Porota B : matematika – fyzika – geologie

[katerina smickova]

Předseda poroty: Mgr.Petr Otipka, VŠB TU
členové poroty:
Mgr.Eva Mertová, Ostravské muzeum
Mgr.Jitka Krčková,Ph.D, VŠB TU

[Petr Otipka]

Vážené kolegyně,
zkouším, zda funguje spojení komise.
Předpokládám, že 7.5.2020 bychom mohli dodržet následující časový harmonogram:
9:00 – 9:30 vložení otázek pro soutěžící jednotlivými porotci,
9:30 – 10:00 – vypracování odpovědí soutěžícími a vložení na fórum,
10:00 – 11:00 – prostudování odpovědí, porada, hlasování poroty,
do 12:00 – zapsání výsledků krajského kola na fórum.
Vyjádřete se prosím, zda souhlasíte s navrženým, případně přes kterou platformu byste preferovaly poradu a hlasování poroty.
Děkuji.
Petr Otipka

[Eva Mertová]

Spojení navázáno, zítra na shledanou
Eva Mertová

[Petr Otipka]

INFORMACE PRO SOUTĚŽÍCÍ
Časový harmonogram:
9:00 – 9:30 vložení otázek pro soutěžící jednotlivými porotci,
9:30 – 10:00 – vypracování odpovědí soutěžícími a vložení na fórum,
10:00 – 11:00 – prostudování odpovědí, porada, hlasování poroty,
do 12:00 – zapsání výsledků krajského kola na fórum.

[Eva Mertová]

MATEMATIKA:
Patrik Kula:
Musel jste se naučit FORTRAN kvůli práci SOČ nebo jste ho znal a používal už předtím?
Martin Biroščák:
Část práce v češtině uvádíte jako překlad. Byla práce původně napsaná anglicky a proč?

FYZIKA:
Dominik Walder:
Jak se vaše teorie vypořádá se zákonem o zachování hmotnosti?

GEOLOGIE, GEOGRAFIE:
Vojtěch Polák:
Uvádíte, že jste většinu dat nahrál do databáze Biolog – nahrával jste i do jiných aplikací?
Jak byste stávající databáze seřadil podle přehlednosti, přístupu k datům a možnosti vkládání nových dat?
Jsou vámi mapované čtverce v katastru jedné obce (městské části) nebo zasahují do více katastrálních území?

Daniel Vozňák:
Jaký typ ložiska je ložisko Zlaté Hory?
Vyjmenováváte kovy, které se zde těžily, ale jen zlato se těžilo v ryzí formě. Ze kterých minerálů se získávala měď, zinek, olovo a další?

Jiří Šalajka:
Jaký časový plán máte pro další rozšíření stránek a co chcete přidávat jako první?

[Petr Otipka]

DOTAZY A POZNÁMKY – MATEMATIKA
Obě práce jsou velmi zdařilé po obsahové i formální stránce, studenti se při řešení problémů dostali velmi daleko. Navíc je zřejmé pokračování a další uplatnění výsledků. Konkrétní dotazy:
PATRIK KULA:
• K testování byly použity funkce nejvýše dvou proměnných. V závěru je zmiňována možná použitelnost na složitějších úlohách (např. řešení regresní úlohy metodou nejmenších čtverců může znamenat hledání hodnot desítek (a více) neznámých koeficientů v regresní funkci) – byla testována i pro funkce více proměnných?
• Vysvětlete, prosím, důvod použití funkce (3.3). Co má tato funkce společného s normálním rozdělením pravděpodobnosti?

MARTIN BIROŠČÁK
• Při prezentaci jsem na obrazovce takřka nic neviděl.
• Celá práce je napsaná v množném čísle, matematický popis je výrazně nad úrovní střední školy. Můžete, prosím, přesně popsat Váš příspěvek při řešení problému?

DOTAZY A POZNÁMKY – FYZIKA
ALEŠ SOCHA
• Velmi kvalitní práce – obsah, formát i samotná prezentace obsahující realizaci vlastních nápadů.
• Vysvětlete, prosím, proč je průběh závislosti šumu na teplotě v grafu 2 hladká křivka a proč je teplota v rozsahu <-15,15> (obojí na rozdíl od grafu 1).

