392219 Applied Optimization (V) (WiSe 2026/2027)

Inhalt, Kommentar

The course teaches optimization heuristics and algorithms, from their mathematical foundations to their application. The topics are:

  • Foundational concepts: Definition of optimization problems and optimality, modeling, neighborhoods
  • Gradient-Free optimization methods: Nelder-Mead, Tabu Search, Simulated Annealing, Covariance Matrix Adaptation Evolutionary Strategy (CMA-ES), Bayesian Optimization, Ant Colony Optimization (APO)
  • Continuous optimization theory: Taylor expansions, Gradient and Hessian, analytical optimization, convexity
  • Gradient-Based optimization methods: Gradient Descent, Stochastic gradient descent, Adam, Automatic Differentiation, Steepest Descent, Conjugate Gradient, Newton's method, L-BFGS, Trust region methods
  • Constrained optimization theory: Lagrange dual, weak and strong duality, Slater's condition, KKT conditions, Wolfe Dual
  • Constrained optimization methods: Analytics solutions, barrier method (interior point), penalty method, projection method
  • Linear and quadratic programming: Linear programs, Quadratic programs, Sequential quadratic programming, mixed integer linear programs, relaxation, branch & cut
  • Probabilistic optimization: negative log likelihood, prior and posterior, logistic regression, expectation maximization, max-product algorithm
  • Alternative Optimization Frameworks: Multi-Criteria Optimization and Pareto Fronts, robust optimization

The core skills taught in the course are:

  • modeling: translating a natural language description of an optimization problem into a mathematical form
  • mathematical reasoning: manipulating the formalized version of an optimization problem using mathematical tools, including solving problems with pure math; understanding the mathematical theory behind optimization methods and performing simple proofs
  • computational solving: correctly selecting the right optimization algorithm for a certain problem and applying it correctly in Python code
  • visualization: accurately visualizing problems, models, and solutions to support formalization, mathematical reasoning and interpretation
  • interpretation & critical thinking: critically reflecting and discussing optimization applications and solutions, correctly interpreting models and solutions, and debugging formalizations and algorithm applications accordingly

The skills are taught in the lecture first, then deepenend in exercises (to be done in small groups), and finally checked in a written exam at the end of the term.

AI tool policy: In the exercises, the use of AI tools is permitted provided that you are transparent about the use and can still explain and defend your work. Undeclared AI use will be sanctioned. In the exam, the use of AI tools is forbidden. Any AI use will be sanctioned.

Teilnahmevoraussetzungen, notwendige Vorkenntnisse

Linear Algebra and Analysis at university level are strictly required. Some prior experience with mathematical modeling and analytical optimization is expected. Probability Theory is helpful.

Basic Python skills are expected for later exercises (but can be refreshed at the start of the course).

Literaturangaben

Only the script for the lecture is required reading. Complementary information can be found in the following books:

  • Boyd, Stephen and Lieven Vandenberghe (2004). Convex Optimization. Cambridge, UK: Cambridge University Press. http://web.stanford.edu/~boyd/cvxbook/.
  • Hillier, Frederick S. and Gerald J. Liebermann (2010). Introduction to Operations Research. 9th ed. New York City, NY, USA: McGraw-Hill
  • Nocedal, Jorge and Stephen J. Wright (1999). Numerical Optimization. Springer Series in Operations Research and Financial Engineering. New York: Springer. doi: 10.1007/b98874.
  • Petersen, Kaare Brandt and Pedersen, Michael Syskind (2012). The Matrix Cookbook. https://www.math.uwaterloo.ca/~hwolkowi/matrixcookbook.pdf
  • Simon, Dan (2013). Evolutionary Optimization Algorithms. Hoboken, NJ, USA: Wiley.

Lehrende

Termine ( Kalendersicht )

Rhythmus Tag Uhrzeit Format / Ort Zeitraum  
wöchentlich Mo 14-16   12.10.2026-05.02.2027

Fachzuordnungen

Modul Veranstaltung Leistungen  
39-Inf-AOpt Applied Optimisation Applied Optimisation benotete Prüfungsleistung
Studieninformation
39-Inf-WP-DS Data Science (Basis) Einführende Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-Inf-WP-DS-x Data Science (Schwerpunkt) Einführende Veranstaltung Seminar o. Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-Inf-WP-KI Künstliche Intelligenz (Basis) Einführende Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-Inf-WP-KI-x Künstliche Intelligenz (Schwerpunkt) Einführende Veranstaltung Seminar o. Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-Inf-WP-SSC Scientific and Soft-Computing (Basis) Einführende Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-Inf-WP-SSC-x Scientific and Soft-Computing (Schwerpunkt) Einführende Veranstaltung Seminar o. Vorlesung Studieninformation
- benotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-M-Inf-AI-bas Basics of Artificial Intelligence Basics of Artificial Intelligence: Vorlesung Studieninformation
- unbenotete Prüfungsleistung Studieninformation
39-M-Inf-INT-bas Basics of Interaction Technology Basics of Interaction Technology: Vorlesung Studieninformation
- unbenotete Prüfungsleistung Studieninformation

Die verbindlichen Modulbeschreibungen enthalten weitere Informationen, auch zu den "Leistungen" und ihren Anforderungen. Sind mehrere "Leistungsformen" möglich, entscheiden die jeweiligen Lehrenden darüber.


Students need to achieve 50% of marks in the exercises, need to present their exercises in the tutorial, and pass a final, written exam.

Kein E-Learningangebot vorhanden
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WS2026_392219@ekvv.uni-bielefeld.de
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Hinweise:
Weitere Hinweise zu den E-Mailverteilern
Letzte Änderung Grunddaten/Lehrende:
Montag, 1. Juni 2026 
Letzte Änderung Zeiten:
Montag, 1. Juni 2026 
Letzte Änderung Räume:
Montag, 1. Juni 2026 
Art(en) / SWS
Vorlesung (V) / 2
Sprache
Diese Veranstaltung wird komplett in englischer Sprache gehalten
Einrichtung
Technische Fakultät
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737054604