\newpage

\begin{center}
{\LARGE \textbf{Zadání maturitního projektu z informatických předmětů}\par}
\end{center}

\vspace{0.8em}

\begin{tabularx}{\textwidth}{>{\raggedright\arraybackslash\bfseries}p{0.29\textwidth} X}
\textbf{Jméno a příjmení} & Michael Kolakovský \\
\textbf{Pro školní rok} & 2025/2026 \\
\textbf{Třída} & 4.B \\
\textbf{Obor} & Informační technologie 18-20-M/01 \\
\textbf{Téma práce} & Identifikace strukturních motivů chemických látek klíčových pro rozhodování u regresních QSPR modelů \\
\textbf{Vedoucí práce} & Ing. Ivan Čmelo, Ph.D. \\
\end{tabularx}

\vspace{1.2em}

\section*{Způsob zpracování, cíle práce, pokyny k obsahu a rozsahu práce}

\subsection*{Cíl projektu}

Cílem tohoto projektu je navrhnout a implementovat workflow pro identifikaci a vizualizaci strukturních motivů chemických látek, které hrají klíčovou roli v rozhodování u regresních Quantitative Structure-Property Relationship (QSPR) modelů. Projekt se zaměří na zvýšení vysvětlitelnosti tzv. "black-box" modelů pomocí metodiky SHAP, a tím přispěje k lepšímu porozumění tomu, jak modely odvozují své predikce na základě molekulární struktury.

\subsection*{Specifikace projektu}

\begin{enumerate}
  \item \textbf{Teoretická příprava}
    \begin{itemize}
      \item Bude zpracována krátká literární rešerše pro úvod do problematiky QSPR modelů
      \item Bude vytvořen stručný úvod k základním metodám strojového učení a k SHAP metodice vč. Boruta-SHAP
    \end{itemize}
  \item \textbf{Příprava datových množin}
    \begin{itemize}
      \item Bude provedena analýza dostupných datových zdrojů a databází fyzikálních dat k látkám (např.: rozpustnost ve vodě)
      \item Budou sestaveny vhodné datové sady chemických látek pro regresní úlohy (např. predikce rozpustnosti)
    \end{itemize}
  \item \textbf{Návrh řešení}
    \begin{itemize}
      \item Budou definovány strukturní vlastnosti vhodné pro vstup do QSPR modelů a převedeny na binární vektory (např. strukturní fingerprinty pomocí RDKit).
      \item Bude navržena předběžná architektura workflow sestávající ze skriptů pro automatizované zpracování dat, natrénování modelů a následné SHAP, popř. Boruta-SHAP analýzy.
    \end{itemize}
  \item \textbf{Vývoj nástrojů a workflow}
    \begin{itemize}
      \item Bude připraveno vývojové prostředí sjednocující potřebné nástroje a knihovny pro cheminformatickou analýzu, strojové učení a vizualizaci
      \item Bude implementován skriptovaný proces pro přípravu dat, trénování a testování QSPR modelů (např. Random Forest, XGBoost, neuronové sítě).
      \item SHAP analýza bude začleněna do trénovacího procesu pro určení významnosti jednotlivých vstupních rysů.
    \end{itemize}
  \item \textbf{Agregace dat}
    \begin{itemize}
      \item Budou vyvinuty skripty pro automatické porovnání výkonu jednotlivých modelů
      \item Budou vyvinuty skripty pro automatické sjednocení a porovnání SHAP, popř. Boruta-SHAP hodnot mezi různými modely na identických datech v rámci jedné Pandas dataframe
    \end{itemize}
  \item \textbf{Vizualizace a interpretace}
    \begin{itemize}
      \item Bude vytvořena metoda pro automatickou vizualizaci významných strukturních motivů přímo na chemických strukturách (např. zvýraznění fragmentů molekul)
      \item Výsledky budou zpracovány tak, aby byly srozumitelné a užitečné pro chemiky bez hlubšího IT zázemí..
    \end{itemize}
  \item \textbf{Dobře navržený workflow}
    \begin{itemize}
      \item Workflow bude navržen modulárně s funkčně oddělenými vrstvami
      \item Skripty ve workflow budou individuálně zdokumentovány
    \end{itemize}
\end{enumerate}

\subsection*{Požadované výstupy}

\begin{itemize}
  \item Celkově funkční workflow pro analýzu strukturních motivů v chemických datech pomocí SHAP.
  \item Sada skriptů pro přípravu dat, trénování modelů, interpretaci výstupů a vizualizaci.
  \item Uživatelská a vývojářská dokumentace.
  \item Otevřeně dostupný repozitář s kódem a ukázkovými daty.
\end{itemize}

\subsection*{Hodnocení}

Projekt bude hodnocen na základě následujících kritérií:

\begin{itemize}
  \item Funkčnost a celková použitelnost workflow jako celku i jeho individuálních skriptů
  \item Srozumitelnost a použitelnost vizualizace identifikovaných klíčových strukturních motivů
  \item Flexibilita workflow, jeho znovupoužitelnost při změnách v datech nebo modelech
  \item Úroveň dokumentace, čitelnosti kódu a strukturování skriptů
  \item Celková kreativita a inovativnost samotného workflow a výstupních vizualizací
\end{itemize}

\subsection*{Stručný časový harmonogram (s daty a konkretizovanými úkoly)}

\begin{itemize}
  \item \textbf{Září-říjen:} Analýza problému, rešeršní činnost, příprava dat
  \item \textbf{Listopad-prosinec:} Příprava prostředí, úvodní implementace workflow
  \item \textbf{Leden-únor:} Iterativní vylepšování workflow, ladění, rozšiřování funkcionality
  \item \textbf{Březen:} Dokumentace projektu, doladění vizualizací, jejich interpretace
\end{itemize}

