Doktori Témák
ELTE Informatikai Doktori Iskola
Témavezető:
Dr. Csuhaj Varjú Erzsébet
tudományos tanácsadó, az MTA doktora
MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet,
H-1111 Budapest, Kende u. 13-17.
Tel: +36-1-279-6139
valamint
ELTE, IK, Algoritmusok és Alkalmazásaik Tanszék
H-1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/c.
E-mail: csuhaj@sztaki.hu
Érdeklődés: bemutatkozó levél e-mailben: csuhaj@sztaki.hu , majd személyes megbeszélés
Kutatási téma:
Új típusú kiszámítási modellek
(Unconventional models of computing)
Az utóbbi évtizedben olyan törekvéseknek lehettünk tanúi a számítástudományban, amelyek a hagyományosaktól eltérő szemléletű, az eddig ismerteknél és használatosaknál hatékonyabb, több lehetőséget felkínáló kiszámítási modellek, eljárások létrehozására irányulnak. Ilyen törekvések eredménye többek között a természet-motivált - például a biológiai indíttatású - számítástudomány megjelenése, de ilyen konstrukciókkal, architektúrákkal találkozhatunk a multi-ágens rendszerek számítástudományi elméletében is.
A doktori munka keretében tervezett kutatások célja ilyen, új típusú kiszámítási modellek létrehozása és tulajdonságainak vizsgálata, különös tekintettel a modellek kiszámítási erejére, különböző típusú (kiszámítási-,méret-, leírási-, jelenségi) bonyolultsági fogalmainak és mértékeinek kialakítására és leírására, valamint ezek összevetésére más, ismert számítástudományi paradigmák jellemző tulajdonságaival.
Résztémák:
1.
Nyelvprocesszor-rendszerek (Grammatikarendszerek) – a multi-ágens
rendszerek formális nyelvi paradigmái
2. Biológiai indíttatású számítástudomány
1.
Résztéma:
Nyelvprocesszor-rendszerek
(Grammatikarendszerek) – a multi-ágens rendszerek formális nyelvi paradigmái
A multi-ágens rendszerek elmélete egyike az osztott és decentralizált számítástudomány jelenleg a nemzetközi érdeklődés középpontjában álló területeinek. Kiemelt fontossággal bír a mesterséges intelligenciakutatásban, a természet-motivált számítástudományi modellek elméletében, az osztott és párhuzamos architektúrák alapjainak kialakításában, multi-kulturális, illetve többnyelvű közösségek számítógépes megjelenítésében.
A nyelvprocesszor-rendszerek (grammatikarendszerek) ágenseket reprezentáló kooperáló és kommunikáló nyelvprocesszorok (általános értelemben vett grammatikák) együttesei, amelyek közösen határoznak meg egy nyelvet, amely nyelv szavai az ágensek közös környezetének állapotait reprezentáló leírások. A grammatikarendszerek elméletét, amely a formális nyelvek egyik elismert ága, Csuhaj Varjú Erzsébet indította el Jürgen Dassow-val együtt 1988-ban.
Információkért lásd: http://www.sztaki.hu/tcs/gramsys.html
Ajánlott kutatási részterületek
a. Kooperatív osztott
grammatikarendszerek
A mesterséges intelligenciakutatásból jól ismert tábla architektúra szintaktikai modelljei, ahol a kooperáló ágenseket formális grammatikák (nyelvprocesszorok), az általuk a probléma-megoldáshoz használt közös adatbázist (a táblát) a processzorok által létrehozott nyelv reprezentálja. Kitűzött kutatási célok: a kooperációs stratégiák és a különböző, azaz kiszámítási, méret-, kommunikációs-, valamint kooperációs bonyolultság viszonya ezen rendszerekben..
b) Kolóniák
Rendkívül egyszerű, tisztán reaktív viselkedésű ágensek kibontakozó viselkedésű közösségeinek jellemzése formális grammatikák segítségével. Az emergens (kibontakozó) viselkedés jellemzése formális nyelvi eszközökkel.
c. Öko-grammatikarendszerek
A mesterséges élet formális nyelvi modelljei, dinamikusan változó, fejlődő és adaptív ágensek és az általuk megosztott, fejlődő és velük interakcióban levő környezet formális nyelvi leírásai. Kutatási cél: bonyolultsági jellemzők kialakítása, ezen rendszerek bonyolultságának összehasonlítása.
