השנה מתקיימת בחמד"ע בפעם השלישית התחרות על שם שוורץ-רייסמן לפרויקטים מצטיינים בחמד"ע. התחרות נושאת פרסים והיא מתקיים מדי שנה בין תלמידי חמד"ע, שהגישו עבודות מדעיות, פרי יצירתם.

השנה הגישו לתחרות תשע קבוצות של תלמידי מדע חישובי (מ"ח) את עבודות הגמר שלהם לכיתות י' י"א ו-י"ב. העבודות הכתובות נמסרו לצוות שופטים בעלי שם מן האקדמיה והתעשייה העילית.

בערב הגמר, שיערך ב-27 בינואר 2016, יציגו התלמידים, נציגי תשע הקבוצות, את הפרויקטים בהרצאות קצרות של עד 5 דקות בפני חבר השופטים והקהל.

לחצו כאן לצפייה בגלריית תמונות מן התחרות ב-2014  

שופטי התחרות- בתשע"ה
פרופסור דניאל זייפמן, פרופסור לפיזיקה, נשיא מכון ויצמן למדע ויושב ראש הוועד המנהל של חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב.
פרופסור רועי עוזרי, חוקר במחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות, הפקולטה לפיזיקה, מכון ויצמן למדע וחבר בוועד המנהל של חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב.
פרופסור אורי אשרי, ראש בית הספר סגול למדעי המוח, אוניברסיטת תל אביב.

  מורי מדע חישובי בשנת 2015: מר שלמה רוזנפלד, ד"ר איל כהן

מנחה הערב: ד"ר איתן קריין, חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב

הפרוייקטים

כיתה י'

פתרון בעיות בתורת המשחקים באמצעות אלגוריתם גנטי

תמיר ברנס ושלומי ליבו, כיתה י', עירוני ד' למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

אלגוריתמים גנטיים הם שיטה למציאת פתרונות לבעיות אופטימיזציה מורכבות. האלגוריתם משתמש בעקרונות תורת האבולוציה, תוך חיקוי תהליך הברירה הטבעית. מתוך קבוצה של מצבים אקראיים האלגוריתם מצליח למצוא פתרון אופטימלי.

בעבודה הזאת קבענו "משחק" המבוסס על תורת המשחקים: שני שחקנים וטבלת רווח של 2X2. המשחק חוזר על עצמו (איטרטיבי). לכל שחקן נקבעת אסטרטגיה שקובעת, על סמך הבחירות שכל שחקן בחר במשחקים הקודמים, כיצד ישחק בתור הנוכחי.

באמצעות אלגוריתם גנטי הצלחנו לבנות תכנית, שעל סמך טבלת הרווח, מעניקה לשחקן אסטרטגיה אופטימלית שעליו לנקוט. המשחק יכול לבחור פרמטרים שלדעתו יעניקו לו תוצאה מיטבית. למשל, האם הוא רוצה שהתכנה תנסה להשיג ניקוד מקסימלי לשני השחקנים, או לנסות להגיע לחלוקה שוויונית של הנקודות.

אופטימיזציה של מערכת בית הספר

רע סטויר ואיתמר זנגוויל, כיתה י', בית ספר קהילה

למדו בחמד"ע אצל שלמה רוזנפלד

אנחנו לומדים בבית ספר פתוח. מערכת השעות בבית ספר כזה דומה למערכת שעות אוניברסיטאית. בכל שעה מתקיימים שיעורים מקבילים רבים ובתחילת השנה התלמידים בוחרים את השיעורים ונרשמים אליהם. המורכבות בבניית מערכת אישית נובעת מכך שיש מגוון רחב ומגבלות רבות. למשל, ימים חופשיים של מורים, שיעורי ליבה שאסור שיתנגשו, הימנעות מלימודים בשעות מאוחרות וכו'. מגבלה נוספת נובעת מכך שהלימודים בבית הספר אינם מחולקים לשכבות גיל, ולכן אי אפשר לבנות מערכות נפרדות לשכבות השונות. ולכן, צריך לבנות מערכת אחת לכל בית הספר.

התוכנה שפיתחנו מקבלת רשימה של כיתות, מורים ומגבלות ("בעיות") של מורים ושיעורים, ויוצרת מערכת אופטימלית. המערכת האופטימלית היא זו שיש לה הכי פחות בעיות בלתי פתורות. התוכנה פועלת באופן אבולוציוני. היא יוצרת מערכת שעות אקראית ואז מייצרת בה מוטציות אקראיות. התכונה בודקת איזו מערכת טובה יותר, הראשונה או החדשה, וממשיכה את התהליך במערכת הטובה יותר. התהליך חוזר על עצמו מספר רב של פעמים.

התוכנה שלנו הצליחה לבנות מערכת טובה יותר מזו המשמשת כיום את בית הספר שלנו.

פיזור התחלתי כתנאי להישרדות מרבית

יהלי בסטר, כיתה י', עירוני א'

למד בחמד"ע אצל שלמה רוזנפלד

בטבע, בעלי חיים המצויים גבוה בשרשרת המזון נוהגים לצוד בעלי חיים המצויים נמוך מהם בשרשרת.

