Μαθήματα

The course content will be significantly updated this year! Please check the description carefully

Summary: The class will cover classes of networking problems and the theoretical tools that can be used for modeling and optimizing such problems (but not only). Here, you can find the 4 main tools we will learn. You can also see the specific applications we will apply these tools in detail, as examples.

1. Modeling Network Problems with Discrete Time Markov Chains
   • Theory: Definition, n-step Analysis, stationary distribution, transient analysis 
   • Applications: 
     • Search Engines (PageRank),
     • Recommendation-driven Content platform (Youtube,spotify,etc) Model
     • MAC Protocol Theory (Slotted Aloha, 802.11/WiFi)
     • unbiased sampling of Large Social Networks
2. Solving Networking Problems with Discrete and Continuous Optimization Methods
   • Theory: Discrete Optimization and Submodular Maximization Theory, Convex Optimization Overview, Network Utility Maximization, Distributed Optimization
   • Applications Covered:
     • Cache (CDN) Optimization
     • Fair Resource Allocation,
     • TCP Congestion ControL
3. Optimizing Large Data Centers & Clouds with Advanced Queueing Theory
   • Theory: Quick Intro to M/M/* queues. Mg1/FCFs/LCFS, Priority Queuing, Size-based scheduling, PRocessor Sharing, task assignment  
   • Applications Covered
     • Load balancing in Multi-server systems (CDN, DNS),
     • modern clouds for multi-server Machine Learning jobs

• 4.Graph Theory for Social Network Analysis
  • Theory: :Social network properties (Scale-Free structure, Small World phenomena, Community, Homopily), Random Graph model (Erdos-Renyi, Watts-Strogatz, Preferential Attachment), Random Walks on Graphs, Centrality Measures
  • Applications Covered:
    • Opinion Polarization in Social Networks,
    • Opinion Evolution and Influence over Social Nets
    • Network navigability

The course will cover tools for optimization problems, where a sequence of (inter-dependent) decisions must be made (dynamically), often under uncertainty about the environment to be optimized (requires learning). Problems like this arise in many modern applications, ranging from autonomous driving and robotics, to game playing (chess, poker, go) and wired/wireless network management. The specific topics covered will be the following: Quick revision of first order optimization methods (gradient descent and stochastic gradient descent); Multi-armed Bandits; First order algorithms for Online Convex Optimization; Online Convex Optimization with instantaneous and long-term constraints; Distributed online convex optimization; backpressure algorithms for Stochastic Network Optimization; Markov Decision Processes; Tabular Reinforcement Learning - RL (Q-Learning, SARSA); Policy gradient methods; Approximate (e.g. Deep) RL solutions such as Deep Q Networks, Actor-Critic methods, and the recent AlphaGo and AlphaZero algorithms, that have been very successful in popular strategic games; Generalized policy rollout for online learning; The class will include both take home exercises, as well as a programming assignment.

Το μάθημα αυτό αποτελεί μια μεταπτυχιακού επιπέδου εισαγωγή στα κατανεμημένα συστήματα, και δίνεται σε συνδιδασκαλία και στους προπτυχιακούς φοιτητές, ως μάθημα επιλογής, με την ίδια ύλη και τις ίδιες απαιτήσεις. Το μάθημα περιλαμβάνει και θεωρητικό μέρος, και εργαστηριακό-προγραμματιστικό. 

Και φέτος το μάθημα θα πραγματοποιηθεί εξ αποστάσεως.

Στην κατηγορία  Σύνδεσμοι θα βρείτε το zoom link για όλες τις διαλέξεις του μαθήματος

Βασικές τεχνικές γραφικής και τρισδιάστατων γραφικών. Χρήσιμες μαθηματικές μέθοδοι. Μετασχηματισμοί (μετατόπιση, περιστροφή, αλλαγή κλίμακας). Εξισώσεις σχεδιασμού (rendering equation). Τοπικά και ολικά μοντέλα διάχυτης και κατοπτρικής ακτινοβολούμενης ενέργειας (local, global illumination). Αλγόριθμοι φωτορεαλισμού, shaders. Κρυφές επιφάνειες και τεχνικές σκίασης. Αλλα θέματα (ray tracing, radiosity, path tracing, color theory, antialiasing, animation, visualization). Βελτιστοποιήσεις αλγορίθμων βασισμένων σε μοντέλα αντίληψης. Υπολογιστικά μέτρα πιστότητας. Βασικές πλατφόρμες υλοποίησης διαδραστικών τρισδιάστατων υπολογιστικών γραφικών σε πραγματικό χρόνο. Περιφερειακά εισόδου-εξόδου και εικονικής πραγματικότητας. Εκπόνηση εργασίας σε περιβάλλον Unity3D.

