Освітньо-наукова програма магістрів
Особливість освітньо-наукової програми «Машинне навчання та математичне моделювання» полягає в тому, що магістранти можуть відчути себе ученими-дослідниками і розробниками комп’ютерних програм високого технологічного рівня, що є предметом зацікавленості з боку індустрії і іноземних наукових центрів.
Програма гармонізована з програмами університетів-партнерів за міжнародним освітнім проєктом Erasmus Mundus Joint Masters «Mathematical Modelling, Simulation and Data Science for Industrial and Societal Challenges» (MATHS-DISC).
Основні наукові напрямки
За останні роки ученими кафедри ПМА у співавторстві з магістрантами опубліковано низку наукових статей в найкращих світових журналах:
- Journal of Computational and Applied Mathematics (Scopus, 84% in Applied Mathematics. Q1)
- Archive of Applied Mechanics (Scopus, 72% in Mechanical Engineering. Q2)
- Thin-Walled Structures (Scopus, 92% in Mechanical Engineering, Q1)
- Finite Elements in Analysis and Design (Scopus, 94% in Mathematics, Analysis, Q1)
- Mechanics Research Communication (Scopus, 65% in Civil and Structural Engineering. Q2)
- International Journal of Mechanical Sciences (Scopus, 98% in Applied Mathematics Q1)
- Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice (Scopus, 60% in Mechanical Engineering. Q2)
Більшість зі статей мають не тільки наукове, але і технологічне значення. На їх основі створюються програми, що є обличчям, точкою тяжіння і згуртування учених і студентів кафедри. Участь магістрантів у розробці програм сприяє зацікавленості в розумінні основ відповідних наук, існуючих методів програмування і розрахунку, дає відчуття азарту успіху, коли отримані результати перевершують чи відповідають найкращим світовим.
До таких програм, де вже є відчутні передові результати, але є потреба в універсалізації, поліпшенні розрахункових методів та інтерфейсу, належать:
- Метод узгоджених перерізів для розв’язання задач мультифізики (механіка, гідравліка, теплопередача), що є потужною альтернативною до методу скінчених елементів, яка вже зараз має зацікавленість від потужних замовників. Роботи за цією тематикою подаються на внутрішні і закордонні гранти
- Програма оптимізації руху наземних дронів: планування глобального і локального шляху, опрацювання результатів зашумлених замірів положення й уточнення напрямку, кривини, траєкторії руху, уточнення параметрів динамічної моделі дрона за результатами спостереження
- Моделювання 3D кривих за точними даними замірів (дискретними точками), неточними даними, побудова найестетичніших просторових кривих. Ключовим застосуванням відповідних методів є відтворення, побудова трас та траєкторій для руху дрона, у т.ч. оптимізація траєкторій, швидкостей, тактики руху, уточнення параметрів динаміки руху дрона за відомою (заміряною) траєкторією і відомими положеннями керуючих елементів
- Сканування кривих, границь між об’єктами чи структурами, зіставлення кривих на подібність. Опрацювання результатів лазерного сканування об’єктів (хмара точок), виділення математичних фігур чи певних кривих, дослідження геометричних характеристик фігур, побудова гладких поверхонь
- Блендинг (неперервне гладке до 2-ї похідної узгодження) між різними геометричними поверхнями чи розфарбованими рисунками (картинами, фотографіями). Анімація руху живих об’єктів, як динаміка (відповідно до розв’язань диференціальних рівнянь руху) певних скелетних ліній, що обнесені поверхнями.
На кафедрі ці напрямки розвиваються активно, але задач стає більше, тому будемо раді бачити нових магістрантів. Разом – до успіху, наукового і фінансового.
