Математические методы и модели в биоинформатике

Продолжается серия научных докладов на заседаниях Ученого совета ИППИ РАН. Cотрудники поочередно рассказывают об исследованиях, проводимых в их лабораториях. Это удобный формат для знакомства с различными научными тематиками, представленными в Институте.

◼️ЗАВТРА (понедельник), 11:00, аудитория 615 + трансляция-онлайн
Заседание-семинар Ученого совета ИППИ РАН

Докладчик: доктор физико-математических наук, профессор Василий Любецкий

Тема: различные направления исследований и работы, выполненные сотрудниками лаборатории математических методов и моделей в биоинформатике ИППИ РАН

Аннотация: Центральный момент в исследованиях состоит в поиске моделей, которые описывают биологические явления (прежде всего, связанные с транскрипцией и трансляцией, с эволюцией геномов) так, что удаётся доказать точность и низкую вычислительную сложность модели. Такие модели и соответствующие алгоритмы, а также компьютерные программы на их основе соединяются с обширным счётом на биологических данных (на высокопроизводительной распределённой вычислительной системе), а результаты счёта (и, тем самым, модель) подвергаются экспериментальной проверке в дружественных лабораториях в тесном контакте с нами. Также используются эвристические описания/предикаты и алгоритмы, которые служат отправной точкой для математического исследования и компьютерного анализа. Некоторые задачи выходят за рамки биологической тематики; например, приведение предиката к простейшему виду рассматривается и для бесконечных множеств и моделей.

Семинар будет включать короткие сообщения некоторых ведущих сотрудников лаборатории.

#семинары_ИППИ на этой неделе

◼️ВТОРНИК, 16:00, аудитория 307 ИППИ
Семинар Добрушинской математической лаборатории

Докладчик: Александр Горский (ИППИ)

Тема: Фазовые диаграммы и критические явления в ансамбле возмущенных регулярных случайных графов

Аннотация: Ансамбль регулярных случайных графов (RRG) служит дискретной моделью двумерной квантовой гравитации, а также упрощенной моделью гильбертова пространства системы взаимодействующих частиц. Мы рассмотрим фазовую диаграмму и критическое поведение возмущенного ансамбля RRG. В первом случае, рассмотрен RRG ансамбль с валентностью d=3, взаимодействующий с массивным фермионом, и будет найдена и решена в планарном приближении матричная модель с неполиномиальным потенциалом. Найдена критическая кривая на плоскости параметров (космологическая постоянная, масса).
Во втором случае, мы вводим возмущение RRG с помощью химического потенциала m_k для числа коротких к-циклов на графе и опишем, комбинируя численные и аналитические аргументы, нетривиальную фазовую структуру модели на (m_k,d) плоскости параметров. Критические кривые описывают фазовые переходы кластеризации и локализации.

◼️ЧЕТВЕРГ, 15:40, аудитория 401 НМУ + трансляция в YouTube
Общемосковский междисциплинарный семинар «Глобус»

Докладчик: Ирина Парамонова (НМУ)

Тема: Юбилейный доклад

Аннотация: Доклад будет состоять из двух частей.
▪️Первая часть будет посвящена методу орбит, появившемуся в 1962 году в работе А.А.Кириллова. Устанавливая связь между таким сложным объектом, как пространство неприводимых унитарных представлений группы Ли G, и гораздо более простым объектом – пространством орбит группы G в коприсоединенном представлении, метод орбит часто подсказывает простые и геометрически наглядные ответы на основные вопросы теории представлений. Я расскажу, как метод орбит работает в задачах ограничения и индуцирования для разрешимых групп Ли.
▪️Вторая часть будет посвящена классификации простых бесконечномерных супералгебр Ли векторных полей.
Все специальные термины будут в докладе объяснены.

