrie, materiálové vědy |
| popis: |
Téma leží na rozhraní numerické matematiky a fyziky pevných látek. Dislokace jsou mikroskopické poruchy v krystalické mřížce, které v makroskopickém měřítku ovlivňují vlastnosti krystalických materiálů, především kovů. Práce bude orientovaná převážně na tzv. diskrétní dislokační dynamiku (DDD), ve které je předmětem studia modelování základních mechanismů pohybu a interakce jednotlivých dislokací. Jednotlivé dislokace lze reprezentovat jako planární (později povrchové a nebo prostorové) křivky, které se pohybují podle geometrické evoluční rovnice nenewtonovského typu. Posluchač(ka) si v průběhu práce vybuduje solidní znalosti v problematice dynamiky křivek a obecně úloh s volnou hranicí. Práci je možné pojmout dle personálních preferencí jak více matematicky, tak více fyzikálně. DDD je jedním z tradičních témat skupiny matematického modelování (MMG) na katedře matematiky s mnoha zahraničními spolupracovníky od Japonska (Meiji Univ.) až po USA (UCLA, Johns Hopkins Univ.). |
| literatura: |
D. Hull, D. J. Bacon, Introduction to dislocations, Elsevier;
V. V. Bulatov, W. Cai, Computer simulations of dislocations, Oxford University Press |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:26:02 |
Analýza morfologie karcinomu tlustého střeva metodami segmentace obrazu pomocí vyvíjejících se křivek
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF, APIN |
| klíčová slova: |
segmentace obrazu, pohyb křivek, parametrický popis, level set, numerické řešení |
| popis: |
Práce je zaměřena na studium diferenciální geometrie a evoluce křivek v kontextu segmentace obrazu. V současné době je k dispozici celé spektrum matematických metod pro segmentování obrazových dat. Segmentace prováděná pomocí evoluce křivek má výhodu v relativně snadné implementaci vyžadující numerické řešení soustavy dvou degenerovaných parabolických parciálních diferenciálních rovnic. Tento přístup poskytuje výhodu ve snadné dostupnosti geometrických informací o segmentovaném objektu. Jednou z možných aplikací tohoto přístupu je pak právě analýza karcinomu tlustého střeva, kdy geometrické informace o segmentovaném vyoperovaném nádoru slouží jako vstup pro lékařské korelace odhadující pravděpodobnost budoucí recidivy. Posluchač(ka) mimo dobré znalosti zpracování obrazu získá i dobré znalosti diferenciální geometrie a velký přehled o problematice úloh s volnou hranicí v odlišných biologicko-fyzikálních problémech. Téma je řešeno ve spolupráce s Meiji Univ. (Prof. S. Yazaki). |
| literatura: |
A. Nanashima et al., Analysis of tumor morphology in metastatic colorectal cancer: does this classification have any clinical significance? |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:25:51 |
Reakčně-difuzní rovnice a pattern formation v problematice spalování
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| klíčová slova: |
reakčně-difuzní rovnice, spalování, numerické metody |
| popis: |
Reakčně-difuzní systémy vykazují bohatou dynamiku a často jsou schopné vytvářet komplikované prostoro-časové struktury. V práci se zaměříme především na systém reakčně-difuzních rovnic známý jako Scott-Wang-Showalter model, který popisuje termochemické procesy při spalování uhlovodíkových plynů. Téma práce je dostatečně široké a dle zájmu posluchače nabízí možnosti teoretické analýzy tohoto modelu, tak i jeho výpočetní analýzy pomocí moderních numerických metod. |
| literatura: |
S. K. Scott, J. Wang, K. Showalter, \"Modelling studies of spiral waves and target patterns in premixed flames,\" J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1997,93, 1733-1739.
M. Kolář, \"Computational Studies of Reaction-Diffusion Systems by Nonlinear Galerkin Method,\" American Journal of Computational Mathematics, Vol. 3 No. 2, 2013, pp. 137-146. doi: 10.4236/ajcm.2013.32022. |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:25:40 |
Chaotická dynamika flame front modelu
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| klíčová slova: |
Kuramoti-Sivashinski, chaos, nestabilita, bifurkace, numerické metody |
| popis: |
Flame front modely se zabývají (do jisté míry) zjednodušeným popisem čela planene, které se v příznivém prostředí pohybuje. Jedním ze zástupců takového modelu je Kuramoto-Sivashinského rovnice modelující termálně-difuzní nestabilitu na čele plamene. Jedná se nelineární parciální diferenciální rovnici čtvrtého řádu, která vykazuje chaotickou dynamiku.
