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Stand der Folien: 4. Februar 2011

Seminar:

Aktuelle Themen aus der Programmierung

Organisatorisches / Vorbesprechung

Professur fur Kunstliche Intelligenz & Softwaretechnologie

SoSe 2011

Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprufung

Personen

Prof. Dr. Manfred Schmidt-Schauß

Zimmer 215Email: schauss@ki.informatik.uni-frankfurt.de

Mitarbeiter

Altug AnisZimmer 118Email: altug@ki.informatik.uni-frankfurt.de

Conrad RauZimmer 216Email: rau@ki.informatik.uni-frankfurt.de

Dr. David SabelZimmer 216Email: sabel@ki.informatik.uni-frankfurt.de

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprufung

Webseite

www.ki.informatik.uni-frankfurt.de/lehre/SS2011/PR-BS

beinhaltet alle relevanten Informationen:

Hinweise zur Ausarbeitung und Themenliste

Terminplan

aktuelle Bekanntmachungen

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Termine

1-2 Vortrage jeweils

Donnerstag, 14 c.t.

in SR 11 (Informatik)

Reihenfolge wird in ca. 4 Wochen festgelegt.

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprufung

Modulabschlussprufung

Anmeldung zurModulabschlussprufung

Anmeldung bis zum Beginn derVorlesungszeit:vor dem 11. April

Rucktritt bis zum Beginn der erstenVeranstaltung (14. April)

Modulabschlussprufung

Regelmaßige Teilnahme (nichtmehr als zweimal fehlen)

schriftliche Ausarbeitung(Note 4,0 oder besser)

sowie ein Vortrag(Note 4,0 oder besser)

Einordnung der Veranstaltung

ist Pflichveranstaltung des ModulsB-PR-BS

B-PR-BS gehort zumVertiefungsgebietBetriebs- und Kommunikationssysteme

und Programmiersprachen und

-paradigmen (BKSPP)

Umfang des Moduls: 4 CP

Benotung

Arithm. Mittel aus den beidenNoten

Noten werden erst am Ende desSeminars bekannt gegeben.

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Vortrag Ausarbeitung

Vortrag

ca. 40min Dauer

Gestaltungshinweise in der Anleitung und auf der WWW-Seite

keine Kopie der Ausarbeitung!

Beamer + Notebook

Professur-Notebook: kein PowerPoint, nur PDF, oder:

Eigenes Notebook: Ein paar Tage vor dem Vortrag mitBeamer testen

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Vortrag Ausarbeitung

Ausarbeitung

Abgabe zwei Wochen vor dem Vortrag

Ausdruck und PDF

Umfang PR-BS: ca. 10 Seiten

vorherige Besprechung des Konzepts:Terminabsprache per E-Mail notwendig

Hochstens eine Nachbesserung bis spatestenszwei Wochen nach dem Vortrag

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Ubersicht Themengruppe 1 Themengruppe 2 Themengruppe 3

Ubersicht

Ausgewahlte Kapitel aus dem Buch

Pearls of Functional Algorithm Designvon Richard Bird,Cambridge University Press, 2010,ISBN: 978-0-521-51338-8

Signatur F.2-137 in der Institutsbibliothek.Ein weiteres Exemplar des Buchs liegt an der Professur.

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Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Ubersicht Themengruppe 1 Themengruppe 2 Themengruppe 3

Themen: Ubersicht

Gruppe 101 Der Boyer-Moore Algorithmus Einzelthema02 Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus Einzelthema03 Rush-Hour-Problem Einzelthema04 Ein einfacher Sudoku-Loser Einzelthema05 Entfernen von Duplikaten EinzelthemaGruppe 206 Der Schorr-Waite Algorithmus Einzelthema07 Finden von Celebrity-Cliquen Einzelthema08 Die Burrows-Wheeler-Transformation Einzelthema09 Rangberechnung aller Suffixe Einzelthema10 Berechnung der Konvexen Hulle Einzelthema11 Geordnetes Einfugen EinzelthemaGruppe 312 Arithmetische Kodierungen Doppelthema13 Zahlenspielereien Einzelthema14 Schleifenlose Algorithmen Doppelthema15 Invertieren von Funktionen Einzelthema16 Drei Wege zum Berechnen von Determinanten Einzelthema

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01 Der Boyer-Moore Algorithmus (Einzelthema)

Kap. 15: All the common prefixes (S. 112–116)Fur zwei Strings xs und ys sei llcp die Lange des langsten Prafixes, den xs und

ys gemeinsam haben. In diesem Kapitel werden jedoch alle llcp-Langen eines

Strings xs mit all seinen Suffixen berechnet. Es wird ein Linearzeit-Algorithmus

vorgestellt, der im darauf folgenden Kapitel (Kapitel 16) verwendet wird.

Kap. 16: The Boyer-Moore algorithm (S. 117–126)Der Boyer-Moore Algorithmus lost das Problem alle Vorkommen (diePositionen) eines Substrings (das sogenannte Pattern) in einem Eingabestringzu finden. In diesem Kapitel wird eine funktionale Implementierung desBoyer-Moore Algorithmus vorgestellt.