#семинары на этой неделе

ЧЕТВЕРГ

◼️15:00, зал заседаний ученого совета ИППИ + онлайн-трансляция
Семинар лаборатории зрительных систем

Докладчик: Ольга Чаганова (МФТИ)

Тема: Прикладные аспекты применения современных методов неслепой деконволюции изображений

Аннотация: Доклад посвящен определению текущего состояния области неслепой деконволюции изображений. Он делает акцент на выявлении границ применимости современных подходов в практических задачах. В магистерской диссертации предложены подходы по исследованию влияния различных эффектов на качество работы методов деконволюции, а также оценки устойчивости моделей к различным искажениям. По результатам исследования предложены рекомендации по наиболее эффективному использованию современных методов неслепой деконволюции, а также указаны способы повышения качества работы моделей за счет внедрения дополнительных практик при обучении нейросетевых моде­лей.


ПЯТНИЦА

◼️математический факультет ВШЭ (ул.Усачева 6, ауд. 427)
Традиционный День Арнольда.

Зарегистрироваться

🕝14:30 – 16:00
Арнольдовская лекция

Докладчик: Иван Панин (ПОМИ РАН)

Тема: Многозначные отображения и их применения

Аннотация: Идея многозначных отображений восходит к Риману.
Любая непостоянная мероморфная функция f на компактной связной гладкой комплексной кривой Х является разветвленным накрытием комплексной проективной прямой (сферы Римана). Эту же функцию f можно рассмотреть как обратное (многозначное) отображение: каждой точке х на проективной прямой сопоставляется её прообраз, рассматриваемый как неупорядоченный набор точек на Х, причём если в точке из прообраза есть ветвление, то она берётся с соответствующей кратностью. Многозначные отображения можно композировать и получить категорию Mult. Можно ввести отношение эквивалентности на таких отображениях (используя наивные многозначные гомотопии). Получится категория Bar( Mult) . Эта категория очень «гибкая»: в ней справедливы всё разумные леммы общего положения. Именно это свойство обеспечивает массу конкретных применений многозначных отображений. В лекции мы сделаем акцент на паре неожиданных применений, решающих две классические проблемы.

🕓16:00 – 16:30
Кофе-брейк

🕠16:30
Лекция Арнольдовского стипендиата

Докладчица: Светлана Широковских (НИУ ВШЭ)

Тема: «Суперпортовые цепи и обобщение матричной теоремы Кирхгофа о деревьях»

Аннотация: В своем докладе я расскажу о суперпортовых цепях. Это новое понятие, обобщающее электрические цепи. Такие цепи отличаются от обычных граничными условиями: граничные вершины разбиты на множества, и в каждом множестве сумма входящих токов равна нулю.
Я приведу основные определения для электрических и суперпортовых цепей, а также расскажу обобщения нескольких теорем для электрических цепей: теоремы о существовании и единственности и матричной теоремы Кирхгофа о деревьях.

Сегодня в 14:00 на математическом факультете ВШЭ начнется День Арнольда.

Зарегистрироваться

Академик Владимир Арнольд (1937-2010) — выдающийся математик, лауреат многочисленных премий. Работал в Москве (в МИАН и МГУ) и в Париже, возглавлял Московское математическое общество. Автор более 500 статей и около 50 книг. Он один из создателей теории особенностей, находящей многочисленные приложения как в математике, так и вне нее; один из авторов знаменитой теории КАМ (Колмогорова — Арнольда — Мозера). Владимир Игоревич внес огромный вклад в множество разделов математики. Его имя — во многих названиях теории динамических систем: теорема Лиувилля–Арнольда, язык Арнольда, диффузия Арнольда, кошка Арнольда (она же — окрошка) и т.д. А еще в честь него названа одна из малых планет — «Владаарнольдо».

Владимир Арнольд – один из основателей Независимого московского университета, уникального учебного заведения, открывшегося в 1991 по инициативе математиков-энтузиастов. В число основателей НМУ входят такие важные для ИППИ люди как Роланд Добрушин, Яков Синай и Александр Кириллов.

#научные_новости

Стрекающие (кишечнополостные) — это тип беспозвоночных животных, обитающих в воде, к которому относятся гидры, медузы и коралловые полипы, а также паразитические формы, такие как полиподии (живут в икре некоторых рыб) и сильно упрощенные Myxozoa, паразитирующие на рыбах и некоторых червях.