בעבודה הזאת ניסיתי להדמות מצב זה. בהדמיה שלי, הצייד עוקב אחר טרפו באמצעות ריח. ניסיתי למצוא מהם תנאי הפיזור ההתחלתיים הראשונים שיאפשרו זמן הישרדות מקסימלי. כלומר מהו הפיזור שיעניק לטרף זמן רב יותר לשרוד.

כיתה י"א

חישוב אחוז השומן בזרוע אדם באמצעות ניתוח ממוחשב של צילום הזרוע.
הדס ירון גולדהירש ודנה רוזן עירוני א'. למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

אחוז השומן בגוף מציין את שיעור החומרים במסת הגוף שאינם רקמת שריר, מים, עצם או רקמות חיוניות אחרות. חישוב אחוז השומן בגוף דורש שקילה של הגוף (מסת הגוף) וקביעת הנפח שלו – משימה קשה למדי.

בעבודה הזאת מצאנו שניתוח ממוחשב של שני צילומים, משתי זויות שונות, מאפשר להעריך נפח של זרוע, ובשילוב מדידת מסת הזרועה לחשב את אחוז השומן בזרוע, מתוך חישוב צפיפותה.

מהירות רכיבה על אופניים במורד

כבידה והתנגדות האוויר הם הכוחות העיקריים המשפיעים על מהירותו של רוכב אופניים במורד. התנגדות האוויר, המאטה את הרוכב, תלויה בריבוע המהירות של הרוכב ובמבנה האווירודינמי שלו. איבודי האנרגיה זניחים.

בעבודה הזאת, חקרתי את השינויים במהירות הרוכב כתלות בזמן. השתמשנו בחיישני מהירות מבוססי GPS. תוכנת מחשב שהתבססה על משוואת הכוח אפשרה לי לחזות את מהירות הרוכב לאורך הזמן. השוויתי את הגרף המחושב לתוצאות ניסוי.

שרשרת נופלת בקשת מתרוממת

יניב שור  - עירוני י"ד - למד בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד 

כשקצה של שרשרת חרוזים, המונחת בערמה, נופלת, הנפילה יוצרת קשת המתרוממת מעל הערימה ונראית כאילו היא סותרת את הכבידה. כל חרוז בשרשרת מתרומם ונופל בדרך זו. התופעה המעניינת הזאת איננה מובנת כיאות במבחינה מדעית.

בעבודה הזאת חקרנו את התופעה בתנאים שונים. בנינו תוכנה המדמה את תנועת השרשרת כולל הקשת המתרוממת. בנוסף חקרנו כיצד תנאים התחלתיים שונים משפיעים על גובה הקשת ועל צורתה. הצלחנו להשיג התאמה טובה בין ההדמיה לבין הניסוי.

יובל ארד, כיתה י"א, ליידי דייויס

למד בחמד"ע שלמה רוזנפלד

הטבעת המקפצת של תומסון משמשת להדגמת חוק לנץ, על פיו כא"מ (כח אלקטרו-מניע) משרה זרם שהשדה המגנטי שלו פועל בכיוון הפוך לשינוי בשטף המגנטי היוצר אותו.

ההדגמה כוללת סולנואיד שבמרכזו ליבה פרומגנטית וטבעת המצויה מעל לסולנואיד. כשזרם משתנה זורם בסולנואיד נוצר סביבו שדה מגנטי שעוצמתו משתנה לאורך הזמן, ולכן נוצר בטבעת זרם מושרה. הזרם הזה יוצר בתורו שדה מגנטי המתנגד לשינוי בשדה המגנטי המקורי. שני השדות המגנטיים מפעילים כוחות בכיוונים מנוגדים זה לזה, הגורמים לטבעת לקפץ.

בעבודה הזאת כתבתי מודל ממחושב המחשב את המיקום ואת המהירות של הטבעת ואת הכוח המגנטי הפועל עליה במהלך תנועתה.

כיתה י"ב

זיהוי חזותי אוטומטי של פינגווינים

לפינגווינים אפריקנים יש תבנית ייחודית של נקודות שחורות על החזה, שאינו משתנה במידה ניכרת לאורך ימי חייהם כבוגרים. התבנית הייחודית הזאת אמורה לאפשר זיהוי של פינגווין מסוים בתוך קבוצה. בעוד שזיהוי בעין אדם הוא משימה קלה יחסית, המשימה מסובכת הרבה יותר למחשב.

בעבודה פיתחתי תוכנה שיכולה לזהות פינגווינים יחידים בקבוצה בגן חיות, על סמך צילומי סטילס. התוכנה משתמשת בשיטות לעיבוד תמונה כדי למצות את תבנית הנקודות מחזה הפינגווין. רשת נוירונים משמשת לזיהוי הפינגווין בתמונה. הצלחנו לקבל תוצאות טובות בזיהוי הפינגווין הנכון בכמה מקרים.

צבירים ופענוח צפנים

העבודה מציגה שיטה בלתי-שגרתית לפענוח צפנים באמצעות אלגוריתם של רשתות נוירונים מלאכותיות. האלגוריתם מנצל את יתרונות רשתות הנוירונים המלאכותיות כדי ללמוד מדוגמאות, להכליל לקבץ לצבירים.

בעבודה נבחנו שלושה צפנים: צופן ויז'נר (Vigenère), צופן אפין (Affine) וצופן קיסר. בכמה ריצות השגנו 95% הצלחה בפענוח מילים לאחר בחינת 5,000 דוגמאות בלבד.