Obiettivi formativi

Nel corso vengono presentati dei modelli di calcolo naturale, intesi come processi computazionali (osservati in e) ispirati dalla natura. Verranno prima richiamati alcuni modelli di calcolo classici, quali linguaggi formali e automi, e poi illustrati diversi modelli di calcolo ispirati dalla biologia, compresi gli algoritmi biomolecolari.

Vengono assunte alcune nozioni fondamentali di matematica discreta (insiemi, multinsiemi, sequenze, alberi, grafi, induzione, grammatiche e automi di calcolo), di analisi, algebra lineare e probabiluta', per spiegare alcuni metodi di analisi dell'informazione genomica e di reti biologiche.

Sono obiettivi formativi del corso: i) approfondire nello studente la padronanza delle principali strutture e dinamiche discrete e della nozione di calcolo, ii) la capacita' di riconoscerle anche in sistemi di calcolo non convenzionali, come possono essere quelli biologici, e iii) lo sviluppo di una competenza algoritmica che si estende al mondo naturale e in particolare molecolare. In sede di esame verra' testata la conoscenza dello studente di tutto quanto trattato in classe, contestualmente alla sua capacita' di apprendimento e comprensione.

Programma

Introduzione al calcolo naturale, agli algoritmi biologici, alle strategie algoritmiche della vita.

Richiami di matematica discreta e di teoria dei linguaggi formali (gerarchia di Chomsky, automi, e calcolabilita').
Elementi di teoria dell'informazione (sorgenti informative, codici, entropia e divergenze entropiche, sequenze tipiche, primo e secondo teorema di Shannon).

Metodi di estrazione e di analisi di dizionari genomici.
Profili genomici e distribuzioni di motivi ricorrenti.
Utilizzo software IGtools di analisi e visualizzazione di dati genomici.

Modelli computazionali di processi biomolecolari, calcoli a membrane.
Cenni di calcolo DNA, e di bio-complessita'.
Algoritmi DNA per risolvere problemi NP-completi.
MP Grammatiche, reti, e dinamiche metaboliche.

Modalità d'esame

-- Unico esame scritto, come ultima prova nel corso, che propone una lista di circa dieci domande su tutto il programma svolto. Lo studente supera l'esame se risponde correttamente alla maggioranza delle domande, raggiungendo una valutazione di almeno 18 trentesimi.

-- Esame orale, su tutto il programma, ad ogni appello. Lo studente supera l'esame se raggiunge o supera una valutazione di almeno 18 trentesimi.

Le domande dello scritto e dell'orale vertono sia su teoremi e dimostrazioni, che su conoscenza di algoritmi e metodi di analisi di dati, che sulla verifica della capacita' di risolvere nuovi esercizi e di applicare le conoscenze acquisite a nuovi contesti. In questa sede, lo studente dimostra di aver raggiunto un livello almeno sufficiente di conoscenza dei concetti del corso, esprimendo la propria capacita' di apprendimento, comprensione, e di comunicazione.

Progetto facoltativo, che consiste nell'approfondimento di un argomento o nello sviluppo di software per applicare a sistemi biologici specifici i metodi appresi nel corso. La valutazione del progetto e' indipendente, concordata con lo studente, intesa come aggiunta di punteggio al voto di esame, gia' superato con lo scritto o con l'orale. In questa sede, facoltativa, lo studente ha occasione di applicare quanto ha imparato, eventualmente esprimendo autonomia e intraprendenza.

Materiale e documenti

•   Grades for the written test   (pdf, en, 50 KB, 1/19/17)