d. Nyelvprocesszorok hálózatai
Masszívan párhuzamos, formális grammatikákon nyugvó kiszámítási modellek. A (virtuális) hálózat csúcspontjaiban nyelvprocesszorok helyezkednek el, amelyek szavakat és szavakból álló multi-halmazokat dolgoznak fel és egymással kommunikálnak. A kutatási cél ezen eszközök méret-, kiszámítási- és kommunikációs bonyolultságának, valamint tér-idő dinamikájának (tér-időbeli minták kialakulása) vizsgálata. Jelenségek (hullámjelenség, örvény) tanulmányozása a hálózatokban.
2. Résztéma:
Biológiai indíttatású számítástudomány
A biológiai indíttatású számítástudományi kutatások célja az, hogy az élő szervezetek vagy ezek közösségeinek felépítése és működési elveinek tanulmányozása alapján hozzanak létre ezen rendszerek sajátosságait hordozó, újszerű, nagy hatékonyságú kiszámítási paradigmákat. A formális nyelvek elméletében már régóta jelen vannak ilyen modellek, elegendő csak a fejlődő rendszereket reprezentáló Lindenmayer rendszerek elméletére, vagy újabban a molekuláris számítástudomány formális nyelvi modelljeire gondolnunk. Ez utóbbi terület kialakításához a témavezető is hozzájárult fontos eredményekkel.
Ajánlott kutatási részterületek:
a. P rendszerek vagy membrán rendszerek
Kutatások az utóbbi években nemzetközi viszonylatokban intenzíven tanulmányozott membrán rendszerek vagy P rendszerek területén. A membrán rendszerek az élő sejt működését utánozó osztott konstrukciók, amelyek ún. membránokkal határolt régiókból állnak, amely régiók objektumokat tartalmaznak. Az objektumok molekuláknak, kémiai alkotórészeknek felelnek meg. A rendszer működése során az objektumok változni (fejlődni ) tudnak, valamint közlekedni képesek a szomszédos régiók között, bizonyos szabályok szerint. A P rendszerek a régiók tartalmát, azaz, a bennük levő objektumok összességét szimbólumok vagy szavak multi-halmazaival azonosítják, a fejlődési, illetve a közlekedési szabályokat pedig formális nyelvi átírási szabályokkal adják meg.
A P rendszer fogalmát Gheorghe Paun vezette be 1998-ban, azóta az elmélet a molekuláris számítástudomány egyik, az érdeklődés homlokterében álló ágává fejlődött (pl. az Institute for Scientific Information 2003. októberében ún. „Fast Emerging Research Front in Computer Science” besorolásban részesítette). A kitűzött kutatási célok: P rendszerek bonyolultságának vizsgálata, különös tekintettel újszerű bonyolultsági mértékekre, P automaták, azaz elfogadó P rendszerek bonyolultságának jellemzése, biológiai folyamatok modellezése P rendszerek segítségével.
Információkért lásd: http://psystems.disco.unimib.it
b. Evolúciós modellek
Vizsgálatok az evolúciós modellek területén: multi-halmazok felett értelmezett, a genom fejlődés által inspirált formális nyelvi műveleteken alapuló nyelvleíró eszközök és osztott rendszereik (ún. evolúciós processzorok és hálózataik) tulajdonságainak leírása, bonyolultságuk jellemzése hagyományos és újszerű eszközökkel. Ezen konstrukciók vizsgálata hozzásegít a dinamikusan változó, fejlődő közösségek és egyedek pontosabb számítástudományi modellezéséhez, illetve a fejlődésre jellemző műveletek szerepének pontosabb megértéséhez a kiszámítási eljárásokban.
c. DNS kiszámítás
Vizsgálatok a DNS kiszámítás területén. Az ún. Watson-Crick Lindenmayer rendszerek és hálózataik kiszámítási ereje, bonyolultsága, illetve a hálózatokban előforduló jelenségek leírása, különös tekintettel az implementáció szempontjából is jelentős, négy betűs ábécé feletti ún. DNS rendszerekre. Ezen rendszerek a DNS kettős sprirál egyik meghatározó tulajdonságán, az ún. Watson-Crick komplementaritás elvén nyugvó kiszámítási modellek.