Dizertační práce
Rychlé a robustní kanály pro analýzu dat
Školitel
Stupeň
Téma dizertační práce
Popis tématu
Analýza dat se obvykle provádí složením řady diskrétních nástrojů a knihoven do datově-analytických kanálů. Ty jsou jádrem datových věd, které dnes zažívají strmý růst počtu výpočetních metod a objemu analyzovaných dat. Díky tomu vznikají problémy se škálovatelností těchto kanálů a důvěryhodností jejich výsledků.
Obsahem této disertační práce je výzkum škálovatelnosti (přizpůsobivosti se rostoucí velikosti dat a výpočetním potřebám) a důvěryhodnosti (usnadňují auditování výsledku) datově-analytických kanálů. Výzkum bude probíhat ve dvou rovinách. První se zaměří na možnosti rozšíření programovacího jazyka R umožňující transparentní vertikální a horizontální škálování. Druhá rovina bude výzkum kombinací technik statické a dynamické analýzy programů k získání informací o typech a závažnosti programovacích chyb, které se vyskytují v kódech datově-analytických kanálů a následně návrh algoritmů pro jejich detekci a možné automatické odstranění.
Vidět skrz FFI: Analýza nativního kódu v dynamických jazycích
Školitel
Stupeň
Téma dizertační práce
Popis tématu
Školitel-specialista: Mgr. Tomáš Petříček, Ph.D.
Dynamické programovací jazyky, jako jsou R, Python nebo Ruby, se často opírají o rozsáhlé kolekce vestavěných funkcí implementovaných v nativních jazycích, jako je C nebo C++. Například samotný základní balíček jazyka R obsahuje téměř tisíc vestavěných funkcí napsaných v jazycích C a Fortran. Tato závislost vychází z přetrvávajícího výkonového rozdílu mezi vysoce abstraktními dynamickými jazyky a nízkoúrovňovými kompilovanými jazyky. Aby tento rozdíl zmírnili, spoléhají se implementátoři jazyků a autoři knihoven na foreign-function interface (FFI), který umožňuje implementovat výkonně kritické části programu v nativním jazyce a volat je z běhového prostředí dynamického jazyka.
Ačkoli je FFI nezbytné pro dosažení přijatelného výkonu, zároveň představuje zásadní překážku pro analýzu a optimalizaci programů. Nativní kód, obvykle napsaný v C nebo C++, je z pohledu kompilátoru a analytických nástrojů hostitelského jazyka neprůhledný. Kompilátor tak nemůže zohlednit sémantiku těchto funkcí, jejich vedlejší efekty ani datové závislosti. To výrazně omezuje rozsah možných optimalizací a znemožňuje provádět analýzu celého programu, tedy analýzu a optimalizaci napříč hranicí mezi vysokoúrovňovým jazykem a jeho nativními rozšířeními.
Cílem této disertační práce je systematicky analyzovat a modelovat vestavěné a přes FFI volané nativní funkce, a tím překlenout zmíněnou sémantickou mezeru. Prvním krokem je vyvinout techniky pro extrakci nebo aproximaci informací o jejich chování – včetně čistoty, řídicích efektů a transformací dat. Tyto poznatky lze následně využít ke zlepšení statických i dynamických analýz, k efektivnější optimalizaci a k vyšší bezpečnosti a predikovatelnosti interakce mezi jazykovými úrovněmi.
Na tomto základě se výzkum zaměří na možnosti zvýšení úrovně abstrakce vestavěných funkcí – tedy vyjádření jejich sémantiky tak, aby jí mohl hostitelský kompilátor rozumět a optimalizovat ji. Konečným cílem je přiblížit nativní funkcionalitu zdrojovému jazyku natolik, aby bylo možné provádět celoprogramovou analýzu a optimalizaci napříč všemi jeho komponentami.
Bakalářské práce
Conjugata - aplikace pro cvičení časování sloves - backend
Autor
Petr Polívka
Rok
2018
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
prof. Dr. Ing. Petr Kroha, CSc.
Katedra
Anotace
Tato bakalářská práce se zabývá analýzou, návrhem a následnou implementací backendu mobilní aplikace pro operační systém Android. Aplikace se jménem Conjugata pomáhá se studiem časování sloves v cizích jazycích, konktétně ve španělštině. Aplikace se při vytváření cvičení přizpůsobuje odpovědím uživatele, který aplikaci používá. Obsahuje vybrané časy a kategorie používané ve španělském jazyce. Obsahuje také systém výuky, který uživatele provede pravidly, které se při časování ve španělském jazyce používají. Aplikace je užitečná pro všechny studenty španělského jazyka, kteří si chtějí časování sloves procvičit, ale zároveň i pro nováčky, kteří časování neovládají, ale chtějí se ho naučit. Tato aplikace je vytvářena ve spolupráci se studentem ČVUT Matějem Sedlákem, který vytváří frontend aplikace. V příloze se nachází výsledná aplikace ve formátu APK pro mobilní telefony s operačním systémem Android.