Δίκτυα Η/Υ 2 με έμφαση στα:

• Ασύρματα Δίκτυα
• Ασφάλεια Δικτύων
• Δικτυακός Προγραμματισμός

Material:

• Access Networks, Performance Metrics, Protocol Layers(Chapter_1_v8.2.pptx)

• Transport Layer (Chapter_3_v8.2.pptx)
  • Transport layer services
  • Multiplexing/Demultiplexing
  • TCP (reliable transfer/congestion control) 
  • UDP (unreliable transfer)

• Network Layer (Chapter_4_v8.2.pptx)
  • Discussion on Controls vs Data Plane

• Data link Layer (Chapter_6_v8.2.pptx)
  • Error detection correction
  • Multiple Access Protocols
  • Addressing
• Wireless and Mobile Networks (Chapter_7_v8.2.pptx)
  • Wireless links and networks characteristics
  • Wireless LANS (Wi-Fi)

• IEEE 802.11 Overview (802.11_Overview.pptx)

• IEEE 802.11 Evolution (802.11_Evolution.pptx)

• IEEE 802.11 Algorithms

• Network Security (Chapter_8_v8.1.pptx)

Το μάθημα εξηγεί την βασική φιλοσοφία των δικτυακών τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται σήμερα, και τις απομυθοποιεί. Ξεκινάμε συμβατικά, από τα ανώτερα στρώματα εφαρμογής και προχωράμε προς τις τεχνολογίες στρωμάτων μεταφοράς και δικτύου, αποκωδικοποιώντας και αναλύοντας όλα τα απαραίτητα ενδιάμεσα πρωτόκολλα για την αποστολή/λήψη π.χ. ενός e-mail ή μιας ιστοσελίδας. Παρουσιάζεται επίσης, βιβλιογραφία και νέες τάσεις  σε θέματα ποιότητας υπηρεσιών (QoS, π.χ. active queue management). Επίσης, γίνεται εισαγωγή σε θέματα ασφάλειας δικτύων. Τέλος, παρουσιάζονται και αποδεικνύονται βασικά θεωρήματα δικτύων δεδομένων τα οποία κάθε μηχανικός πρέπει να γνωρίζει.

Το μάθημα περιλαμβάνει εξοικείωση με βασικά δικτυακά εργαλεία (π.χ. tcpdump, traceroute, netstat κλπ) και δικτυακό προσομοιωτή (ns-2) για διαδραστική εξάσκηση (και διασκέδαση), στοιχεία θεωρίας ουρών και πιθανοτικής ανάλυσης βασικών πρωτοκόλλων/αλγορίθμων.

Παρακολούθηση κατάστασης, διάγνωση και πρόγνωση σφαλμάτων ηλεκτρικών μηχανών (ΗΜ), Ταυτοποίηση και διαφοροποίηση σφαλμάτων, Εσφαλμένα θετική ή αρνητική διάγνωση σφάλματος, Σπασμένες μπάρες κλωβού επαγωγικών κινητήρων, Απομαγνήτιση μηχανών μονίμων μαγνητών, Εσωτερικά βραχυκυκλώματα στάτη ΗΜ, Στατική, δυναμική και μεικτή εκκεντρότητα ΗΜ, Σφάλματα εδράνων, Εσωτερικά βραχυκυκλώματα σε μηχανές με τύλιγμα δρομέα, Μόνιμη και δυναμική κατάσταση λειτουργίας ΗΜ, Εκκίνηση επαγωγικών κινητήρων, Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (DFIG), Σχεδιασμός ΗΜ, Ηλεκτρομαγνητική ανάλυση ΗΜ, Μηχανή μαγνητικής αντίδρασης (Reluctance), Υπεραγώγιμες γεννήτριες, ΗΜ αξονικής ροής, Γήρανση μονώσεων και τεστ μερικών εκκενώσεων. Ανάλυση υπογραφών ρεύματος στάτη (MCSA), Ανάλυση υπογραφών μαγνητικής ροής διακένου και ροής σκέδασης, Ηλεκτρομαγνητική και μηχανική ροπή, Μέθοδος του διανύσματος Park. 