DOMINIK WALDER
• Fyzika je exaktní vědní obor. Teorii (byť obsahující zajímavé myšlenky) proto nelze stavět na domněnkách. Bez otázek.

PETRA PLONKOVÁ, JANA ZAVADILOVÁ
• Velmi zdařilá práce s poněkud rozvláčným teoretickým úvodem, ale velmi kvalitními experimentálními výstupy.
• Proč byla magnetooptická křivka měřena v longitudinální konfiguraci?

[Aleš Socha]

Dobrý den,
děkuji za Vaše hodnocení.
1. Vysvětlete, prosím, proč je průběh závislosti šumu na teplotě v grafu 2 hladká křivka a proč je teplota v rozsahu <-15,15> (obojí na rozdíl od grafu 1).

Teplota je v tomto intervalu, neboť první testování detektorů probíhalo ve starším mrazáku, kde jsem byl schopen snížit teplotu maximálně na – 15 stupňů. Takto proběhly také testy s detektorem s přiloženým napětím 400 V. Ovšem během mé práce v laboratořích, která trvala 3 týdny, jsem dostal k dispozici novější mrazák, ve kterém jsem již teplotu mohl plně kontrolovat a dosáhnou teploty až – 40 stupňů. V tomto mrazáku jsem již prováděl testy s detektorem s přiloženým napětím a pracoval již téměř výhradně na zefektivnění testovacího postupu a určení poměru signálu a šumu v detektoru s přiloženým napětím. Měření bez přiloženého vysokého napětí jsem v novém mrazáku již neprováděl, neboť data z měření v intervalu <-15,15> byla již dostatečně průkazná. Hladkou křivku jsem použil z toho důvodu, že se mi více líbila její podoba a vyjádření závislosti.

[Patrik Kula]

Fotran jsem se naučil v rámci této stáže, před tím jsem uměl programovat v Pythonu a v C++. Skupina MolDyn, pod kterou k jejíž práci jsem se připojil, pracuje ve Fortranu, proto v zájmu kompatibility jsem v něm musel také programovat.

[Jitka Krčková]

Dobrý den, moc oceňuji vaši aktivitu a schopnost dělat něco nad rámec vašich běžných povinností.
Tato forma komunikace určitě nenahradí osobní kontakt, kde bych měla spoustu dílčích otázek.
Snad jen technická poznámka. Při sledování vašich prezentací je mnohdy špatně rozlišitelný
text a obrázky na monitoru.

Obor: 1. matematika a statistika ( U obou také oceňuji aplikaci vlastních algoritmů v programech.)

Globální optimalizace pomocí genetických algoritmů: Není mi jasná volba mutace,
jak zajistím, že se (s velkou pravděpodobností) nezaseknu v nějakém lokálním minimu?

Modelování biochemické aktivity sloučenin s využitím strojového učení s učitelem: Zaujalo mě
hodnocení kvality modelu. Dávají jednotlivé metriky podobné výsledky, nebo výrazně jiné.
Kterou jste si vybral a proč?

Obor: 2. fyzika

Automatizace testování stripových křemíkových detektorů pro experiment ATLAS v CERN:
Líbí se mi vlasní pojetí a nápady při testování.
Proč je nutná teplota v mrazáku -40°C pro testování vzorku od -20°C do 20°C?
Nikdy jsem neviděla Julabo, jaký má zdroj?

Negativní teorie:
Pokračujte, třeba opravdu najdete odpovědi na zatím nevyřešené otázky a zaplníte tak díry v jiných teoriích.

Studium objemových a povrchových magnetických vlastností materiálu Co72,5Si12,5B15:
Máte velké teoretické vědomosti, které dokážete použít při konkrétním testování vlastností.
Proč jste zvolily právě tento materiál?

Obor: 5. geologie, geografie
S chutí jsem si přečetla vaše zajímavé a přínosné práce.
Hlavní hodnocení ale ponechám na mnohem zasvěcenější kolegyni.