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02 Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus (Einzelthema)

Kap. 17: The Knuth-Morris-Pratt algorithm (S. 127–135)Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus lost das gleiche Problem wie derBoyer-Moore Algorithmus (siehe Kapitel 16, das sogenannte String-Matching)jedoch auf eine andere Art und Weise. Das Kapitel prasentiert eine funktionaleImplementierung des Knuth-Morris-Pratt Algorithmus.

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03 Rush-Hour-Problem (Einzelthema)

Kap. 18: Planning solves the rush hour problem (S. 136–146)Das Rush-Hour Problem besteht aus einem 6× 6 Gitter auf dem Fahrzeugeverteilt sind. Fahrzeuge nehmen entweder 2 oder 3 (horizontal nebeneinanderliegende, oder vertikal ubereinander liegende) Felder ein. Entsprechend ihrerLage konnen sich die Fahrzeuge vertikal oder horizontal bewegen. Es gibt einespezielle Zelle (ganz rechts, dritte von Oben), die den Ausgang darstellt.Ebenso gibt ein spezielles (horizontales) Fahrzeug. Das Ziel ist es, Zugeanzugeben, sodass das spezielle Fahrzeug zum Ausgang bewegt wird. DasKapitel stellt eine Losung fur dieses Problem dar.

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04 Ein einfacher Sudoku-Loser (Einzelthema)

Kap. 19: A simple Sudoku solver (S. 147–155)Sudoku besteht aus einem 9× 9 Gitter, welches bereits mit einigen Zahlen ausdem Bereich 1, . . . , 9 gefullt ist. Sudoku wird gelost, indem man weitere Zahlenaus dem Bereich 1, . . . , 9 in die freien Platze eintragt, so dass gilt: In jederZeile kommen genau die Zahlen 1, . . . , 9 vor, in jeder Spalte kommen genau dieZahlen 1, . . . , 9 vor und in jedem der 3× 3 Quadrate kommen ebenfalls genaudie Zahlen 1, . . . , 9 vor. Dieses Kapitel stellt die Implementierung einesSudoku-Losers vor.

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05 Entfernen von Duplikaten (Einzelthema)

Kap. 10: Removing duplicates (S. 64–72)Das Kapitel behandelt verschiedene Algorithmen zum Entfernen von doppeltenElementen aus einer Liste.

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06 Der Schorr-Waite Algorithmus (Einzelthema)

Kap. 26: The Schorr-Waite algorithm (S. 221–230)Der Schorr-Waite Algorithmus stellt eine Methode zur Markierung allererreichbaren Knoten eines gerichteten Graphen (beginnend von einemStartknoten aus) dar. Der Graph muss dabei einen Ausgrad von 2 haben.

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07 Finden von Celebrity-Cliquen (Einzelthema)

Kap. 9: Finding celebrities (S. 56–63)Gegeben eine Menge P von Personen bei einer Party. Ein Teilmenge C von Pist eine

”Celebrity Clique“, wenn C nicht leer ist und jede Person aus P kennt

jedes Mitglied aus C, aber jede Person aus C kennt ausschließlich die Personenaus C (d.h fur jede Person aus C gilt: sie kennt keine Person aus P \ C). Indiesem Kapitel werden Losungen vorgestellt, um aus einer gegebenen Menge Pund der binaren Relation

”kennt“ eine

”Celebrity Clique“ herauszufinden.

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08 Die Burrows-Wheeler-Transformation (Einzelthema)

Kap. 13: The Burrows-Wheeler transform (S. 91–101)Die Burrows-Wheeler-Transformation (BWT) ist eine Methode, um eine Listeso zu permutieren, so dass gleiche Elemente nebeneinander stehen. Die BWTkann im Rahmen von Datenkompressionsalgorithmen verwendet werden undwird z.B. von bzip2 verwendet. In diesem Kapitel werden Implementierungenin Haskell der BWT erortert.

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09 Rangberechnung aller Suffixe (Einzelthema)

Kap. 12: Ranking suffixes (S. 79–90)Gegeben eine Liste xs von Elementen. Ein Element x aus xs hat Rang r, fallses genau r Elemente in xs gibt, die echt kleiner als x sind. Z.B. erhalt man furdie Liste [3, 5, 1, 2] als Liste der Range: [2, 3, 0, 1]. In diesem Kapitel wird dasProblem betrachtet, fur eine Liste xs alle Ranglisten der Suffixe von xsmoglichst effizient zu berechnen. Fur xs = [3, 5, 2, 1] erhalt man als Liste vonSuffixen [[3, 5, 2, 1], [5, 2, 1], [2, 1], [1]] und die dazugehorigen Ranglisten:[[2, 3, 1, 0], [2, 1, 0], [1, 0], [0]].

