COMPUTATIONAL MATHEMATICS

Obiettivi formativi

Il corso intende introdurre lo studio di approcci multiscala (micro-meso-macro) per modelli di sistemi multi-agente. Esempi tipici sono: traffico veicolare, pedoni, dinamica delle opinioni, flocking/swarming, mercati finanziari e così via. Il corso prevede anche attività di laboratorio per la parte computazionale relativa alla simulazione numerica dei modelli. 1. Conoscenza e capacità di comprensione Gli studenti che abbiano superato l'esame sapranno modellizzare e studiare proprietà qualitative di fenomeni fisici attraverso diverse scale di descrizione: dalla microscopica, alla cinetica, fino alla macroscopica. 2. Conoscenza e capacità di comprensione applicata Gli studenti che abbiano superato l'esame saranno in grado sapranno usare tecniche numeriche efficienti, deterministiche e non, per la simulazione dei modelli, e saranno in grado di realizzare praticamente gli algoritmi in C++ o MATLAB. 3. Autonomia di giudizio Gli studenti saranno in grado di valutare la migliore scala di rappresentazione del fenomeno di riferimento, i risultati prodotti dai loro programmi, effettuare test e simulazioni. 4. Capacità comunicative Gli studenti sapranno esporre e spiegare le scelte di modellizzazione, le proprietà dei modelli, sia alla lavagna che su computer. 5. Capacità di apprendimento Le conoscenze acquisite permetteranno agli studenti di costruire le basi per ulteriori studi di ricerca relativi ai modelli di sistemi multi-agente.