[Daniel Vozňák]

Dobrý den,

zasílám Vám odpovědi na Vaše otázky.

1. Zlatohorská ložisková struktura je součástí devonského vulkanosedimentárního komplexu metamorfovaných hornin vrbenské série. Tvoří ji sulfidická ložiska s rudami Cu, Pb, Zn, Au a Ag. Ložiska Zlaté Hory jih a Hornické skály tvoří monometalické Cu-rudy, Zlaté Hory východ a západ polymetalické rudy (především Cu, Zn, Pb). Dále je na Zlatohorsku několik rýžovišť.

2. Zinek se získává ze sfaleritu, olovo z galenitu, měď například z chalkopyritu. Na lokalitě se objevuje taktéž ryzí měď. Dále bylo těženo i stříbro, kdy je hlavní nositel minerál galenit. Z pyritu byl získávan vitriol – kyselina sírová.

Daniel Vozňák

[Jiří Šalajka]

Dobrý den,
omlouvám se za rozsáhlost odpovědi, ale nedalo by mi, kdybych cokoliv z odpovědi vynechal.

Časový harmonogram je vzhledem k současné situaci velmi těžké určit. I když jsme měli vymyšlený přibližný plán dalšího rozvoje a implementace mapy, byli jsme donuceni od něho upustit, a to z toho důvodu, že se nemůžu dostatečně kvalitně spojit s katedrou, městem či jinými uživateli…

Jako první bych chtěl do mapy implementovat oddíl turistických průvodců. Jednalo by se ze začátku o minimálně 10 průvodců (tyto průvodce bych dále rozšiřoval), kde by byla na mapě zobrazena trasa, spočítána vzdálenost i časová délka trasy, výškový profil, náročnost apod. Průvodci by byly doplněny efektivními fotografie a popisem, co může uživatel po trase shlédnout. Zkrátka uživatel mapy by si vybral trasu a kromě toho, že by dojel na dané místo, by nemusel nic řešit. Chtěl bych ukázat ty největší krásy Bruntálska (hlavně ty skryté a málo známé). Částečnou spolupráci mám rozjednanou se svými přáteli, dále sám aktivně sbírám data. Mimo to bych chtěl oslovit uživatele na Facebooku ve skupině turistika Jeseníky (Věřím, že zde by se nějací podobní nadšenci jako já našli.). Termín je čistě orientační za cca 3 měsíce.

Mimo to jsem vášnivý cyklista, a proto bych chtěl vytvořit přínosné stránky pro cyklisty. Ty by spočívaly v podobném námětu (viz odstavec výše) akorát pro cyklisty. Kromě toho bych chtěl znázornit například nejlepší vrcholy v okolí, servisy apod. Prostě vše, co se cyklistovi může hodit. Data bych chtěl sbírat v létě. Dále ale následuje poměrně dlouhé zpracování dat, aby výsledky byly opravdu kvalitní, proto bych termín viděl cca v říjnu/listopadu.

Již od minulého roku sbírám na svých cestách 360° fotky. Již jich mám poměrně dostatek, nicméně jejich zakomponování do mapy není úplně jednoduché. Zřejmě budu muset tuto část mapy sám doprogramovat. Z těchto důvodu bych implementaci této části viděl ke konci tohoto roku.

Poté, co bych dokončil všechny tyto 3 nejdůležitější rozšíření mapy, chtěl bych provést dotazníkové šetření mezi uživateli mapy a následně dle jejich referencí optimalizovat mapu. Termín je orientačně jaro 2021. V této části bych chtěl oslovit ke spolupráci město Bruntál a KGI UPOL. Myslím si, že tato část je velmi důležitá, protože po vylepšeních bude mapa více atraktivní pro své uživatele.

Dále nás napadají další nápady, jak rozšířit mapu, ale ty již nejsou tak rozsáhlé a přínosné. Po optimalizaci mapy se budu snažit najít uživatele, kteří by chtěli převzít správu mapy. Příští rok totiž maturuji a mám v plánu jít studovat do Prahy, a tak bych neměl na správu, aktualizaci a další rozšiřování mapy dostatek času. Sám ale nechci, aby mapa ztratila svoji hodnotu, protože mi dalo hodně času ji vytvořit, a proto bych ji rád někomu předal. Dále bych chtěl rozšířit spolupráci s městem Bruntál, pro které je mapa primárně vytvořena a pro které jsem chtěl jako jeho rodák něco udělat.

