Podívejte se na záznamy z obou přednášek a přečtěte si výtahy z nich přímo od jejich autorů.
Přednáška Libora Běhounka zájemcům na Dni otevřených dveří Ústavu informatiky AV ČR přiblížila pro mnoho lidí těžko pochopitelný svět fuzzy logiky. Populární formou ukázala třeba rozdíl mezi ostrými a neostrými pojmy, které k tomuto oboru náleží.
Matematická fuzzy logika
Logika je vědeckou disciplínou na pomezí matematiky, informatiky, lingvistiky a filozofie s historií sahající k Aristotelovi a starověkým stoikům. V logice studujeme vnitřní strukturu výroků a úsudků; cílem je najít obecné podmínky, za nichž nějaké tvrzení vyplývá z druhých.
Klasická, aristotelovská logika přitom rozlišuje pouze dva možné stavy pravdivosti: ano a ne, v počítačích reprezentované jako 1 a 0. Takové pojetí logiky se skvěle hodí pro matematiku, neboť v matematice jsou všechna tvrzení ostře rozdělena na pravdivá či nepravdivá: například tvrzení, že 5 je větší než 3, je (zcela) pravdivé, zatímco tvrzení, že 2 plus 2 rovná se 5, je (zcela) nepravdivé.
Mimo oblast matematiky je však situace složitější: drtivá většina našich pojmů totiž není vymezena dokonale ostře. Řekneme-li například "mladý člověk", nemáme obvykle na mysli žádnou konkrétní věkovou hranici, nýbrž jen jisté neostré věkové rozpětí, na jehož okraji člověk postupně přestává být mladým a začíná být ve středním věku.
Používání klasické dvouhodnotové logiky pro neostré pojmy je ve většině situací dostatečně dobrým přiblížením a věda s ním až dosud většinou vystačila. V sociologické studii například řekneme, že "mladým" míníme člověka do 35 let věku, a neostrý přechod mezi mládím a středním věkem pak můžeme zanedbat. Jsou ale situace, kdy nás takový přístup přivede do problémů. Již od starověku například filozofové zápasí s tzv. paradoxem hromady, který může být stručně formulován jako jednoduchá otázka, kdy přesně přestane být hromada písku hromadou, když z ní postupně odebíráme jednotlivá zrníčka. Paradoxně u žádného zrníčka nemůžeme říci, že právě ono je rozhodující, protože rozdíl jediného zrnka ani nepoznáme. Ukazuje se, že podobný paradox nastává překvapivě často (nejen u hromad) a souvisí právě s neostrou hranicí pojmů.
Jednou z možných odpovědí na paradox hromady je vzít neostrou hranici pojmů vážně a vedle dvou hodnot "ano" a "ne" připustit i částečnou pravdivost výroků – vyjadřovanou například slovy "tak trochu", "částečně", "do značné míry" apod. Tím se ovšem od klasické logiky dvouhodnotové dostaneme k neklasické logice s více pravdivostními stupni. Pro takovouto logiku modelující neostré pojmy se vžil anglický název "fuzzy logika"; žádný český překlad se dosud neujal. Slovo "fuzzy" znamená "neostrý, rozmazaný, nepřesný" (ale i "opilý"); je ovšem třeba zdůraznit, že fuzzy logika není sama nepřesná, ale je zcela přesnou teorií neostrých pojmů. Je také odlišná od teorie pravděpodobnosti, která studuje nejisté, nicméně ostře vymezené jevy.
Od svého vzniku v šedesátých až sedmdesátých letech našla fuzzy logika mnoho aplikací v průmyslu, medicíně i robotice – například ve strojovém řízení, v expertních diagnostických systémech, v automatických pračkách i digitálních fotoaparátech. Na Ústavu informatiky AV ČR se však zabýváme zejména teoretickým výzkumem fuzzy logiky: její axiomatizací, formální sémantikou či výpočetní složitostí. Ke zformování této disciplíny, zvané matematická fuzzy logika, v devadesátých letech zásadně přispěl profesor Petr Hájek. Jím založená vědecká škola působící na Ústavu informatiky a čítající zhruba desítku převážně mladých vědců je nyní jedním z celosvětově nejvýznamnějších hráčů na poli matematické fuzzy logiky.
Jak dýchá Země
Téma druhé přednášky byl koloběh CO2 v atmosféře a vysvětloval jej Pavel Juruš.
Uhlík je chemický prvek, který má v našem životě velmi výsadní postavení. Především jde o základní stavební kámen organické hmoty - bez uhlíku by na Zemi nemohl existovat život v klasické podobě, kterou vidíme všude kolem sebe. Právě díky živým organismům žijících před miliony lety je nyní velké množství uhlíku uloženo v různých formách a typech uhlí, zemního plynu a ropy, souhrnně nazývaných fosilní paliva.