Canale 1
GIUSEPPE VISCONTI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
- Modelli microscopici multiagente: traffico veicolare, dinamica delle opinioni, fenomeni di flocking/swarming, mercati finanziari, etc. - Controllo ottimo di modelli multiagente: principio del massimo di Pontryagin, derivazione sistema ottimalità e implementazione numerica - Scala macroscopica: Introduzione ai sistemi iperbolici lineari. Limite micro-macro, ad esempio nel caso del traffico. Metodi di rilassamento - Scala cinetica: equazioni di tipo Boltzmann per interazioni binarie. Applicazioni alla dinamica di opinioni e traffico veicolare. Metodo Monte Carlo. Soluzione numerica delle equazioni cinetiche con Direct Simulation Monte Carlo
Prerequisiti
Teoria e numerica di equazioni differenziali ordinarie, basi di probabilità, elementi di analisi di PDE, programmazione C++ o Matlab.
Testi di riferimento
- G. Alldredge, M. Frank, M. Herty, T. Trimborn. Kinetic Description of Interacting Multi-Agent Systems. Lecture Notes, RWTH Aachen University, 2019. - R. J. LeVeque. Numerical methods for conservation laws. Birkhaeuser, 1992. - S. Mishra, U.S. Fjordholm, R. Abgrall. Numerical methods for conservation laws and related equations. Lecture Notes. - L. Pareschi, G. Toscani. Interacting multiagent systems. Kinetic equations and Monte Carlo methods. Oxford University Press, 2013. - L. Pareschi, G. Russo. An Introduction to Monte Carlo method for the Boltzmann equation. ESAIM: Proc., 10:35-75, 2001. - G. Puppo. Kinetic models of BGK type and their numerical integration. Rivista Matematica dell'Università di Parma, 299-349, 2019. - F. Golse. On the Dynamics of Large Particle Systems in the Mean Field Limit. arXiv:1304:5494, 2013.
Modalità insegnamento
Si suggerisce l'iscrizione alla pagina del corso sulla piattaforma e-Learning di Sapienza.
Frequenza
La frequenza non è obbligatoria, ma consigliata.
Modalità di esame
Esame orale sugli argomenti svolti a lezione e durante le esercitazioni in laboratorio. I codici degli esercizi in laboratorio devono essere inviati prima dell'esame finale, e saranno discussi durante l'orale.
Bibliografia
- G. Alldredge, M. Frank, M. Herty, T. Trimborn. Kinetic Description of Interacting Multi-Agent Systems. Lecture Notes, RWTH Aachen University, 2019. - R. J. LeVeque. Numerical methods for conservation laws. Birkhaeuser, 1992. - S. Mishra, U.S. Fjordholm, R. Abgrall. Numerical methods for conservation laws and related equations. Lecture Notes. - L. Pareschi, G. Toscani. Interacting multiagent systems. Kinetic equations and Monte Carlo methods. Oxford University Press, 2013. - L. Pareschi, G. Russo. An Introduction to Monte Carlo method for the Boltzmann equation. ESAIM: Proc., 10:35-75, 2001. - G. Puppo. Kinetic models of BGK type and their numerical integration. Rivista Matematica dell'Università di Parma, 299-349, 2019. - F. Golse. On the Dynamics of Large Particle Systems in the Mean Field Limit. arXiv:1304:5494, 2013.
Modalità di erogazione
Lezioni frontali, svolgimento di esercizi e programmi. Si suggerisce l'iscrizione alla pagina del corso sulla piattaforma e-Learning di Sapienza. Ricevimento studenti disponibile su appuntamento da concordare via email.
SIMONE CACACE Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
- Modelli microscopici multiagente: traffico veicolare, dinamica delle opinioni, fenomeni di flocking/swarming, mercati finanziari, etc. - Controllo ottimo di modelli multiagente: principio del massimo di Pontryagin, derivazione sistema ottimalità e implementazione numerica - Scala macroscopica: Introduzione ai sistemi iperbolici lineari. Limite micro-macro, ad esempio nel caso del traffico. Metodi di rilassamento - Scala cinetica: equazioni di tipo Boltzmann per interazioni binarie. Applicazioni alla dinamica di opinioni e traffico veicolare. Metodo Monte Carlo. Soluzione numerica delle equazioni cinetiche con Direct Simulation Monte Carlo
Prerequisiti
Teoria e numerica di equazioni differenziali ordinarie, basi di probabilità, elementi di analisi di PDE, programmazione C++ o Matlab.
Testi di riferimento
- G. Alldredge, M. Frank, M. Herty, T. Trimborn. Kinetic Description of Interacting Multi-Agent Systems. Lecture Notes, RWTH Aachen University, 2019. - R. J. LeVeque. Numerical methods for conservation laws. Birkhaeuser, 1992. - S. Mishra, U.S. Fjordholm, R. Abgrall. Numerical methods for conservation laws and related equations. Lecture Notes. - L. Pareschi, G. Toscani. Interacting multiagent systems. Kinetic equations and Monte Carlo methods. Oxford University Press, 2013. - L. Pareschi, G. Russo. An Introduction to Monte Carlo method for the Boltzmann equation. ESAIM: Proc., 10:35-75, 2001. - G. Puppo. Kinetic models of BGK type and their numerical integration. Rivista Matematica dell'Università di Parma, 299-349, 2019. - F. Golse. On the Dynamics of Large Particle Systems in the Mean Field Limit. arXiv:1304:5494, 2013.
Frequenza
La frequenza non è obbligatoria, ma consigliata.
Modalità di esame
Esame orale sugli argomenti svolti a lezione e durante le esercitazioni in laboratorio. I codici degli esercizi in laboratorio devono essere inviati prima dell'esame finale, e saranno discussi durante l'orale.
Bibliografia
- G. Alldredge, M. Frank, M. Herty, T. Trimborn. Kinetic Description of Interacting Multi-Agent Systems. Lecture Notes, RWTH Aachen University, 2019. - R. J. LeVeque. Numerical methods for conservation laws. Birkhaeuser, 1992. - S. Mishra, U.S. Fjordholm, R. Abgrall. Numerical methods for conservation laws and related equations. Lecture Notes. - L. Pareschi, G. Toscani. Interacting multiagent systems. Kinetic equations and Monte Carlo methods. Oxford University Press, 2013. - L. Pareschi, G. Russo. An Introduction to Monte Carlo method for the Boltzmann equation. ESAIM: Proc., 10:35-75, 2001. - G. Puppo. Kinetic models of BGK type and their numerical integration. Rivista Matematica dell'Università di Parma, 299-349, 2019. - F. Golse. On the Dynamics of Large Particle Systems in the Mean Field Limit. arXiv:1304:5494, 2013.
Modalità di erogazione
Lezioni frontali, svolgimento di esercizi e programmi. Si suggerisce l'iscrizione alla pagina del corso sulla piattaforma e-Learning di Sapienza. Ricevimento studenti disponibile su appuntamento da concordare via email.
  • Codice insegnamento10605747
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoMatematica applicata
  • CurriculumModellistica numerica differenziale
  • Anno1º anno
  • Semestre2º semestre
  • SSDMAT/08
  • CFU6