QuizConnect
Autor
Aung Pyae Phyo
Rok
2026
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Matoušek
Katedra
Anotace
Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a implementací webové aplikace
Quiz-Connect pro realizaci kvízů v reálném čase. Systém umožňuje moderátorům vytvářet a spravovat kvízy a pořádat živá kvízová sezení, do nichž se
účastníci připojují pomocí kódu relace a okamžitě získávají zpětnou vazbu na
své odpovědi.
Práce nejprve představuje analýzu požadavků na systém a přehled existujících kvízových platforem. Následně je popsán návrh modulární architektury
založené na událostech s důrazem na nízkou latenci komunikace. Implementace aplikace využívá technologie Next.js, React a TypeScript, přičemž pro
komunikaci v reálném čase je použita knihovna Socket.IO a pro perzistenci
dat databáze MongoDB.
Výsledný systém demonstruje efektivní využití moderních full-stack webových technologií při vývoji interaktivních webových aplikací pracujících v reálném čase
Dynamické tracovaní Haskellu
Autor
Ondřej Kvapil
Rok
2021
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Vitaly Bragilevsky, MSc.
Katedra
Anotace
Haskell je jeden z nejznámějších jazyků s non-strict sémantikou. Na jednu stranu přináší tato sémantika pohodlí nekonečných datových struktur, řídících konstrukcí definovaných uživatelem a možnost vyhnout se nepotřebným výpočtům. Na stranu druhou jsou tyto výhody postiženy daní na výkonu za běhu programu a těžko předvídatelným chováním call-by-need. Nabízí se otázka: Vyplatí se líná evaluace? K zodpovězení této otázky musíme porozumět tomu, jak je lenost využívána v praxi. K tomuto účelu jsme vyvinuli nástroj pro dynamickou analýzu použitelný k trasování evaluace funkčních parametrů. Je implementován jako zásuvný modul kompilátoru Glasgow Haskell Compiler.
Dynamické generování testů pro balíčky v R
Autor
Filippo Ghibellini
Rok
2017
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Katedra
Anotace
Statistické programování nabývá na popularitě s tím jak se zároveň zvyšuje
poptavka v příbuzných oborech jako Machine learning, Big data a podobné.
R je hlavním hráčem v této oblasti avšak jeho jedinečný návrh znemožnil
adopci pokroku z jiných standartních jazyků. V této práci představujeme
nástroj umožnující nahrávání spuštění programu a následné generování unit
testů kontrolující reproducibilitu sledovaného chování.
Pattern matching v C11
Autor
Jan Jindráček
Rok
2019
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Trávníček, Ph.D.
Katedra
Anotace
Pattern matching je mechanismus který se využívá ve velkém množství programovacích jazyků, kde je využit jako způsob jak prověřit, jestli daný výraz, objekt, a nebo proměnná má vlastnosti nebo obsah specifikovaný daným vzorem. Tato práce se zaměří na to, zda-li a jak se dá taková feature přidat do jazyku C. Budu tedy implementovat prototyp pattern matchingu do jazyku C, včetně testů a dokumentace.
Přehled přístupů postupného typování v dynamických programovacích jazycích
Autor
Rostislav Blaha
Rok
2023
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Pierre Donat-Bouillud, Ph.D.
Katedra
Anotace
Graduální typování je vlastnost programovacího jazyka, která umožňuje kombinaci dynamického a statického typování ve stejné codebase. Tím umožňuje přidávání typových anotací průběžně s tím, jak se kód postupně rozšiřuje. Cílem této práce je prozkoumat stávající přístupy ke graduálnímu typování v progamovacích jazycích Python, Ruby a PHP, a určit, které techniky by bylo možné aplikovat na programovací jazyk R.
Práce shrnuje informace z vícero zdrojů zahrnujících dokumentaci, odborné články, blogové příspěvky, formální návrhy a diskuse na fórech. Následně přichází s návrhy ohledně implementace, syntaxe, sémantiky, nástrojů a strategií pro přijetí graduálního typování komunitou jazyka R.
Implementace actor modelu pro programovací jazyk OCaml
Autor
Narek Vardanjan
Rok
2020
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Petr Špaček, Ph.D.
Katedra
Anotace
Aktor model je abstrakce pro konkurentní programování, která
pracuje s aktory, nezávislými jednotkami. Tyto jednotky vznikají, aby si mezi
sebou posílaly zprávy a následně podle nich měnily svůj stav. Zprávy aktor
zpracovává postupně, čímž zaručí nutnou synchronizaci pro změnu stavu. Díky
tomu se vyhne potřebě používat nízkoúrovňové synchronizační primitivy jakými
jsou zámky.
