Rendiconto Scientifico
Ministero dell'Universita' e della Ricerca Scientifica e Tecnologica
Dipartimento Affari Economici
RELAZIONE ANNUALE
La Relazione Annuale risulta regolarmente chiusa in data: |
10-MAR-99 |
Coordinatore | VALERIA RUGGIERO |
Titolo del Programma | ANALISI NUMERICA: METODI E SOFTWARE MATEMATICO |
Costo del Progetto | 1.791.823.000 |
Quota Cofinanziamento Murst | 823.000.000 |
Quota Cofinanziamento Ateneo | 687.388.000 (RD+RA certificate ) |
Fondi complessivi utilizzati nel primo anno |
593.395.589 (calcolato dal sistema) |
Spese di coordinamento | 3.849.400 |
Durata | 24 mesi |
1.Obiettivo della Ricerca |
Nei due anni di durata, il progetto di ricerca intende perseguire i due seguenti obiettivi: I) Studiare alcuni significativi problemi concreti di elevata complessità computazionale della Medicina (ad es., il problema della ricostruzione di immagini SPECT, PET e MRI) e dell'Ingegneria (ad es., problemi di meccanica strutturale, problemi di microelettronica, problemi di diffusione e trasporto, problemi di identificazione e di controllo ottimo, problemi di equilibrio del traffico) sui quali sfidare le potenzialità di calcolo degli attuali calcolatori e i nuovi metodi dell'Analisi Numerica. II) Sviluppare ed analizzare metodi numerici efficienti ed innovativi per la risoluzione dei "problemi fondamentali" del Calcolo Scientifico, tenendo conto per la loro messa a punto sul calcolatore anche di architetture di calcolo parallele. L'attenzione è prevalentemente rivolta ai "problemi fondamentali" relativi alla integrazione numerica di equazioni differenziali ordinarie, al calcolo di integrali singolari e alla modellazione geometrica. Pertanto il progetto si articola in cinque temi di ricerca: I) Obiettivo 1. Metodi e software per il miglioramento della ricostruzione di immagini SPECT da applicare nella routine clinica. Metodi per la ricostruzione e compressione di immagini. 2. Sfida delle potenzialità degli attuali calcolatori paralleli e dei nuovi metodi dell'Analisi Numerica per la risoluzione di significativi problemi di elevata complessità dell'Ingegneria. II) Obiettivo 3. Metodi e software per l'integrazione numerica di sistemi di equazioni differenziali ordinarie di grandi dimensioni. 4. Metodi per il calcolo di integrali singolari. 5. Software per la modellazione geometrica e produzione di software matematico per architetture parallele. Tutte queste attività hanno come comune denominatore l'analisi e lo sviluppo di metodi innovativi dell'Analisi Numerica, privilegiando le architetture di calcolo parallele per la loro messa a punto. Inoltre i temi di ricerca 1, 3, 5 sono caratterizzati dalla produzione dei seguenti prodotti software originali: a) un "package" per l'analisi di immagini di tipo SPECT da applicare nella routine clinica; b) un "package" per l'integrazione numerica di sistemi di grandi dimensioni di equazioni differenziali ordinarie basato sui metodi BVM; c) un sistema integrato per la modellazione di curve e superfici, per la composizione solida di oggetti, per la resa realistica di scene; d) un insieme di "elementi" di software matematico di base per architetture parallele. Gli obiettivi e i risultati parziali attesi nella I fase della durata di un anno riguardano i seguenti punti: studio di metodi esistenti e di nuovi metodi nell'ambito dei cinque temi di ricerca; analisi degli algoritmi più promettenti con speciale riferimento alle architetture di calcolo parallele e preliminare sperimentazione numerica dei suddetti metodi; progettazione iniziale del software matematico descritto nei punti a), b), c), d). |
2.Risultati della ricerca |
2.1Risultati della ricerca |
L attività svolta nell ambito del progetto "Analisi Numerica:Metodi e Software Matematico" rispetta la tempistica prevista dal programma, in quanto sono stati raggiunti i risultati parziali attesi nella I fase del programma. Si riporta una sintesi di tali risultati suddividendoli fra i cinque temi di ricerca proposti.