Несколько лет назад авторы исследования обнаружили, что один из подклассов Myxozoa под названием Myxosporea удивителен тем, что у них отсутствует огромное количество генов, отвечающих за апоптоз — запрограммированную клеточную гибель. Этот универсальный для животных механизм позволяет устранять опасные клетки, накопившие слишком большое количество мутаций или иных повреждений. Раковые клетки в ходе их патологической эволюции утрачивают гены-активаторы апоптоза. А изученные представители Myxosporea растеряли такие гены на фоне сильного упрощения строения тела.

Была выдвинута версия, что Myxosporea могут быть потомками «сбежавших» раковых клеток. О том, подтвердилась ли эта гипотеза — читайте по ссылке.

Промежуточные результаты исследований опубликованы в журнале Scientific Reports (издательская компания Nature Portfolio).

«Теория чисел и геометрия» — конференция памяти Алексея Зыкина

В этот четверг, в Математическом институте им. В.А. Стеклова пройдет VII мемориальная конференция «Теория чисел и геометрия», посвященная памяти Алексея Зыкина (1984-2017).

Конференция начнется в полдень и будет проходить в гибридном формате, все доклады будут транслироваться в Zoom.
Адрес МИАН: ул. Губкина, 8, аудитория 104.

В программе дня — доклады Петра Кучерявого, Андрея Трепалина, Екатерины Малыгиной и Алексея Пирковского. Расписание докладов и аннотации, а также форма регистрации доступны на сайте: https://zykin.mccme.ru/.

Алексей Зыкин — выпускник НМУ и мехмата МГУ, получил степень PhD в математическом институте Люмини (Марсель). Он был профессором университета Французской Полинезии, где руководил лабораторией GAATI (алгебраическая геометрия и приложения к теории информации); также работал в русско-французской лаборатории Понселе и в секторе алгебры и теории чисел ИППИ РАН (теперь это лаборатория). Работы Алексея Зыкина были удостоены премии Московского математического общества 2011 года. Он также был победителем конкурсов фонда Династия и фонда Саймонса.
Алексей трагически погиб в 32 года, вместе с женой и инструктором, во время глубоководного погружения у острова Туамоту во Французской Полинезии.

Night Photography Rendering Challenge

Вчера в Ванкувере на одной из крупнейших в мире конференций по компьютерному зрению и распознаванию образов CVPR (Computer Vision and Pattern Recognition) проходил воркшоп по компьютерной обработке фото и видеоизображений NTIRE 2023 (New Trends in Image Restoration and Enhancement). Заведующий сектором репродукции и синтеза цвета ИППИ РАН Егор Ершов не только в числе организаторов воркшопа, он также представил отчет о проведенном в феврале соревновании по рендерингу фотографий, снятых при ночном освещении.

Это уже второе соревнование по обработке ночных фотографий, придуманное и проведенное сектором. В прошлом году соревновались 30 команд из стран Европы и Азии, а в этом году — уже более 50! Большинство команд этого года из Китая, были также представители Италии, Германии, Турции, а кроме того сотрудники компаний Google, Samsung и Xiaomi. Перед участниками стояла задача создать такой алгоритм обработки RAW изображений, чтобы полученный результат были максимально приятен глазу и максимально приближен к зрительному восприятию. Качество измеряли без заранее подготовленной разметки, на уже сгенерированных изображениях, проводя с помощью Толоки, краудсорсинговой платформы, массовые попарные сравнения разных вариантов цветовой коррекции. На каждом этапе лучшие 10 решений отдельно оценивались профессиональным фотографом.

Если в прошлом году зрительские симпатии в основном совпадали с профессиональной оценкой, на этот раз были расхождения, и победители по двум номинациям отличаются, при том что тройка лидеров совпадает. В номинации «выбор фотографа», как и в прошлом году, победила команда Xiaomi, а предпочтения людей были отданы решению, предложенному научным коллективом Миланского университета.