Práce popisuje návrh a implementaci hlavních částí aktor knihovny. Obsahuje
stručné shrnutí klasického konkurentního modelu s jeho nedostatky a popis
aktor modelu včetně příkladů vlivných implementací. Kromě základních
konstrukcí aktor modelu pro spawnování, odesílání zpráv a změn stavu,
implementuje i rozšířené funkcionality ve formě monitorování/linkování procesů
či převody jmen na adresy konkrétních aktorů. Knihovna je napsaná v Objective
Caml s využitím zajimavých aspektů tohoto jazyka.
Interaktivní ovládání PC hry pomocí chytrého telefonu
Autor
Marek Foltýn
Rok
2016
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Vojtěch Jirkovský
Katedra
Anotace
Tato bakalářská práce se zabývá tvorbou systému pro ovládání PC hry pomocí mobilního telefonu. Hlavním cílem je obohacení herního zážitku pomocí interaktivních prvků, které jsou na mobilních telefonech k dispozici. Součástí práce je analýza způsobů ovládání her, přehled interaktivních technologií v mobilních telefonech a samotná tvorba komunikačního systému, který je demonstrován na jednoduché hře.
R bytecode kompilátor v jazyce C
Autor
Josef Malý
Rok
2026
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Matěj Kocourek
Katedra
Anotace
Tato práce představuje CRBCC, AST-to-bytecode kompilátor pro programovací jazyk R, který produkuje výstupy strukturálně identické s výstupy současného kompilátoru GNU R. CRBCC je implementován v jazyce C s využitím R API, lze jej instalovat jako standardní balíček jazyka R a nabízí výrazné zvýšení
výkonu oproti stávající verzi založené na jazyce R, aniž by byla obětována přenositelnost či korektnost. Na korpusu balíčků dodávaných s distribucí GNU R přináší CRBCC 30,81násobné zrychlení celkového reálného času kompilace a 65,71násobné zrychlení v geometrickém průměru na funkci.
Webová aplikace PWiL - Systém pro lokalizaci pacientů
Autor
Vít Medřický
Rok
2016
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Bradáč
Katedra
Anotace
Tato práce se zabývá tvorbou webového systému, který umožňuje lokalizaci pacientů v pečovatelském domě. Cílem je usnadnit těmto pacientům přivolat si pomoc v případě nouze. V práci jsou analyzovány požadavky na systém a případy užití, na jejichž základě je navrženo uživatelské rozhraní a schéma jednotlivých stránek aplikace. Je implementován prototyp aplikace v jazyce PHP s využitím frameworku Laravel.
ArtilEcho - strategická hra pro nevidomé
Autor
Tomáš Jozífek
Rok
2019
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
doc. Ing. Mgr. Petr Klán, CSc.
Katedra
Anotace
Videohry jsou velmi populární forma zábavy, jenž díky použití grafiky neníbohužel přístupná lidem s těžkým zrakovým postižením. Naproti tomu audi-ohry pro interakci používají hlasovou syntézu se zvuky, a tak umožňují hranípočítačových her nevidomým. Tato práce se zaměřuje na tvorbu tahové audi-ohry, konrétně hry typu artilerie pro více hráčů podobné hře ShellShock Live.Práce také poskytuje přehled o audiohrách a o jejich návrhu.
Conjugata - aplikace pro cvičení časování sloves - frontend
Autor
Matěj Sedlák
Rok
2018
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
prof. Dr. Ing. Petr Kroha, CSc.
Katedra
Anotace
Bakalářská práce je zaměřena na návrh a vývoj uživatelského rozhraní aplikace
pro výuku a procvičování časování sloves v cizích jazycích. Konkrétně
v této verzi se věnujeme španělštině. Vytvořená aplikace umožňuje dva režimy
testování (jednoduchý a složitější) a tři režimy zadávání odpovědí. Konkrétně
výběr z pěti tvarů slovesa, skládání slovesa z několika písmen a psaní slovesa
na telefonní klávesnici. Dále nabízí statistiku uživatelových odpovědí a vytvá-
ření zadání na míru konkrétního uživatele. Aplikaci mohou využívat uživatelé
s různými znalostmi španělského jazyka díky tomu, že aplikace umožňuje vý-
uku a možnost zvolit si konkrétní kategorie sloves k procvičení. Tato práce
spolupracuje s Petrem Polívkou(student FIT), který dělá backend aplikace.
Analýza Scala programů pomocí Grafových Databází
Autor
Otakar Vinklář
Rok
2020
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Michal Valenta, Ph.D.