Sono state sviluppate tecniche di approssimazione di operatori e metodi per il calcolo di integrali uni e multidimensionali, singolari e ipersingolari e di equazioni integrali singolari e ipersingolari (Cosenza, Milano, Napoli (Prof. Occorsio), Roma, Potenza, Torino (Prof. Dagnino)). In particolare, sono stati ottenuti risultati su operatori classici e non classici e sono stati studiati algoritmi per la costruzione di curve polinomiali come attrattori di opportuni Iterated Function System non lineari (Cosenza, Napoli (Prof. Occorsio), Potenza). Mediante operatori di tipo spline, si sono studiati metodi per la rappresentazione di funzioni, la valutazione di integrali bidimensionali, la risoluzione di equazioni integrali (Torino (Prof. Dagnino). Sono stati sviluppati algoritmi per la soluzione di equazioni integro differenziali con nucleo singolare di Cauchy e di tipo Prandtl e di equazioni integrali con perturbazione debolmente singolare (Milano, Napoli (Prof. Occorsio), Potenza). Sono state prodotte formule di quadratura ottimali rispetto alla norma L2, formule di quadratura per integrali di funzioni debolmente singolari e fortemente oscillanti e formule di quadrature basate su zeri di polinomi ortogonali che richiedono l'uso di nodi preassegnati (Roma, Potenza, Napoli (Prof. Occorsio)). Maggiori dettagli sui risultati ottenuti possono essere trovati nelle relazioni annuali delle singole unità, ove vengono messi in evidenza gli obiettivi raggiunti in relazione ai compiti affidati, secondo quanto stabilito nel modulo compilato dal coordinatore scientifico il 30 giugno 1998. Nel resoconto di ciascuna unità sono riportate notizie sulla strumentazione di calcolo eventualmente acquisita e sui finanziamenti impegnati come contributi a contratti e assegni di ricerca. In totale sono stati investiti circa 143 milioni in attrezzature informatiche e 152 milioni in contratti e assegni di ricerca. Inoltre, per ogni unità è specificato l elenco delle pubblicazioni prodotte e le comunicazioni presentate a convegni internazionali (non seguite da pubblicazione). Nella I fase del programma di ricerca sono state realizzate in totale 196 pubblicazioni su riviste (di cui 98 già pubblicate, 59 in corso di stampa e 39 sottomesse a referaggio) e 50 pubblicazioni su libri o atti di Conferenze internazionali (di cui 32 già pubblicate, 14 in corso di stampa e 4 sottomesse a referaggio). I risultati ottenuti riguardano problemi di elevata complessità; il loro carattere innovativo è dovuto all originalità dei metodi analizzati e dei pacchetti software in sviluppo, soprattutto in relazione alla speciale attenzione dedicata alla realizzazione degli algoritmi in ambiente di calcolo parallelo. Nella I fase del progetto si è avuta una buona interazione tra le varie unità di ricerca. In particolare si è creata una concreta cooperazione sul primo tema di ricerca tra le Unità di Firenze (Prof. Formiconi), di Genova (Prof. Brianzi e Prof. Rodriguez) e di Bologna; da tale sinergia origina l idea di proporre un nuovo programma di ricerca (per il cofinanziamento MURST relativo all esercizio finanziario 1999), che, partendo dai risultati ottenuti nel presente progetto, si incentri sulla tematica dei "Problemi inversi nell imaging medico". Anche in ambito esterno al progetto, sono state stabilite numerose collaborazioni a livello nazionale e internazionale. A questo proposito, nelle relazioni annuali delle singole Unità sono riportate in dettaglio le varie collaborazioni attivate. Si sono tenuti nel 1998 due convegni di grande rilevanza su temi del progetto; al primo, organizzato dal Prof. Bertero dell'Unità di Genova (Prof. Brianzi), dal titolo International Conference on Inverse Problems (28 settembre-2 ottobre 1998, Vietri sul Mare (SA)), hanno partecipato le Unità di Firenze (Prof. Formiconi), Genova (Prof. Rodriguez), Bologna, Napoli (Prof. Murli); al secondo, organizzato dalle Unità di Bari e di Trieste, dal titolo Workshop su Metodi Numerici per ODEs (9-10 giugno 1998, Bari) hanno partecipato le Unità di Udine e Napoli (Prof. Russo). Al fine di raccogliere e divulgare tutte le informazioni tecnico-amministrative e scientifiche del programma di ricerca è stato creato un sito web, reperibile all indirizzo http://www.unife.it/AnNum97. In tale sito è possibile consultare tutta la documentazione amministrativa del programma di ricerca e avere informazioni più dettagliate oltre che sulle pubblicazioni anche sui rapporti prodotti, sui seminari organizzati, sulle iniziative delle varie unità e del Comitato di Gestione del progetto. Il sito servirà anche per la diffusione del software sviluppato nell ambito del programma. I risultati finali del progetto verranno presentati in un convegno conclusivo, già programmato per gennaio 2000; una parte del cofinanziamento (L. 27 milioni) sono già impegnati per l organizzazione del convegno e la stampa degli atti su un numero speciale della rivista "Annali dell Università di Ferrara". |
2.2Problemi |
Nel I anno di attività del programma di ricerca sono stati rilevati i seguenti problemi.