- Беєсівські методи
Беєсівське машинне, зокрема, глибинне навчання та беєсівська оптимізація (зокрема, гіперпараметрів моделей машинного навчання). Застосування беєсівської парадигми до моделювання випадкових явищ, на нашу думку, має значні перспективи розвитку, але на сьогоднішній день ще тільки перебувають у стані дослідження, тому мають значний потенціал для наукових здобутків
- Інтелектуальний аналіз даних
Інтелектуальний аналіз даних, зокрема, з використанням нежорстких методів обчислень (soft computing) та методів збереження приватності при обробці інформації (privacy-preserving data publishing). Розвиток таких напрямків має важливе значення в умовах зростаючих обсягів персоналізованих даних. Додаткову увагу приділено побудові рекомендаційних систем, що враховують приватність користувачів, а також методам виявлення шахрайських дій у системах контекстної реклами. Окрему перспективу мають недіадні вейвлет-перетворення як інструмент попередньої обробки складних сигналів у задачах класифікації та виявлення аномалій. Усі ці теми наразі перебувають на стадії активного дослідження, тож відкривають широкі можливості для наукових здобутків
- Біомедичні дослідження
Програма вирізняється своєю міждисциплінарністю, сучасністю та практичною спрямованістю в різних галузях. Зокрема, вона забезпечує формування критично важливих компетентностей у роботі з біомедичними та клінічними даними, моделюванні складних процесів на різних рівнях — від молекули до популяції, аналізі невизначеності, оцінці ризиків і прийнятті обґрунтованих рішень. Використання сучасного інструментарію математичного моделювання у поєднанні з ґрунтовними знаннями про біомедичні об'єкти дослідження дає змогу випускникам опанувати потужні засоби аналітики й прогнозування в медицині та суміжних галузях. Завдяки цьому програма готує висококваліфікованих фахівців, здатних працювати з експериментальними й спостережними даними, брати участь у клінічних випробуваннях, епідеміологічному аналізі та впровадженні новітніх медичних технологій, що є особливо важливим у сучасних умовах розвитку персоналізованої медицини та доказових підходів в охороні здоров’я
Деякі з основних дисциплін
- Geometric Modelling
The course covers both classical and original methods for interpolation and smoothing, including the construction of linear and surface splines such as Bézier curves, B-splines, and NURBS, as well as the original corotational beam and surface splines developed by Prof. I. Orynyak. It addresses problems such as shape completion (when part of a contour is missing), blending (inserting the smoothest possible surface between existing ones), and determining optimal trajectories between two points with given positions, directions, and curvatures. The course also explores principles of motion and trajectory modeling for ground, aerial, and underwater drones. In addition, attention is given to the processing of visual and color data obtained using scanners
- Машинне навчання
У цьому курсі студенти вивчають основи контрольованого та неконтрольованого навчання, включаючи відповідні моделі, методи та метрики. Розглядаються класифікаційні метрики, дерева прийняття рішень, метричні, лінійні, баєсівські, ядрові методи, а також метод опорних векторів. Окрему увагу приділено кластеризації, асоціативним правилам, ансамблям моделей, зниженню розмірності та навчанню з підкріпленням. Також вивчаються основи статистичної теорії навчання за Вапником і Червоненкісом, причинно-наслідкове навчання та навчання з гарантованою точністю
- Modelling of Complex Systems
The course explores methods for solving complex branched technical systems (electrical, hydraulic, mechanical, geometric) whose components are described by ordinary differential equations. Students learn how to construct the equations governing such systems and how to formulate boundary conditions. The course examines solution methods in cases where the relationships may be nonlinear. It also introduces approaches to optimizing the system structure (the connections between components) to minimize losses
- Numerical Methods of Mathematical Physics
The course covers the finite difference method, the finite element method, the method of weighted residuals, the (Fourier) method of separation of variables, as well as the original method of matched sections developed by Prof. I. Orynyak. These methods are compared using examples of one- and two-dimensional problems of heat conduction and wave propagation in rods and plates, as well as problems of vibration and dynamics of beams and plates
- Architecture and Technology of Big Data Systems
This course establishes working knowledge of the Big Data infrastructure and corresponding cloud based services. The focus is given on the cloud based Big Data infrastructure and analytics solutions and how cloud based services can be integrated into company’s IT and data infrastructure. Hands-on exercises (practice) aim to provide insight into how the cloud based services and tools can simplify processing of Big Data by using cloud based services for Hadoop, Machine Learning and general data analytics, with a specific attention on Apache Hadoop ecosystem, MapReduce, Spark, HBase, Hive, Pig, and supported programming languages Pig Latin and Hive. Practical exercises are done on the real cloud platform and Hadoop cluster either AWS, Azure, or locally provided by the university. The course describes industry best practices and models for enterprise data architectures to ensure effective data management and governance. The course also provides sufficient insight into Big Data security and compliance issues including those that are related to EU General Data Protection Regulation (GDPR)