Katedra
Anotace
Aby bylo možné vyvinout takový programovací jazyk, který budou lidé rádi využívat, je nutné znát, jak je tento jazyk používaný. V článku [KŘIKAVA, Filip; MILLER, Heather; VITEK, Jan. Scala implicits are everywhere: a large-scale study of the use of Scala implicits in the wild. Proceedings of the ACM on Programming Languages. 2019, vol. 3, no.OOPSLA, pp. 1-28.] Křikava a jeho kolegové provádí rozsáhlou studii použití implicitních konverzí a implicitních parametrů v jazyce Scala. Poslední část řešení této analýzy je ale těžkopádná, protože relační datový model není vhodný pro reprezentaci dat s velkým množstvím vzájemných vazeb. Tato práce se snaží zlepšit řešení této analytické části. Za úkol si dává především zjednodušit vyváření nových dotazů. Tyto problémy řeší za použití grafové databáze, která umožňuje ukládat data s velkým množstvím propojení. V této práci byla vybrána grafová databáze Neo4j s jejím dotazovacím jazykem Cypher. Tato práce ukazuje, že grafová databáze a její dotazovací jazyk nabízí vysokoúrovňové rozhraní pro statickou analýzu kódu.
Implementace Simple Object Machine v funkcionálním programovacím jazyce
Autor
Filip Říha
Rok
2023
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Liam Verter
Katedra
Anotace
Tato práce se zabývá implementaci dialektu programovacího jazyka Smalltak nazývaného Simple Object Machine (SOM), a to v čistě funkcionálním programovacím jazyce Haskell. Práce zkoumá syntaxi a sémantiku SOM programu a analyzuje již existující implementace. Následně je prezentován návrh, design a implementační detaily virtuálního stroje, který je založený na bajtkódových instrukcích a bajtkodovém interpeteru. Jednotlivé části virtuálního stroje jsou jednotlivě popsány, což jsou lexer, parser, překladač, běhové prostředí a garbage collector.
Vylepšení rchk - nástroje pro identifikaci chyb paměti v balíčcích R
Autor
Jiří Kvapil
Rok
2026
Typ
Bakalářská práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Šimon Urbánek, Ph.D.
Katedra
Anotace
rchk je sada nástrojů statické analýzy určená k hledání chyb při práci s pamětí v C kódu balíčků jazyka R.
Nástroj byl dosud postaven na LLVM 14, zatímco LLVM 22 je dnes nejnovější podporované stabilní vydání, a spuštění celé sady bylo pro běžné použití příliš pomalé.
Tato bakalářská práce modernizuje rchk na LLVM 22 a podstatně zrychluje analýzy.
Prostá změna verze nestačila: v LLVM zmizely typované ukazatele, na nichž stálo jádro rchk.
Výstup byl porovnán s LLVM 14 verzí; rozdíly jsou převážně nesémantické a zbývající část odpovídá zamýšlenému chování.
Vylepšení výkonu nahrazuje iterativní výpočet uzávěru dotazy na dosažitelnost v grafu a opakovanou práci nad bitkódem R ukládá do cache.
Na třiceti balíčcích z CRANu běží nejpomalejší nástroje dvanáctkrát až devatenáctkrát rychleji a využívají asi poloviční paměť.
Změny jsme přispěli do repozitáře ve dvou pull requestech.
Diplomové práce
Out of process byte-code kompilátor pro programovací jazyk R
Autor
Adam Plodek
Rok
2024
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Sebastián Krynski, MSc.
Katedra
Anotace
R je dynamický programovaní jazyk, který je převážně používaný ve statistice a pro vizualizaci dat. Jeho netypické vlastnosti a bohatý ekosystém balíčků umožňuje statistikům psát software bez pokročilých programátorských znalostí. Hlavní implementace toho programovancího jazyka je GNU R. Pro zrychlení běhu R programů, byla vytvořena GNU R implemetace bytekódu interpretru, který se používá souběžně s AST interpretrem. Součástí tohoto rozšíření byl kompilátor pro GNU R bytekód.
Tato práce se zabývá jednou z možností pro vylepšení tohoto procesu, a to kompilace mimo proces interpretru. Tento přístup umožňuje implemetaci v jiných jazycích a otevírá nové možnosti pro sdílení kompilovaného kódu. Dále by toto řešení umožnilo kompilátor přesunou ze zařízení, na kterém je spuštěn interpreter, což by umožnilo přesunout náročný výpočet na výkonější zařízení.
Dále popisuji průběh vývoje experimentální implemetace v programovacím jazyce Rust tohoto řešení, která může sloužit jakožto počáteční bod pro budoucí práci. Pro tyto účely byla vytvořena nová reprezentace hodnot v programovacím jazyce R a serializační formát pro tyto hodnoty. Toto bylo následně využito k implementaci samotného kompilátoru a serveru, který je schopný komunikovat s interpretem pomocí balíčku pro programovací jazyk R.