Fosilní paliva jsou přitom bez nadsázky jedním z hlavních pilířů moderní civilizace a dnešní dobu můžeme nazývat věkem fosilních paliv. Masivní přechod k fosilním palivům, nejdříve ve formě uhlí, později se přidala ropa a zemní plyn, byl jedním z průvodních jevů průmyslové revoluce a nyní si už bez fosilních paliv nedovedeme představit téměř libovolné odvětví lidské činnosti, ať už jde o zemědělství, potravinářství, strojírenství, dopravu, chemický průmysl nebo další. Pokud by někdo mávnutím čarovného proutku zrušil veškeré zásoby paliv, za které vděčíme stovky milionů let starým organismům, výsledkem by pravděpodobně byl totální kolaps moderní civilizace, provázený hladomorem a úmrtím velké části lidstva.
Dalším místem, kde má uhlík nezastupitelné místo, je zemská atmosféra. Takzvané skleníkové plyny, mezi něž patří vodní pára, oxid uhličitý nebo metan, způsobují, že ze Země uniká ve formě infračerveného záření méně energie a u zemského povrchu je tak zhruba o 30 °C tepleji, než by bylo bez těchto plynů.
Oxid uhličitý je látkou, která propojuje všechny výše uvedené role uhlíku v našem životě. Je to nezbytná součást látkové výměny živých organismů, které na jedné straně oxid uhličitý přijímají jako vstupní zdroj při fotosyntéze a na druhé straně jej vylučují jako produkt dýchání. Dále je to produkt spalování fosilních paliv, která slouží jako hlavní zdroj energie všem moderním civilizacím. A nakonec je to nejdůležitější skleníkový plyn, kterému z velké části vděčíme za současné klimatické podmínky, na které je naše civilizace naladěna a na kterých je čím dál více závislá.
Dnes již klasická křivka Charlese Keelinga, který roku 1958 začal měřit koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře na observatoři Mauna Loa na Havaji, ukazuje nárůst koncentrací, který je z pohledu historie Země neobyčejně rychlý. Koncentrace vzrostly od roku 1958 z 315 na současných 395 ppmv (počet molekul oxidu uhličitého na milion molekul vzduchu). To je už poměrně dobrý důvod k tomu, abychom se snažili porozumět jak mechanismům, tak důsledkům, které takovéto změny koncentrací přinášejí.
Uhlíkový cyklus - tak se nazývá koloběh uhlíku mezi živými organismy, půdou, oceány a atmosférou - lze přitom studovat na mnoha úrovních, počínaje studiem fotosyntézy a dýchání na molekulární úrovni a konče odhadem globálních ročních toků uhlíku mezi jednotlivými složkami Země. Zvyšující se koncentrace uhlíku v atmosféře přitom mohou vyvolávat různé nečekané efekty, jednou z hypotéz například je, že vyšší teploty mohou způsobovat prodlužování vegetačního období v severských lesích. Tím by docházelo ke zpětné vazbě, kdy by severské lesy rychlejším růstem a ukládáním uhlíku do biomasy do jisté míry kompenzovaly zvyšující se koncentrace. Podobným způsobem vstřebávají část atmosférického uhlíku oceány. Do jaké míry k těmto jevům dochází, je velmi těžké kvantifikovat, ještě těžší je odhadovat a detekovat případné změny trendů a zpětných vazeb, ke kterým může docházet například kvůli saturaci růstu lesů, nebo okyselování oceánů.
Zde vstupují do hry počítače a složité simulace, které podobným způsobem jako při modelování počasí nebo znečištění ovzduší modelují okamžité koncentrace oxidu uhličitého. Je dobré si uvědomit, že v tomto případě se nejedná o dlouhodobé simulace, které se snaží odhadnout vývoj zemského klimatu na desítky let dopředu, ale naopak o simulace, které se opírají o aktuální data a modelují současné koncentrace. To přináší možnost konfrontace s naměřenými hodnotami a tím možnost testování a vylepšování našich znalostí o procesech, kterými se oxid uhličitý do atmosféry dostává, nebo naopak odčerpává.
V Ústavu informatiky AV ČR existuje tým lidí, který má bohaté zkušenosti s počítačovými modely atmosféry (jejich výstupy v podobě aktuálních předpovědí počasí a kvality ovzduší lze vidět na stránce www.medard-online.cz). Těchto zkušeností nyní tým využívá pro modelování oxidu uhličitého. Ukazuje se, že okamžité koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře jsou ovlivněny velkou řadou faktorů, jako jsou biochemické děje, vypouštění oxidu uhličitého při spalování paliv lidmi, ale také transport oxidu uhličitého na velké vzdálenosti a jeho promíchávání do různých výškových vrstev atmosféry.
Výsledný model pak může sloužit jako pojítko mezi měřící sítí a znalostmi o mechanismech toků uhlíku. Porovnání modelu s měřeními, ať už z pozemních stanic nebo z nejnovějších satelitních instrumentů, poslouží především k rozšiřování našich znalostí o uhlíkovém cyklu a ke včasné detekci systémových změn v tocích uhlíku. Lepší znalosti pak mohou dát přesnější odpovědi na otázky týkající se důsledků spalovaní fosilních paliv, změny využití krajiny nebo různých opatření směřujících k omezení klimatických změn.
Za zapůjčení bezdrátového mikrofonního systému Sennheiser Evolution Wireless G3 Series 100 a mixážního pultu Yamaha MG102c, které jsme použili pro přenos zvuku z přednášek, děkujeme společnosti Panter s.r.o.