- Data Mining
This course introduces students to methods of clustering and visualizing large-scale data. It covers a range of clustering algorithms, including BIRCH, Batch K-means, DBScan, Cure, WaveCluster, CLARA, and Clarans, as well as Borůvka’s and Forel’s algorithms, and Kohonen maps. Special attention is given to modern data visualization techniques such as Tufte’s principles, Chernoff faces, parallel coordinates, and radial (petal) diagrams. The course emphasizes the practical application of these methods for analyzing complex patterns in large datasets
- Mathematical Modelling in Biomedical and Pharmaceutical Research
This course covers modern methods and approaches for formalizing a wide range of biomedical processes: from intermolecular interactions (ligand–receptor), pharmacokinetics and pharmacodynamics (PK/PD) of drugs, to the spread of infectious diseases, vaccination effectiveness, and population behavioral strategies. Mathematical tools such as stochastic Petri nets, decision trees, Markov and Bayesian networks, and differential equations are examined. Significant emphasis is placed on simulation and probabilistic approaches under uncertainty, sensitivity analysis of parameters, and the assessment of the value of additional information. The practical component focuses on applying models to analyze real experimental and observational biomedical data for informed decision-making. The course develops students’ abilities to think systemically, manage uncertainty, build well-founded models, and make balanced decisions in medicine
- Applied Modelling
This course is designed to develop practical skills in constructing, analyzing, and applying mathematical models to solve complex applied problems. It covers all key stages of modeling: problem formulation, data collection and processing, model development, calibration, verification, result analysis, and interpretation. Various types of models are addressed, including deterministic and stochastic, static and dynamic, discrete and continuous. Core mathematical tools include systems of differential equations, Markov models, regression analysis, optimization methods, and statistical and parametric modeling. The practical component focuses on implementing models in software environments and applying them to real-world problems in technical, economic, biomedical, and social domains. The course cultivates logical thinking, data handling skills, and the ability to select and effectively use relevant mathematical models as tools for practical analysis and decision-making
- Fundamentals of Scientific Research
The course explores science in general as both fundamental and applied, alongside pure and applied mathematics, and their roles within fundamental and technical sciences. Master’s students are introduced to the concept of rankings for institutions, journals, and researchers, including rankings across various disciplines, as well as issues related to manipulation, falsification, and plagiarism. Current trends in applied mathematics are analyzed through the examination of articles published in leading international journals. The preparation of master’s theses involves public discussions of research topics, evaluation of data source reliability, literature review, and verification of results
Деякі з викладачів

Курси з інженерного застосування математики читає професор Ігор Ориняк. Довгий час він був завідувачем відділу Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України, де розробляв і застосовував методи математичного моделювання для потреб наукоємних галузей промисловості, готував молодь до науково-технічної роботи. Зокрема, під його керівництвом захистилося 8 кандидатів наук, а загальна кількість публікацій у базі даних Scopus дорівнює 185, (індекс Гірша 14)

Курс із машинного навчання проведе професор Олег Чертов, ініціатор першої освітньої програми з Data Science в університетах України, архітектор найбільшої (в 2005 р.) OLAP-системи в Україні, консультант Світового банку та Фонду народонаселення ООН, координатор проєктів Horizon 2020, NATO Science for Peace and Security, Volkswagen Foundation, один зі співавторів монографії Big Data Infrastructure Technologies for Data Analytics та один із фундаторів Big Data Lab компанії Водафон-Україна, де він уже 6 років веде аналогічний курс

Курси з біомедичного спрямування викладає Сергій Соловйов, доктор фармацевтичних наук, кандидат біологічних наук, завідувач кафедри фармації НУОЗ України імені П. Л. Шупика. Досвідчений викладач і науковець, автор понад 100 наукових праць, зокрема в журналах Scopus і Web of Science, фахівець у сфері біотехнології, фармакоекономіки, медичної інформатики та математичного моделювання в медицині. Також є науковим консультантом провідних українських і міжнародних фармацевтичних компаній із цих напрямів

Курс архітектури та технологій систем для роботи з великими даними веде Юрій Демченко, один зі співавторів EDISON Data Science Framework — одного зі стандартів науки про дані