Na závěr se zabývám zhodnocením aktuálního stavu kompilačního serveru. Tato kapitola je rozdělena do dvou částí a to na část, která se zabývá korektností implementace, a na část která hodnotí její výkon. V těchto kritériích je moje impletace porovnána s implemetací, která je součástí GNU R intepretu. Výsledky těchto testů ukázaly, že v nejlepším případě je možné zrychlit proces kompilace až 20 krát, pokud je pouze čas na kompilaci počítán, a když bylo do měření přidáno i načítání data, tak zrychlení bylo trojnásobné.
Lokalizační systém PROWiLOS v1.0
Autor
Vít Medřický
Rok
2019
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Bradáč
Katedra
Anotace
Tato práce navazuje na prototyp webového systému PWiL zhotoveného v bakalářské práci stejného autora. PWiL je systém lokalizace pacientů v pečovatelských domech umožňující efektivní přivolání pomoci pro pacienty v případě nouze. Z prototypu z bakalářské práce byl vytvořen hotový systém připravený k nasazení do testovacího provozu. Uživatelské rozhraní webové aplikace je doplněno o nezbytné chybějící části a jsou implementována a testována komunikační rozhraní. Aplikace je napsána v PHP s použitím frameworku Laravel.
Power manager pro jakýkoliv linuxový desktop
Autor
Róbert Selvek
Rok
2022
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jiří Kašpar
Katedra
Anotace
Správce napájení je služba, která reaguje na aktivitu uživatele a spouští různé akce pro úsporu energie. Například ztlumí jas obrazovky, uzamkne uživatelskou relaci nebo převede systém do režimu spánku. Většina stávajících správců napájení je těsně integrována do kompletních desktopových prostředí, jako je GNOME nebo KDE, a proto je nepoužitelná jako samostatná služba pro ostatní desktopy. Těch pár samostatných pak postrádá funkce, které bychom očekávali od správy napájení známé z moderního desktopu.
Tato práce popisuje návrh a implementaci nového, samostatného, na desktopu agnostického správce napájení. Podporuje všechny obvyklé akce pro úsporu energie, snadno se konfiguruje a lze jej rozšířit o nové chování.
Nástroj pro nízkoúrovňové ladění JVM bytecode
Autor
Dennis Pražák
Rok
2026
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Manas Thakur, Ph.D.
Katedra
Anotace
Ladění (debugging) představuje základní činnost v softwarovém inženýrství, reverzním inženýrství a bezpečnostním výzkumu. Ačkoliv existuje široká škála nástrojů, většina z nich je navržena s předpokladem, že zdrojový kód a ladicí informace jsou uživateli k dispozici.
Tyto předpoklady však ne vždy platí v kontextu reverzního inženýrství, bezpečnostních auditů nebo údržby uzavřených (proprietárních) starších systémů. V rámci ekosystému Javy a JVM velmi populárního běhového prostředí se snahy o reverzní inženýrství často omezují na statické metody pomocí dekompilátorů.
Kompilace je však ztrátový, neinjektivní proces. Její inverzní proces (dekompilace) často produkuje heuristickou aproximaci, která nemusí být kompilovatelná, nebo dokonce nemusí zachovávat původní pozorovatelné chování. Poskytuje sice vhled do analyzovaného systému v šířce, ale pochopení komplexní funkcionality programu často vyžaduje inspekci jeho stavu za běhu v rámci jedné konkrétní cesty (execution path), tedy analýzu do hloubky. Přestože ekosystém JVM nabízí vynikající nástroje pro ladění, jsou často nevhodné pro přímé ladění bytecode, protože ke svému fungování obvykle vyžadují původní zdrojový kód a mapování čísel řádků.
Tato diplomová práce se zabývá výzvami nízkoúrovňového ladění bytecode JVM skrze návrh a implementaci specializovaného softwarového nástroje. Zaměřením na aplikace postrádající ladicí informace si tato práce klade za cíl poskytnout řešení pro dynamické reverzní inženýrství v situacích, kde stávající nástroje mohou narážet na některá omezení.
Použití technik detekce malwaru pro detekci závislostí programů R
Autor
Petr Adámek
Rok
2024
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Pierre Donat-Bouillud, Ph.D.
Katedra
Anotace
R je programovací jazyk, který se běžně používá oblastech statistiky. Toto je možné díky velkému množství veřejně dostupných balíčků. Aby se snížil počet nesprávně se chovajících balíčků, provádí se několik kontrol. Ty zahrnují automaticky spouštěné příklady kódu, ale i přesto stále zůstává velký prostor pro nutné ruční kontroly.
Nástroj, který by automaticky shromažďoval závislosti libovolného programu napsaného v R, by mohl výrazně snížit nutnou manuální práci. Využití by našel také v souvislosti s vytvářením prostředí, v němž by bylo možné konzistentně reprodukovat výsledek programu.