Téma je extrémně flexibilní a na základě zájmu posluchače je možné věnovat se teoretické analýze (např. stabilita, bifurkace a chaotické chování). Je také možné zaměřit se na výpočetní analýzu tohoto modelu pomocí moderních numerických metod nebo také na aproximativní popis flame front dynamiky pomocí teorie pohybujících se křivek.
Téma je řešeno ve spolupráci s kolegy z Meiji University, Tokyo (prof. Shigetoshi Yazaki) a Miyazaki University (Dr. Shunsuke Kobayashi). |
| literatura: |
Kuramoto, Yoshiki (1978). \"Diffusion-Induced Chaos in Reaction Systems\". Progress of Theoretical Physics Supplement. 64: 346–367. doi:10.1143/PTPS.64.346. ISSN 0375-9687
Kolář, Miroslav & Kobayashi, Shunsuke & Uegata, Yasuhide & Yazaki, Shige & Benes, Michal. (2020). Analysis of Kuramoto-Sivashinsky Model of Flame/Smoldering Front by Means of Curvature Driven Flow. 10.1007/978-3-030-55874-1_60. |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:25:27 |
Matematické modelování dislokační dynamiky v materiálech
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D., Ing. Karel Tesař, Ph.D. (KMAT) |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| klíčová slova: |
dislokace, materiálové vědy, počítačové simulace, ParaDIS |
| popis: |
Dislokace jsou mikroskopické poruchy v krystalické mřížce pevných materiálů, především kovů. Tyto mikroskopické poruchy následně ovlivňují i makroskopické fyzikální vlastnosti a jejich šíření může vést až k plastické deformaci materiálu.
Při práci na tématu se student seznámí s fyzikou dislokací, jejich matematickým popisem a různými přístupy modelování dislokační dynamiky. V rámci bakalářské práce se pak student detailně seznámí s prací se simulačním kódem ParaDIS vyvinutým na Stanford University, který je v současné době považován za jeden ze standardních nástrojů v dislokační komunitě.
Toto mezioborové téma je vhodné pro studenty se zájmem o výpočetní simulace ve fyzikálních problémech, kteří mají chuť seznámit se s moderními výpočetními nástroji. Téma je řešeno ve spolupráci s Katedrou materiálů FJFI (Ing. Karel Tesař, Ph.D.) a v rámci navazujícího výzkumného úkolu/diplomové práce bude naplánováno konkrétní simulační zadání vycházející z výzkumu vlastností hořčíkovo-zinkových slitin. |
| literatura: |
D. Hull, D. J. Bacon, Introduction to dislocations, Elsevier;
V. V. Bulatov, W. Cai, Computer simulations of dislocations, Oxford University Press |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:24:58 |
Modely dislokační dynamiky a jejich aplikace
| školitel: |
Ing. Miroslav Kolář, Ph.D. |
| e-mail: |
zobrazit e-mail
|
| typ práce: |
bakalářská práce, diplomová práce
|
| zaměření: |
MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| klíčová slova: |
dislokace, materiálové vědy, počítačové simulace, MoDELib2 software |
| popis: |
Dislokační dynamika je část fyziky studující vznik a šíření mikroskopických poruch v krystalických materiálech. Tyto mikroskopické poruchy následně ovlivňují i makroskopické fyzikální vlastnosti a jejich šíření může vést až k plastické deformaci materiálu.
Při práci na tématu se student seznámí s diferenciální geometrií, fyzikou dislokací, jejich matematickým popisem a různými přístupy modelování dislokační dynamiky. V rámci práce pak dojde na studium výpočetní metody používané školitelem a jejím následném porovnání s výsledky získanými pomocí výpočetního kódu MoDELib2, se kterým se student detailně seznámí.
Toto mezioborové téma je vhodné pro studenty se zájmem o výpočetní simulace ve fyzice, kteří mají chuť pracovat s moderními výpočetními nástroji. Téma je řešeno ve spolupráci s Dr. Giacomem Po (Univ. of Florida), na jehož pracovišti byl kód MoDELib2 vyvinut. |
| literatura: |
D. Hull, D. J. Bacon, Introduction to dislocations, Elsevier;
V. V. Bulatov, W. Cai, Computer simulations of dislocations, Oxford University Press |
| naposledy změněno: |
25.09.2024 15:44:25 |
Databáze V3S
Aplikace V3S eviduje výsledky vědy a výzkumu a další aktivity vědecko-výzkumných pracovníků ve vědecké komunitě. Aplikace V3S slouží k odesílání výsledků do RIV, exportům pro statistické analýzy i k interním hodnocením vědecko-výzkumné činnosti.
Seznam publikaci ve V3S
za obsah této stránky zodpovídá:
Radek Fučík | naposledy změněno: 7.8.2011