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3.Rendiconto scientifico delle attività presso le sedi partecipanti
1] Unità di Universita' degli Studi di PADOVA |
Responsabile GIUSEPPE GAMBOLATI |
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2] Unità di Universita' degli Studi di BOLOGNA |
Responsabile FIORELLA SGALLARI |
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3] Unità di Universita' degli Studi di FERRARA |
Responsabile VALERIA RUGGIERO |
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4] Unità di Universita' degli Studi di PISA |
Responsabile GIOVANNI GHERI |
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5] Unità di Universita' degli Studi di BERGAMO |
Responsabile EMILIO SPEDICATO |
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6] Unità di Universita' degli Studi della CALABRIA |
Responsabile FRANCESCO ALDO COSTABILE |
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7] Unità di Universita' degli Studi di VENEZIA |
Responsabile FLAVIO SARTORETTO |
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8] Unità di Universita' degli Studi di FIRENZE |
Responsabile DONATO TRIGIANTE |
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9] Unità di Universita' degli Studi della BASILICATA |
Responsabile GIUSEPPE MARIA MASTROIANNI |
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10] Unità di Universita' degli Studi di TRENTO |
Responsabile VINCENZO CASULLI |
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11] Unità di Politecnico di MILANO |
Responsabile LAURA GOTUSSO |
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12] Unità di Universita' degli Studi di UDINE |
Responsabile ROSSANA VERMIGLIO |
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13] Unità di Universita' degli Studi di MODENA |
Responsabile LUCA ZANNI |
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14] Unità di Universita' degli Studi di TRIESTE |
Responsabile ALFREDO BELLEN |
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15] Unità di Universita' degli Studi di GENOVA |
Responsabile PAOLA BRIANZI |
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16] Unità di Universita' degli Studi di MESSINA |
Responsabile LUIGIA PUCCIO |
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17] Unità di Ia Universita' degli Studi di ROMA "La Sapienza" |
Responsabile PAOLO EMILIO RICCI |
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18] Unità di Universita' degli Studi di TORINO |
Responsabile CATTERINA DAGNINO |
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19] Unità di Universita' degli Studi di NAPOLI "Federico II" |
Responsabile MARIO ROSARIO OCCORSIO |
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20] Unità di Universita' degli Studi di NAPOLI "Federico II" |
Responsabile ELVIRA RUSSO |
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21] Unità di Universita' degli Studi di PAVIA |
Responsabile TERENZIO SCAPOLLA |
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22] Unità di Istituto Universitario Navale di NAPOLI |
Responsabile GIULIO GIUNTA |
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23] Unità di Universita' degli Studi di GENOVA |
Responsabile ALESSANDRO VERRI |
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24] Unità di Universita' degli Studi di NAPOLI "Federico II" |
Responsabile GERARDO TORALDO |
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25] Unità di Universita' degli Studi di NAPOLI "Federico II" |
Responsabile ALMERICO MURLI |
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26] Unità di Universita' degli Studi di LECCE |
Responsabile CARMELA PARACELLI |
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27] Unità di Universita' degli Studi di BARI |
Responsabile GIOVANNI DI LENA |
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28] Unità di Universita' degli Studi di GENOVA |
Responsabile GUIDO RODRIGUEZ |
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29] Unità di Universita' degli Studi di FIRENZE |
Responsabile ANDREAS ROBERT FORMICONI |
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30] Unità di Universita' degli Studi di TORINO |
Responsabile LUIGI FAVELLA |
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4.Obiettivi per il secondo anno del programma | |
In accordo agli obiettivi iniziali stabiliti nel programma di ricerca originale, nella seconda fase del programma ci si prefigge di raggiungere i seguenti risultati: completamento dell'analisi dei metodi studiati nella Fase 1; realizzazione del software matematico specificato al punto 1 e compilazione dei manuali sulle modalità d'uso di tale software; realizzazione di codici di calcolo su alcuni "problemi modello" rappresentativi dei settori dell'Ingegneria presi in considerazione nel tema di ricerca 2; produzione di "benchmark" per la valutazione dei metodi alla base dei suddetti codici. Per una loro descrizione più dettagliata, si faccia riferimento al Modello A del programma di ricerca originario. I risultati finali del progetto saranno raccolti negli atti di un convegno conclusivo del progetto; la produzione del progetto sarà divulgata tramite il sito web, citato al punto 2. |