Tato diplomová práce se inspiruje stávajícími řešeními analýzy a sandboxingu potenciálně škodlivých programů.
Použitím mechanismu pro odchycení systémových volání z Linuxového jádra jsem vytvořil nástroj, který umí sledovat základní závislosti daného programu.
Znalost těchto závislostí lze následně využít pro vytvoření zprávy pro audit nebo vytvoření prostředí, ve kterém lze program reprodukovat.
Nástroj nelze přímo použít pro analýzu škodlivých programů. Zvolený přístup kontroly systémových volání je příliš zranitelný útoky, které využívají nejasností v pořadí výkonu jednotlivých operací. Přesto je nástroj užitečný při reprodukci shellových skriptů, spouštění programů R a dalších.
V práci se také zmiňuje celý aparát, proč je možné tuto analýzu provést a co vše musí být vyřešeno pro úplné řešení. Pro tyto účely jsou zmíněny i jiné metody sledování operací a závislostí, které by mělo být možné využít pro robustnější řešení.
Automatizované pipeliny pro analýzu dat
Autor
Michael Vrána
Rok
2023
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Pierre Donat-Bouillud, Ph.D.
Katedra
Anotace
Pipeliny pro analýzu dat popisují datovou analýzu, jako sekvenci na sobě závisejících kroků. Tyto pipeliny jsou reproducibilní a lze je vyhodnocovat efektivně. Tato práce se zabývá návrhem a implementací balíčku v jazyce R nazvaným Pipelinr, což je doménově specifický jazyk a runtime pro pipeliny pro analýzu dat. Navržené DSL umožňuje uživateli popsat pipeline jako množinu na sobě navazujících stagí. Dále umožňuje uživateli využívat různé komponovatelné vzory pro dynamické větvení, které umožňují rozpad stage na množinu úloh, jež lze parallelně spouštět pomocí GNU Parallel. Runtime nadále poskytuje metadata ohledně běhu pipeline, které lze využít jako vstup do pipeline samotné.
Profiler pro programovací jazyk R
Autor
Karolina Hrnčiříková
Rok
2024
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Mgr. Tomáš Petříček, Ph.D.
Katedra
Anotace
Jazyk R vyniká v průzkumu a analýze dat, ale často čelí výzvám v oblasti efektivity. R je dynamicky typováno, má automatický sběr paměti a co je nejdůležitější, jedna z jeho hlavních implementací, GNU R, interpretuje AST v kombinaci s kompilací just-in-time do bajtkódu. Všechny tyto faktory přispívají k tomu, že R je poměrně pomalý jazyk.
Pro zlepšení výkonu jsou uživatelé nuceni přepisovat kód citlivý na výkon v C, C++ nebo ve Fortranu prostřednictvím balíčků. Zjistit, které segmenty kódu jsou pomalé, protože jsou prováděny v interpretu R, však není snadné, protože současné metody profilování nerozlišují mezi prováděním kódu nativně a v R.
V této práci navrhujeme profiler, který dokáže rozlišit R a nativní vykonávání kódu. Inspirováni Scalene, profilerem pro Python, implementujeme do GNU R 4.3.3 prototyp našeho profileru. Profiler hodnotíme ve srovnání s Rprof, nejpoužívanějším R profilerem.
V této práci navrhujeme profiler, který dokáže rozlišit R a nativní vykonávání kódu. Inspirováni Scalene, profilerem pro Python, implementujeme do GNU R 4.3.3 prototyp našeho profileru. Profiler hodnotíme ve srovnání s Rprof, nejpoužívanějším R profilerem.
SWM - Simple Window Manager
Autor
Jan Bína
Rok
2020
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
doc. Ing. Jan Janoušek, Ph.D.
Katedra
Anotace
Tato práce se zabývá návrhem a implementací klasického (nedlaždicového) správce oken pro X Window System.
Správce oken se stará o rozmístění a vzhled oken jednotlivých aplikací na obrazovce a je tedy klíčovou součástí
jakéhokoliv moderního počítače s grafickým rozhraním.
Ačkoliv již existuje mnoho správců oken, zejména pro X Window System, chybí zde jednoduchý nedlaždicový.
Tato práce se snaží jeden takový vytvořit.
Cílem bylo, aby splňoval freedesktop standardy ICCCM a EWMH
a držel se UNIXové filozofie dělat jednu věc a dělat ji dobře.
Důraz byl také kladen na jednoduchost, čitelný a testovatelný kód, a na to,
aby byl správce oken snadno použitelný a rozšiřitelný.
Nativní kompilace pro funkce v jazyce R
Autor
Michal Dufek
Rok
2025
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Petr Máj, Ph.D.