Совсем скоро выйдет лонгрид, в котором Егор с коллегами раскрывают внутреннюю кухню соревнования и дают детальный обзор представленных решений. Stay tuned!

В качестве иллюстрации — сравнение результатов трех лучших команд.

#семинары на этой неделе

ЧЕТВЕРГ

◼️15:00, зал заседаний ученого совета ИППИ + онлайн-трансляция
Семинар лаборатории зрительных систем

Представление выпускных квалификационных работ студентов кафедры когнитивных технологий.

На семинаре трое студентов кафедры когнитивных технологий МФТИ представят свои выпускные квалификационные работы, выполненные под руководством и.о. м.н.с. лаборатории зрительных систем ИППИ РАН, н.с. ФИЦ ИУ РАН, к.т.н. Елены Лимоновой на темы:
▪️«Методы обучения вычислительно- и аппаратно-оптимальных нейросетевых моделей на примере биполярных морфологических нейронных сетей» (Михаил Зингеренко, 6 курс);
▪️«Создание вычислительно-оптимальных малобитных нейросетевых моделей для процессоров общего назначения с низкой потребляемой мощностью» (Артём Шер, 6 курс);
▪️«Обучение бинарных нейросетевых моделей с помощью непрерывных аппроксимаций» (Дмитрий Павлюченков, 4 курс).


ПЯТНИЦА

◼️17:00, онлайн-заседание в Skype
Московский телекоммуникационный семинар | https://wireless.iitp.ru/seminar

Докладчик: Сергей Петров, ИВМ РАН

Тема: Эффективные методы приближения матриц и тензоров в условиях неполных и зашумленных данных

Аннотация: В докладе будут рассмотрены свойства канала беспроводной связи, рассмотренного в формате многомерного тензора: такой тензор, согласно многолучевой модели, обладает ’хорошим’ приближением малого канонического ранга. Будет показано, что использование канонических приближений тензора канала позволяет эффективно решать задачи оценки и сжатия канала, так как канонический формат является малопараметрическим и обладает высокой устойчивостью к неточностям измерений. В частности, будут представлены аналитические оценки, показывающие зависимость устойчивости канонического тензора малого ранга к шуму от его размерности, а также рассмотрен алгоритм предсказания канала на основе экстраполяции канонических факторов, поддерживающий приемлемую точность на 20-160 миллисекунд вперед.

Для участия в семинаре необходимо заполнить Google-форму.

В ИППИ РАН образована новая лаборатория математических основ машинного обучения, которая будет специализироваться на математической статистике и математических методах анализа данных и оптимизации.

Лабораторию возглавит доктор физико-математических наук Александр Гасников, профессор Физтех-школы прикладной математики и информатики и Факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, главный научный сотрудник Сколтеха. Новая лаборатория позволит укрепить и без того тесное сотрудничество ИППИ с ведущими вузами Москвы.

Александр Гасников о новой лаборатории: «В наших планах — развивать сотрудничество с индустриальными партнерами, в частности, с Яндекс и Хуавей. Кроме того, мы стремимся усилить вполне успешно функционирующий механизм взаимовыгодного сотрудничества ИППИ с вузами, откуда в лабораторию могут приходить молодые ученые. А также постараться найти интересные темы для совместных исследований с другими активными группами ученых ИППИ РАН, в работе которых требуется анализ данных и оптимизация.
Но хотелось бы подчеркнуть, что несмотря на мотивацию решать практически важные задачи, лаборатория планирует в основном сосредотачиваться на исследованиях, в которых имеется хорошая научная составляющая, позволяющая математически строго обосновывать эффективность тех или иных предлагаемых решений».

С начала 2000-х годов ИППИ РАН стал выступать межинститутской площадкой для организации научных мероприятий самого высокого уровня по теме машинного обучения и оптимизации. Читайте далее и узнаете больше о семинаре «трёх оракулов», анализе нейроданных и других историях о Data Science в ИППИ!