Σύνολα, σχέσεις, αλφάβητα, γλώσσες. Πεπερασμένα αυτόματα, κανονικές εκφράσεις, κανονικές γλώσσες. Ισοδυναμία πεπερασμένων αυτομάτων και κανονικών εκφράσεων. Ελαχιστοποίηση αυτομάτων. Λεκτική ανάλυση. Αυτόματα στοίβας, γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα, γλώσσες χωρίς συμφραζόμενα. Ισοδυναμία αυτομάτων στοίβας και γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα. Συντακτική ανάλυση. Μηχανές Turing και επεκτάσεις τους, γραμματικές χωρίς περιορισμούς, αναδρομικές γλώσσες. Μη ντετερμινισμός, μη ντετερμινιστικές μηχανές Turing, αναδρομικά απαριθμήσιμες γλώσσες. Ιεραρχία γλωσσών. Αποφασισιμότητα, υπολογισιμότητα, μη επιλυσιμότητα. Η θέση των Church και Turing. Καθολικές μηχανές Turing, αναγωγές. Το θεώρημα του Rice. Υπολογιστική πολυπλοκότητα και κλάσεις πολυπλοκότητας. NP-πληρότητα και πολυωνυμικές αναγωγές. Το θεώρημα του Cook. Αντιμετώπιση NP-πληρότητας. Εφαρμογή στο πρόβλημα της μεταγλώττισης και εργαστηριακή διδασκαλία των εργαλείων flex, bison, jison.

Περιγραφή      Zoom      Videos 

Σύνολα, σχέσεις, αλφάβητα, γλώσσες. Πεπερασμένα αυτόματα, κανονικές εκφράσεις, κανονικές γλώσσες. Ισοδυναμία πεπερασμένων αυτομάτων και κανονικών εκφράσεων. Ελαχιστοποίηση αυτομάτων. Λεκτική ανάλυση. Αυτόματα στοίβας, γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα, γλώσσες χωρίς συμφραζόμενα. Ισοδυναμία αυτομάτων στοίβας και γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα. Συντακτική ανάλυση. Μηχανές Turing και επεκτάσεις τους, γραμματικές χωρίς περιορισμούς, αναδρομικές γλώσσες. Μη ντετερμινισμός, μη ντετερμινιστικές μηχανές Turing, αναδρομικά απαριθμήσιμες γλώσσες. Ιεραρχία γλωσσών. Αποφασισιμότητα, υπολογισιμότητα, μη επιλυσιμότητα. Η θέση των Church και Turing. Καθολικές μηχανές Turing, αναγωγές. Το θεώρημα του Rice. Υπολογιστική πολυπλοκότητα και κλάσεις πολυπλοκότητας. NP-πληρότητα και πολυωνυμικές αναγωγές. Το θεώρημα του Cook. Αντιμετώπιση NP-πληρότητας. Εφαρμογή στο πρόβλημα της μεταγλώττισης και εργαστηριακή διδασκαλία των εργαλείων flex, bison, jison.

Περιγραφή     Περίγραμμα

Σύνολα, σχέσεις, αλφάβητα, γλώσσες. Πεπερασμένα αυτόματα, κανονικές εκφράσεις, κανονικές γλώσσες. Ισοδυναμία πεπερασμένων αυτομάτων και κανονικών εκφράσεων. Ελαχιστοποίηση αυτομάτων. Λεκτική ανάλυση. Αυτόματα στοίβας, γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα, γλώσσες χωρίς συμφραζόμενα. Ισοδυναμία αυτομάτων στοίβας και γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα. Συντακτική ανάλυση. Μηχανές Turing και επεκτάσεις τους, γραμματικές χωρίς περιορισμούς, αναδρομικές γλώσσες. Μη ντετερμινισμός, μη ντετερμινιστικές μηχανές Turing, αναδρομικά απαριθμήσιμες γλώσσες. Ιεραρχία γλωσσών. Αποφασισιμότητα, υπολογισιμότητα, μη επιλυσιμότητα. Η θέση των Church και Turing. Καθολικές μηχανές Turing, αναγωγές. Το θεώρημα του Rice. Υπολογιστική πολυπλοκότητα και κλάσεις πολυπλοκότητας. NP-πληρότητα και πολυωνυμικές αναγωγές. Το θεώρημα του Cook. Αντιμετώπιση NP-πληρότητας. Εφαρμογή στο πρόβλημα της μεταγλώττισης και εργαστηριακή διδασκαλία των εργαλείων flex, bison, jison.