Katedra
Anotace
Programovací jazyk R je oblíbený nástroj matematiků a statistiků, kteří ho využívají pro náročné matematické operace a datovou analýzu. Kvůli tomu, že se ale jedná o vyšší programovací jazyk a lze ho spouštět pouze za pomocí AST nebo bytecode interpreteru, můžeme u něj počítat s menším výpočetním výkonem oproti nižším jazykům. Z toho důvodu vznikl projekt výzkumné skupiny PRL-PRG zvaný Rsh. Balíček Rsh se skládá ze dvou částí, nejdříve server, který překládá R bytecode do C, který nakonec nechá přeložit do binárního souboru. Druhá část toho balíčku je klient, který takto zkompilovaný kód může načíst a spustit.
V rámci této diplomové práce si vysvětlíme jaké jsou základní struktury programovacího jazyka R, jak pracuje s bytecode, jaká je základní struktura projektu Rsh a následně si projdeme naší implementací tohoto překladače v jazyku C++. Na závěr otestujeme různé přístupy kompilace binárních kódu a to jak už rozdíl kompilátorů gcc a clang, tak i chování binárních souborů při
kompilaci s různým nastavením.
Výsledky našich pátrání nám ukázaly, že v kompilace s nastavením -O2 se zapnutým agresivním inliningem vykazuje nejlepší výsledky napříč měření rychlosti, velikosti a kompilačního času.
Copy & patch just-in-time kompilace pro R
Autor
Matěj Kocourek
Rok
2025
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Brandt Bucher
Katedra
Anotace
Tato práce představuje prototyp Just-In-Time (JIT) kompilátoru pro programovací jazyk R, založeného na principu Copy-and-Patch. Kvůli dynamické podstatě jazyka R představuje nativní kompilace značný problém. Tato práce staví na existující implementaci instrukcí z projektu Ř a adaptuje všech 104 podporovaných instrukcí pro použití s Copy-and-Patch JIT kompilátorem. Výsledný prototyp kompiluje R bytecode do nativního kódu kopírováním a záplatováním předkompilovaných kusů strojového kódu, což umožňuje velmi rychlou kompilaci s minimální režií. Přestože původním cílem byl pouze minimální prototyp, výsledná implementace plně podporuje běh komplexních R programů, jak bylo ověřeno na benchmarcích použivaných v projektu Ř, včetně široce používané sady Shootout. Výsledky ukazují dobu kompilace s mediánem 0,7ms (maximum 6ms), což je o několik řádů rychlejší než stávající řešení projektu Ř. Výkon při běhu programu, ačkoliv nižší, odpovídá charakteristikám implementace Ř, a to i přes fakt, že jde o naprosto jiný způsob kompilace. Několik dalších optimalizací bylo rovněž integrováno, přičemž jedna konkrétní dosahuje až 21% zvýšení výkonu v některých sadách testů. Projekt demonstruje, že přístup Copy-and-Patch je plně použitelným řešením pro tvorbu rychlých, odlehčených JIT kompilátorů i pro dynamické jazyky, jako je R.
Grammatica - mobilní aplikace pro procvičování gramatiky
Autor
Alexander Bublik
Rok
2019
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
prof. Dr. Ing. Petr Kroha, CSc.
Katedra
Anotace
Tato práce popisuje proces vývoje mobilní aplikace pro operační systém Android a serverové části s databází, která komunikuje s klientem prostřednictvím REST API. Aplikace je určena pro studium cizích jazyků, podporuje
rukopisný vstup a co nejpřesnéji simuluje zážitek ze cvičení v učebnici.
Práce obsahuje analýzu možných řešení a konkurenčních aplikací, návrh
klientské a serverové části, implementaci a testování aplikace.
Profilování výkonu standardní knihovny Kotlin
Autor
Martin Zimen
Rok
2026
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Petr Máj, Ph.D.
Katedra
Anotace
Sbírání dat o výkonnosti se běžně dělá pomocí benchmarků. Jde o zdlouhavý proces náchylný k chybám. V této práci se zabýváme novou nepřímou metodou sbírání dat o výkonnosti pomocí profilování zátěže, která používá kýžený výpočet. Navrhli a naimplementovali jsme zpracovatelský řetězec na sběr dat o výkonnosti pro standardní knihovnu Kotlinu na JVM a native.
Řešili jsme objevené problémy inlining, profilovací sestava, porovnávání profilů mezi platformami and efekt nepřenositelného kódu. Ověřili jsme výsledky proti kontrolním benchmarkům. Ověření je limitované kvůli rozdílům v metodách a množství ověřovaných funkcí.
Data z této metody jsou dostatečně dobrá na porovnávání výkonnosti funkcí mezi platformami. Vhodná zátěž je klíčová, aby se tato metoda vyplatila oproti benchmarkování.