Pěkný den,
JŠ

[Martin Biroščák]

Část práce v češtině uvádíte jako překlad. Byla práce původně napsaná anglicky a proč?

Mým porozuměním je, že angličtina je jazykem vědecké komunity, a jelikož je SOC úzce spjata s vědeckou prací, přišlo mi jako přirozené psát práci anglicky. Já i můj vedoucí angličtinu preferujeme, proto jsem ji použil. Původní záměr bylo práci odevzdat v angličtině, což se nevydařilo, a musela být přeložena.

Při prezentaci jsem na obrazovce takřka nic neviděl
Za toto se omlouvám, věřím že při prezentaci na živo by to dopadlo mnohem lépe. Bohužel toto byl největší monitor u něž jsem měl šanci prezentaci natočit. Při případném postupu do vyššího kola a rozvolňování karantény zkusím video přetočit někde mimo domov.

Celá práce je napsaná v množném čísle, matematický popis je výrazně nad úrovní střední školy. Můžete, prosím, přesně popsat Váš příspěvek při řešení problému
Zatím jsem nepřečetl moc vědeckých článků, ale mým porozuměním je že anglické články se píšou buď v pasivním rodě, nebo moderněji v první osobě buď množného nebo jednotného čísla, já zvolil množné, separátně od toho že je to vlastně „má“ práce.
Nejsem si úplně jist jak myslíte tou druhou částí. Jestli se ptáte na to z jaké části je to má práce (1), nebo zda na to jaké má uplatnění v praxi (2). Odpovím proto na obě otázky.

ad 1) Práce se skládá vlastně ze dvou části, software a text. Je třeba přiznat že při prvním setkání jsem od mého vedoucího dostal kostru SVM třídy, ze které jsem začínal. Avšak veškerá implementace je moje. Tedy postaral jsem se o metriky, hyperoptimalizaci, klasifikaci, trénování modelu, vizualizaci dat… Samozřejmě hledání minima/maxima problému jsem přenechal balíčku třetí strany, abych „nemusel znovu vynalézat kolo“. Souhlasím, že matematika je na vyšší než středoškolské úrovni, a tak asi vyvstává otázka jestli to náhodou není plagiát od mojeho vedoucího či jiné strany. Očividně jsem použil algoritmus, který už někdo vymyslel, tudíž jsem věděl k čemu chci při výpočtech dojít, a kde mám začít, avšak výpočet, jimž jsem k výsledku došel je můj a dělal jsem jej sám. Mým příspěvkem je například tedy samotné převedení do duální formy, určení parciálních derivací vzhledem k nule, nalezení minima, převedení úlohy tak aby ji vyřešil řešič. Vlastně používám !jen! základní lineární algebru a trochu calculusu,
ze samotného oboru konvexní optimalizace jsem vlastně potřeboval pochopit jen metodu Lagrangovýxch multiplikátorů.

ad 2) O software je zájem a bude se nejspíš dál rozvíjet. Samotný text slouží jako shrnutí, a myslím že to že obsahuje odvození všech různých formulací je užitečné. Při vypracování práce jsem musel čerpat z mnoha zdrojů, a žádné neobsahovali všechno, když někdo narazí na moji práci, bude mít vše na jednom místě, hezky odvozeno.

Zaujalo mě
hodnocení kvality modelu. Dávají jednotlivé metriky podobné výsledky, nebo výrazně jiné.
Kterou jste si vybral a proč?
Většinou vyšší accuracy koresponduje s vyššími skóre u ostatních metrik, takže tímto způsobem jsou podobné. Jak jsem popsal v textu, každá metrika dělá a měří trochu něco jiného, tak jsem ohlásil výsledky ze všech . Při samotné optimalizaci jsem vybíral nejlepší model podle aritmetického průměru několika metrik.