Περιγραφή     Περίγραμμα

Σύνολα, σχέσεις, αλφάβητα, γλώσσες. Πεπερασμένα αυτόματα, κανονικές εκφράσεις, κανονικές γλώσσες. Ισοδυναμία πεπερασμένων αυτομάτων και κανονικών εκφράσεων. Ελαχιστοποίηση αυτομάτων. Λεκτική ανάλυση. Αυτόματα στοίβας, γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα, γλώσσες χωρίς συμφραζόμενα. Ισοδυναμία αυτομάτων στοίβας και γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα. Συντακτική ανάλυση. Μηχανές Turing και επεκτάσεις τους, γραμματικές χωρίς περιορισμούς, αναδρομικές γλώσσες. Μη ντετερμινισμός, μη ντετερμινιστικές μηχανές Turing, αναδρομικά απαριθμήσιμες γλώσσες. Ιεραρχία γλωσσών. Αποφασισιμότητα, υπολογισιμότητα, μη επιλυσιμότητα. Η θέση των Church και Turing. Καθολικές μηχανές Turing, αναγωγές. Το θεώρημα του Rice. Υπολογιστική πολυπλοκότητα και κλάσεις πολυπλοκότητας. NP-πληρότητα και πολυωνυμικές αναγωγές. Το θεώρημα του Cook. Αντιμετώπιση NP-πληρότητας. Εφαρμογή στο πρόβλημα της μεταγλώττισης και εργαστηριακή διδασκαλία των εργαλείων flex, bison, jison.

Περιγραφή [pdf] --- Περίγραμμα [pdf]

Σύνολα, σχέσεις, αλφάβητα, γλώσσες. Πεπερασμένα αυτόματα, κανονικές εκφράσεις, κανονικές γλώσσες. Ισοδυναμία πεπερασμένων αυτομάτων και κανονικών εκφράσεων. Ελαχιστοποίηση αυτομάτων. Λεκτική ανάλυση. Αυτόματα στοίβας, γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα, γλώσσες χωρίς συμφραζόμενα. Ισοδυναμία αυτομάτων στοίβας και γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα. Συντακτική ανάλυση. Μηχανές Turing και επεκτάσεις τους, γραμματικές χωρίς περιορισμούς, αναδρομικές γλώσσες. Μη ντετερμινισμός, μη ντετερμινιστικές μηχανές Turing, αναδρομικά απαριθμήσιμες γλώσσες. Ιεραρχία γλωσσών. Αποφασισιμότητα, υπολογισιμότητα, μη επιλυσιμότητα. Η θέση των Church και Turing. Καθολικές μηχανές Turing, αναγωγές. Το θεώρημα του Rice. Υπολογιστική πολυπλοκότητα και κλάσεις πολυπλοκότητας. NP-πληρότητα και πολυωνυμικές αναγωγές. Το θεώρημα του Cook. Αντιμετώπιση NP-πληρότητας. Εφαρμογή στο πρόβλημα της μεταγλώττισης και εργαστηριακή διδασκαλία των εργαλείων flex, bison, jison.

Περιγραφή [pdf] --- Περίγραμμα [pdf]

Εισαγωγή στην μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με την βοήθεια στοχαστικών διαδικασιών: σύντομη επανάληψη διακριτών τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Bernoulli και αθροίσματα ανεξάρτητων τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Poisson και οι κύριες ιδιότητες της, διακριτές αλυσίδες Markov (ιδιότητες, κατηγοριοποίηση καταστάσεων, οριακή συμπεριφορά).

Εισαγωγή στη μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με τη βοήθεια της θεωρίας ουρών αναμονής (Θεώρημα Little, οι Μαρκοβιανές ουρές αναμονής M/M/1,M/M/m/m, η ουρά αναμονής με γενικευμένη κατανομή χρόνων εξυπηρέτησης, ουρά αναμονής M/G/1 με περιόδους διακοπής του εξυπηρετητή, ουρές αναμονής με προτεραιότητες).

Σχεδίαση, μοντελοποίηση και ανάλυση απόδοσης πρωτοκόλλων προσπέλασης μέσου για: 1) ασύρματα δίκτυα ενοποιημένων υπηρεσιών φωνής / δεδομένων / συμπιεσμένου video, 2) ραδιοδίκτυα μετάδοσης πακέτων, 3) ενσύρματα μητροπολιτικά / τοπικά δίκτυα υψηλών ταχυτήτων και ασύρματα τοπικά δίκτυα. Τεχνικές χρονοπρογραμματισμού των μεταδόσεων σε δίκτυα επικοινωνιών.

Εισαγωγή στην μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με την βοήθεια στοχαστικών διαδικασιών: σύντομη επανάληψη διακριτών τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Bernoulli και αθροίσματα ανεξάρτητων τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Poisson και οι κύριες ιδιότητές της, διακριτές αλυσίδες Markov (ιδιότητες, κατηγοριοποίηση καταστάσεων, οριακή συμπεριφορά).