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10 Berechnung der Konvexen Hulle (Einzelthema)

Kap. 23: Inside the convex hull (S. 188–197)Das Kapitel stellt eine Implementierung vor, um die konvexe Hulle einer Mengevon d-dimensionalen Punkten zu berechnen.

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11 Geordnetes Einfugen (Einzelthema)

Kap. 27: Orderly insertion (S. 231–241)Das Kapitel behandelt das Problem des sortierten Einfugens in ein Feld: NElemente werden nacheinander in ein Feld der Große N eingefugt. Dabei mussdas Feld stets sortiert sein (leere Eintrage konnen ignoriert werden). Ziel desAlgorithmus ist es dabei, moglichst wenige Vertauschungen innerhalb desFeldes vorzunehmen.

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12 Arithmetische Kodierungen (Doppelthema)

Das Thema kann zusammen von zwei Teilnehmern bearbeitet werden.

Kap. 24: Rational arithmetic coding (S. 198–207)Die arithmetische Kodierung ist eine Methode zur Datenkompression. Hierbeiwird die kompriemierende Eingabe insgesamt als binarer Bruch imEinheitsintervall [0, 1] dargestellt. In diesem Kapitel werden ein Kodierer undein Dekodierer auf Basis von Bruchen mit beliebiger Genauigkeit prasentiert.Kap. 25: Integer arithmetic coding (S. 208–220)Dieses Kapitel behandelt genau wie das vorherige die arithmetische Kodierung,wobei anstelle von rationalen Zahlen, ganze Zahlen verwendet werden.

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13 Zahlenspielereien (Einzelthema)

Kap. 6: Making a century (S. 33–40)In diesem Kapitel wird das Problem

”Making a century“ betrachtet: Verwende

genau die Ziffern 1, . . . , 9 und die Operationen + und × und bilde daraus einenarithmetischen Ausdruck dessen Ergebnis genau 100 ist. Eine Losung ist z.B.12 + 34 + 5× 6 + 7 + 8 + 9. Das

”Making a century“ Problem besteht darin

alle Moglichkeiten herauszufinden.Kap. 20: The countdown problem (S. 156–167)Das Countdown-Problem lasst sich wie folgt formulieren: Gegeben 6 positiveZahlen und eine positive Zielzahl. Das Ziel ist es einige der 6 Zahlen zu einemarithmetischen Ausdruck zu verknupfen (alle 4 Grundrechenarten sind erlaubt),so dass der Wert des Ausdrucks moglichst nah an der Zielzahl liegt. In diesemKapitel werden Suchalgorithmen zur Losung des Problems untersucht.

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14 Schleifenlose Algorithmen (Doppelthema)

Das Thema kann zusammen von zwei Teilnehmern bearbeitet werden.

Kap. 28: Loopless functional algorithms (S. 242–250)Kapitel 28-30 behandeln

”loopless“ Algorithmen: Diese generieren allgemein

nach einem Muster eine Ausgabefolge, z.B. die Liste aller Permutationen einerEingabeliste. Hierbei wird ein Ausgabeelement in einem Schritt aus demvorherigen Ausgabeelement generiert. Ein solcher Algorithmus heisst

”loopless“, wenn der erste Schritt Linearzeit in der Große der Eingabe benotigt,

aber alle folgenden Schritte jeweils in konstanter Zeit durchgefuhrt werdenkonnen. In Kapitel 28 wird allgemeinen eingefuhrt, was benotigt wird fur dieImplementierung solcher Algorithmen: Listen, Baume und Queues.

Kap. 29: The Johnson-Trotter algorithm (S. 251–257)Der Johnson-Trotter Algorithmus genierert alle Permutationen einer Liste,indem aus einer Permutation jeweils die nachste generiert wird. Das Kapitelstellt einen

”loopless

”Algorithmus hierfur vor.

Kap. 30: Spider spinning for dummies (S. 258–274)Betrachtet wird das Problem alle Bitfolgen a1, . . . , an der Lange n zugenerieren, die eine Menge von gegebenen Bedingungen der Form ai ≤ aj

erfullen. Hierfur wird ein”loopless“ Algorithmus vorgestellt.

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15 Invertieren von Funktionen (Einzelthema)

Kap. 3: Improving on saddleback search (S. 12–20)In diesem Kapitel wird das folgende Problem behandelt: Gegeben eine Funktionf , die als Eingabe ein Paar von naturlichen Zahlen erhalt und als Resultat einenaturliche Zahl liefert. Sei z eine naturliche Zahl. Gesucht ist eine Funktioninvert, so dass invert(f, z) die Menge aller Paare (x, y) liefert, fur die giltf(x, y) = z. Dabei darf angenommen werden, dass f streng monoton steigendfur beide Argumente ist.

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16 Berechnen von Determinanten (Einzelthema)

Kap. 22: Three ways of computing determinants (S. 180–187)Das Kapitel stellt drei verschiedene Implementierungen zur Berechnung derDeterminante einer n× n-Matrix vor.

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