[Patrik Kula]

Vážená poroto, děkuji za zajímavé dotazy, pokusím se Vám na ně co nejlépe odpovědět.

-Fotran jsem se naučil v rámci této stáže, před tím jsem uměl programovat v Pythonu a v C++. Skupina MolDyn, pod kterou k jejíž práci jsem se připojil, pracuje ve Fortranu, proto v zájmu kompatibility jsem v něm musel také programovat.

-Algoritmus byl testován i pro funkce s více proměnnými. Například v kapitole 4.1 jsem testoval rychlost konvergence pro funkci s 28 proměnnými. V současné době testuji algoritmus na neuronových sítích, kde mohou být i stovky proměnných.

-Tato funkce se používá na generování náhodných čísel s normálním rozdělením, při dosazení náhodných čísel z intervalu (0,1) za r, nám dá číslo z intervalu reálných čísel s normálním rozdělením a maximem v nule. Tato funkce je pouze aproximací, protože implementace normálního rozdělení odvozené z e^(x^2) je velmi výpočetně náročná a pomalá.

-Co se týká dotazu ohledně mutace, nejsem si jistý, co přesně máte na mysli. Nicméně mutace je operátor náhody, který přesune jedince do odlišného místa na ploše a hodnota v tomto místě může být buď nižší nebo vyšší. Pokud je nižší (jedinec je slabší), tak s největší pravděpodobností nebude mít možnost se rozmnožit. Naopak v případě, že bude vyšší, bude mít velké množství potomků a populace se začne přesouvat jeho směrem a tím pádem se přesune z minima pryč. Nalezení globálního minima je zaručené právě díky mutaci. Vzhledem ke složitosti některých funkcí a velikosti prohledávaného prostoru k tomu nemusí dojít v omezeném čase. V těchto případech se musíme spokojit s lokálním minimem s dostatečně vysokou hodnotou.

[Vojtěch Polák]

Vážení porotci,
posílám odpovědi na Vaše otázky.

Uvádíte, že jste většinu dat nahrál do databáze Biolog – nahrával jste i do jiných aplikací?
Z pozorování provedených při tvorbě práce jsem do jiné databáze nahrával pouze jednoho netopýra v prvním pozorování (A). A to z důvodu, že do databáze Biolog nelze nahrávat záznamy „méně přesné“, tedy jen „netopýr“ bez určení druhu. Toto jediné pozorování jsem nahrál do databáze Birds.cz (která umožnuje i zápis méně přesného „taxonu“ – „malý netopýr“).

Jak byste stávající databáze seřadil podle přehlednosti, přístupu k datům a možnosti vkládání nových dat?
ND AOPK je nejobsáhlejší a proto se v ní dá najít také největší množství dat. Co se přehlednosti týče je na tom také velmi dobře (lze vyhledávat podle druhu, data, místa (kvadrantu), pozorovatele a mnohých dalších parametrů. Do této databáze se nahrávají i obsahy jiných databází (Birds.cz, Biolog), proto je nejvhodnější pro zjišťování velkého objemu dat.
V databázi Biolog lze data prohlížet na mapovém podkladu i v tabulce (databáze ale pracuje poměrně pomalu).
Birds.cz je rozsahově menší, ale vyhledávání je zde také přehledné (jediná nevýhoda oproti předchozí je, že nelze vyhledávat podle kvadrantu, pouze podle kruhového výřezu mapy).
V databázi Biolib.cz nelze vyhledávat podle tolika parametrů (jen podle daného taxonu).
Databáze ČESON umožnuje vyhledávání pouze pomocí názvu obce (připadně její části).
U dvou specializovaných databází (Karbofuran.cz a Sražené zvíře) lze vyhledávat podle mapy (u prvního zmíněného jen celková mapa bez možnosti zvětšení u druhého mapa z možností zvětšení (na výběr Maps Google, OpenStreetMap, Mapy.cz a další).
U ND AOPK a Birds.cz lze také data exportovat jako tabulku.