Εισαγωγή στην μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με τη βοήθεια της θεωρίας ουρών αναμονής (Θεώρημα Little, οι Μαρκοβιανές ουρές αναμονής M/M/1, M/M/m/m, η ουρά αναμονής με γενικευμένη κατανομή χρόνων εξυπηρέτησης, ουρά αναμονής M/G/1 με περιόδους διακοπής του εξυπηρετητή, ουρές αναμονής με προτεραιότητες).

Σχεδίαση, μοντελοποίηση και ανάλυση απόδοσης πρωτοκόλλων προσπέλασης μέσου για: 1) ασύρματα δίκτυα ενοποιημένων υπηρεσιών φωνής / δεδομένων / συμπιεσμένου video, 2) ραδιοδίκτυα μετάδοσης πακέτων, 3) ενσύρματα μητροπολιτικά / τοπικά δίκτυα υψηλών ταχυτήτων και ασύρματα τοπικά δίκτυα. Τεχνικές χρονοπρογραμματισμού των μεταδόσεων σε δίκτυα επικοινωνιών.

Εισαγωγή στην μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με την βοήθεια στοχαστικών διαδικασιών: σύντομη επανάληψη διακριτών τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Bernoulli και αθροίσματα ανεξάρτητων τυχαίων μεταβλητών, η στοχαστική διαδικασία Poisson και οι κύριες ιδιότητές της, διακριτές αλυσίδες Markov (ιδιότητες, κατηγοριοποίηση καταστάσεων, οριακή συμπεριφορά).

Εισαγωγή στην μοντελοποίηση δικτύων επικοινωνιών με τη βοήθεια της θεωρίας ουρών αναμονής (Θεώρημα Little, οι Μαρκοβιανές ουρές αναμονής M/M/1, M/M/m/m, η ουρά αναμονής με γενικευμένη κατανομή χρόνων εξυπηρέτησης, ουρά αναμονής M/G/1 με περιόδους διακοπής του εξυπηρετητή, ουρές αναμονής με προτεραιότητες).

Σχεδίαση, μοντελοποίηση και ανάλυση απόδοσης πρωτοκόλλων προσπέλασης μέσου για: 1) ασύρματα δίκτυα ενοποιημένων υπηρεσιών φωνής / δεδομένων / συμπιεσμένου video, 2) ραδιοδίκτυα μετάδοσης πακέτων, 3) ενσύρματα μητροπολιτικά / τοπικά δίκτυα υψηλών ταχυτήτων και ασύρματα τοπικά δίκτυα. Τεχνικές χρονοπρογραμματισμού των μεταδόσεων σε δίκτυα επικοινωνιών.

Δομή δικτύων μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, στοιχεία γραμμών μεταφοράς (Γ.Μ.) και διανομής, ηλεκτρικοί υποσταθμοί. Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και μοντέλα Γ.Μ. Αντιστάθμιση άεργου ισχύος. Κυματικά φαινόμενα και διάδοση κυμάτων σε Γ.Μ. DC και AC ροή ισχύος. Βέλτιστη ροή ισχύος. Στατική ανάλυση ασφάλειας. Χρέωση συστήματος μεταφοράς. Μεταφορά με συνεχές ρεύμα. Φορτία συστήματος διανομής. Υπολογισμός τάσεων και απωλειών σε δίκτυα διανομής (συγκεντρωμένα, διανεμημένα φορτία). Ρύθμιση τάσης δικτύου διανομής. Χρέωση Καταναλωτών. Τεχνολογίες έξυπνων συστημάτων διανομής. ∆ιαχείριση έξυπνων συστημάτων διανομής. Βέλτιστη επαναδιαμόρφωση δικτύου διανομής. Επιδράσεις στα δίκτυα διανομής από τη διασύνδεση ΑΠΕ και ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Το μάθημα δεν διαθέτει περιγραφή

Το μάθημα δεν διαθέτει περιγραφή

Το μάθημα δεν διαθέτει περιγραφή

Η Υπολογιστική Γεωμετρία είναι η υποπεριοχή των αλγορίθμων που εφαρμόζονται σε γεωμετρικά προβλήματα. Θα εξετάσουμε τις βασικές αρχές και τεχνικές που διέπουν την επεξεργασία γεωμετρικών δεδομένων και την επίλυση διακριτών γεωμετρικών προβλημάτων. Το μάθημα αυτό είναι θεωρητικό. Πραγματεύεται κυρίως τη μαθηματική και αλγοριθμική υποδομή που χρειάζεται κάποιος που προσεγγίζει θέματα Υπολογιστικής Γεωμετρίας.