Porozumění znečištění zpětné vazby v programovacím jazyce R
Autor
Filip Říha
Rok
2025
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Ječmen
Katedra
Anotace
Moderní dynamické jazyky často využívají JIT (Just-in-Time) překladače ke zrychlení opakovaně spouštěného kódu. Tyto překladače sbírají za běhu informace o chování programu a na jejich základě spekulují o budoucích bězích, což umožňuje lepší optimalizace. Postupem času však může přesnost těchto informací klesat, což vede ke zhoršení výkonu tomuto jevu se říká znečištění zpětné vazby.
Programovací jazyk R je úzce zaměřený na statistické výpočty a vizualizaci dat. Kvůli vlastnostem jako reflexe a odložené vyhodnocování je však jeho optimalizace náročná. Ř je JIT kompilátor navržený pro R, který se snaží zvýšit výkon pomocí spekulací založených na pozorované zpětné vazbě.
Hlavním cílem této práce je vytvořit nástroj pro detailní pozorování a analýzu chování kompilátoru Ř, jehož vnitřní fungování je jinak černou skříňkou. Tím, že máme k dispozici prostředky pro zkoumání vnitřních částí kompilátoru, otevíráme možnosti pro další výzkum a analýzu, včetně pochopení znečištění a využití zpětné vazby, které jsou zkoumány v této práci.
Shere - aplikace pro správu osobních poznámek a dokumentů
Autor
Marek Foltýn
Rok
2018
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jan Ječmen
Katedra
Anotace
Tato diplomová práce se zabývá tvorbou aplikace pro psaní poznámek. Součástí práce je analýza existujících aplikací pro tvorbu poznámek a rozbor jejich nedostatků. Návrh implementované aplikace je vytvořen na základě této analýzy a řeší nalezené nedostatky.
Obohacený kontextový dispatch pro Ř
Autor
Michal Štěpánek
Rok
2025
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Petr Máj, Ph.D.
Katedra
Anotace
Programovací jazyk R je primárně zaměřen na statistické výpočty a vizualizaci dat a i proto R minimalizuje technické požadavky na uživatele. R je dynamicky typovaný, funkcionální, objektově orientovaný a interpretovaný jazyk, který vyhodnocuje vybrané výrazy až v okamžiku jejich použití. Nejrozšíření implementace jazyku R se nazývá GNU-R. GNU-R interpretuje buď AST nebo bytecode, což, vzhledem k vlastnostem jazyku R, vede k relativně pomalé exekuci R programů.
Ř je alternativní JIT překladač jazyku R, který rozšiřuje GNU-R o překlad do strojového kódu pro dosažení lepších výsledků. Překladač Ř využívá specializaci kódu a provádí spekulace na základě informací získaných interpretem.
Současná implementace ukládá všechny spekulativní informace o funkci na stejné místo. Překladač Ř je rozšířen tak, aby umožňoval ukládání spekulativních informací dle kontextu, pod kterým byly informace uloženy. V rámci diplomové práce jsou navrženy, implementovány a popsány strategie pro vytěžení maximálních výsledků z rozdělených spekulativních informací. Jedná se o strategie spojování a vyplňování spekulativních informací, jejichž přínos je porovnáván na výsledcích testovacích benchmarků.
Práce dochází k závěru, že spojování spekulativních informací, nebo podobný mechanismus, by měl být použit. Strategie pro vyplňování spekulatvních informací dosahují limitovaných přínosů a jeví se jako zbytečné. V rámci práce jsou také nalezeny programy, které jsou pozitivně ovlivněny provedenou změnou a i proto práce dochází k závěru, že by rozdělení spekulativních informací mělo být prozkoumáno detailněji.
Ahead-of-time kompilátor pro jazyk microC
Autor
Václav Král
Rok
2022
Typ
Diplomová práce
Vedoucí
doc. Ing. Filip Křikava, Ph.D.
Oponenti
Ing. Jiří Kašpar
Katedra
Anotace
Cílem této práce je implementace ahead-of-time optimalizujícího kompilátoru microC---jazyku, který se používá v předmětu NI-APR (Vybrané metody analýzy programů) na FIT ČVUT pro výuku analýz programů. Tento kompilátor má především sloužit jako učební pomůcka předmětu NI-APR, která demonstruje uplatnění a užitečnost vybraných statických analýz při kompilaci a optimalizaci. V práci se čtenář seznámí nejen s architekturou kompilátorů, ale i s jednotlivými statickými analýzami, které kompilátor podporuje. Dále se práce zabývá návrhem a především implementací kompilátoru. Optimalizační schopnosti implementace jsou poté demonstrovány na několika ukázkových příkladech. Závěrem práce navrhuje možná zlepšení a rozšíření. Výsledkem práce je funkční optimalizující kompilátor jazyku microC.