Podle přehlednosti bych tedy databáze seřadil takto (od nejpřehlednějšího): ND AOPK, Birds.cz, Biolib.cz, Sražené zvíře, ČESON, Karbofuran.cz.
Podle možnosti vkládat nová data bych je seřadil následovně: Biolog (mobilní aplikace, přes web), Birds.cz (mobilní aplikace, přes web), Sražené zvíře (mobilní aplikace, přes web), Biolib.cz (přes Web), ČESON (přes web), Karbofuran.cz (přes web), ND AOPK (zde v podstatě nelze vkládat data, pokud člověk nemá jiný, než veřejný přístup).

Jsou vámi mapované čtverce v katastru jedné obce (městské části) nebo zasahují do více katastrálních území?
Mnou mapované kvadranty se vyskytují na katastrálních územích více obcí, konkrétně Krmelín, Ostrava-Proskovice, Stará Ves nad Ondřejnicí, Ostrava-Stará Bělá a menší částí také v katastru Ostravy-Hrabůvky.

S pozdravem Vojtěch Polák

[Aleš Socha]

Dobrý den,
děkuji za hodnocení mé práce.
1. Proč je nutná teplota v mrazáku -40°C pro testování vzorku od -20°C do 20°C?
Nikdy jsem neviděla Julabo, jaký má zdroj?

Jako minimální teplotu -40 stupňů jsem v práci zmínil především jako specifikum mrazáku, který tvořil testovací prostředí. Při provádění testů byl mrazák nastaven na teplotu – 20 stupňů. Julabo funguje na tom principu, že chladí případně ohřívá kapalinu, která trubičkou protéká přes kovovou destičku, která byla umístěna uvnitř testovacího prostředí a na níž byl upevněn detektor (to bylo nutné, aby bylo docíleno konzistentní teploty uvnitř testovacího prostředí a především na detektoru). Julabo mohlo kontrolovaně nastavit teplotu v rozmezí -20°C do 20°C, proto jsem testy prováděl právě v tomto teplotním intervalu. Julabo má klasický elektrický zdroj a je velké přibližně jako noční stolek.

[Petr Otipka]

Všem soutěžícím, kteří reagovali na mé dotazy, děkuji za velmi kvalitní odpovědi.

[Plonková, Zavadilová]

V longitudinální konfiguraci míří magnetické pole podél povrchu měřeného vzorku a zároveň leží v rovině dopadu. Aby došlo ke změně polarizace lineární na polarizaci eliptickou a pootočenou hlavní rovinou polarizace, je potřeba, aby magnetické pole leželo v rovině dopadu.

[Plonková, Zavadilová]

Snadná osa magnetizace není viditelná vždy, jen v longitudinální konfiguraci. Omlouváme se za pozdní reakce, nefungovalo nám spojení.

[Jitka Krčková]

Také děkuji za odpovědi.

[Eva Mertová]

Všem soutěžícím děkuji za odpovědi, i za to, že jste věnovali svůj čas práci navíc.
Eva Mertová

[Petr Otipka]

POŘADÍ PRACÍ V KRAJSKÉM KOLE 42. ROČNÍKU SOUTĚŽE SOČ
(vítězové postupují automaticky do celostátního kola)

Obor: 1. Matematika a statistika
1. Martin Biroščák: Modelování biochemické aktivity sloučenin s využitím strojového učení s učitelem
2. Patrik Kula: Globální optimalizace pomocí genetických algoritmů – komise doporučuje postup do celostátního kola

Obor č. 2: Fyzika
1. Aleš Socha: Automatizace testování stripových křemíkových detektorů pro experiment ATLAS v CERN
2. Petra Plonková, Jana Zavadilová: Studium objemových a povrchových magnetických vlastností materiálu Co72,5Si12,5B15
3. Dominik Walder: Negativní teorie

Obor č. 5: Geologie a geografie
1. Jiří Šalajka: Mapa s příběhem Bruntálska
2. Vojtěch Polák: Sezónní výskyt savců a ptáků v kvadrantu 6275 aneb využití síťového mapování v biologii
3. Daniel Vozňák: Mineralogie Zlatohorska

za krajskou komisi SOČ
Petr Otipka

[Autor]

Příspěvky