1. Есть ли реальные проекты, прикладные задачи, в которые можно влиться, набраться опыта в области SW?
Sebastian Trueg пишет semantic desktop под названием Nepomuk, он распространяется вместе с KDE. Рекомендую по трём причинам: проект может сильно "выстрелить", с Себастьяном хорошо работать в команде, ну и инструментарий там правильный.
2. Лично интересует область структурирования и каталогизации информации, что-то вроде создания mindmap, связывание данных. Возможно ли накопать тему в этой области?
Тему для денег --- можно, если есть опыт в какой-то отрасли. Тему для дисера --- не уверен.
3. По поводу математики: какие математические модели, методы используются (могут использоваться)?
Смотрите на SW как на что-то общеупотребительное, как на карандаш. Какие математические модели может использовать математик, если он пишет не шариковой ручкой, а карандашом? Ответ: любые, зависит от задачи.
4. Существует ли руководство по созданию SW приложений "от А до Я"? Самого простенького для начала.
Аналогично. Существует ли руководство по карандашу?
5. Возможно ли выделить в SF раздел, где будет описываться современное состояние, проблемы и направления развития в области SW? Чтобы понимать, где мы находимся сейчас и куда шагать.
ИИ --- дисциплина раз в пять более древняя, и то я бы затруднился чётко рисовать какие-то направления, разве что некие коэффициенты регрессии от времени. Это физикам хорошо: "работы Ньютона ознаменовали то-то и то-то", товарищ уже больше ничего не напишет, его наследие можно неспешно препарировать. А что прикажете делать с каким-нибудь Минским, который с одной стороны основоположник и патриарх и корифей, а с другой --- ведёт себя слишком уж бодро для патриарха: аспирантов гоняет, статьи пишет?