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Ringvorlesung:
Perspektiven der Informatik
Universität des SaarlandesSaarbrücken den 16. 2. 2005
Prof. Dr. Jörg H. Siekmann
Saarbrücken 16th of February, 20052005
German Research Center for Artificial Intelligence, DFKI
GmbH Stuhlsatzenhausweg 3
66123 Saarbruecken, Germanyphone: (+49 681) 302-5276e-mail: [email protected]:http://www.dfki.de/~siekmann
German Research Centre for Artificial Intelligence
DFKIPerspektiven der Informatik 2005
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Perspektiven der Informatik
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The Structure of DFKI Key Directors
Prof. W. Wahlster (CEO)Dr. W. Olthoff (CFO)
Administration and ServicesDr. H.-J. Bürckert
PR and Corporate CommunicationR. Karger, M.A.
Competence Centers Transfer Centers
Institute for Information
Systems (IWi)
Prof. A.-W. Scheer
Research LabKnowledge
Management
Prof. A. Dengel
Research Lab Intelligent
Visualizationand Simulation
Systems
Prof. H. Hagen
Research Lab Deduction
andMultiagentSystems
Prof. J. Siekmann
Research Lab Language
Technology
Prof. H. Uszkoreit
Research Lab Intelligent
UserInterfaces
Prof. W. Wahlster
Research LabImage Understanding Pattern RecognitionProf. Th. Breuel
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Research Lab: Deduction and Multi Agent Systems
Safety and SecurityLab
Dr W.Stephan, Dr D.Hutter
Multi Agent Lab
Dr K.Fischer, Dr M.Klusch
CompetenceCentre
E-LearningJ.Burgard, K.P.Jantke,
E.Melis
MathematicalAssistent Systems
Dr S.Autexier, Dr Ch.BenzmüllerUniversity
DeMAS
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DFKI Covers the Complete Innovation Cycle
DFKI
Labs at theUniversity
Application-oriented
BasicResearch
Applied Research
and Development
TransferProjects
‘Blue Sky‘Basic Research
DFKI projectsfor
externalclients and
shareholders
Spin-offCompanieswith DFKIequity
Commercialization/Exploitation
Shareholders
ExternalClients
DFKIprojects
forfederal
government,EU
DFKIprojects
forstate
governments,clients and
shareholders
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DFKI is a Joint Venture of:
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Es existieren mehrere Kandidaten für weitere Gesellschafteranteile am DFKI, die ihr Interesse für 2005 nach Vertragsprüfung bekundet haben.
Hybride, personalisierte Navigationssysteme, Ferndiagnose
Ontologie-basiertes Matchmaking, Virtuelles Arbeitsamt
Multilinguale Autorensysteme
Beratungsagenten für UMTSBill Gates: MicroSoft
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Staff Development from 1988 - 2001
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
2005: ~ 250
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DFKI has created >600 new Jobs in IT Industry
and 33 Start-up and Spin-Off Companies
InnoPwww.innop.de
springwww.spring.de
Plansoftwww.plansoft.de
ProCAEsswww.procaess.de
tec:innowww.tecinno.de
TNMwww.tnmsoft.com
SIEDAwww.sieda.com
TransCatwww.transcat.de
EYELEDwww.eyeled.co
mXtraMindwww.xtramind.com
Insiders Information Management GmbHwww.im-insiders.de
sonicsonwww.sonicson.com
DACOSwww.dacos.de
Imagowww.imago.de
DeepWebhttp://www.deep-web.de
acrolinxhttp://www.acrolinx.de/
Erster Deutscher SPIN-OFF PREIS
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Universität des SaarlandesSaarbrücken den 16. 2. 2005© 2002 DFKI Design by R.O.
Thank You for
Your Attention
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Universität des Saarlandesund
Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH
DFKI
COMPUTER-BASED MATHEMATICS
http://www.dfki.de/~siekmann
Jörg Siekmann
Mathematische Assistenzsysteme
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Was ist ein mathematisches Assistenzsystem?
• Textverarbeitung a la LATEX: TeXmacs• Information Retrieval aus einer mathematischen Datenbank ( MBase, Open Math, OmDoc,... )• Theorie Kontext• Semantik: der Definitionen, Theoreme, Beweise und Lemmata . . . und part iell der Textfragmente!• Hilfsmittel und Tools: Computer-Algebra Systeme• Hilsmittel und Tools: Beweis Systeme• Hilfsmittel und Tools: Proofchecker
• interakt ive Übungen durch integrierte Service-Systeme (Computeralgebra etc)• web-basiert, verteilte Architektur• semantische XML-Repräsentation
– Wiederverwendung des Inhalts
http://www.activemath.org
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..... to set the stage.1954:
1956:
Martin DavisTheorem: The Sum of two even numbers is again evenProof: (Presburger Arithmetic)Alan Newell, Herb Simon
Theorems: from Principia MathematicaProof: Logic Theorist
Dartmouth Conference
Psychology Scruffy
Logic Theorist GPSNewellWoody Bledsoe
LogicNeat
WangResolution
Matrix
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3 Paradigms:
• Natural Deduction• Woody Bledsoe
• Proof Planing: OYSTER-CLAM, ΩMEGA
• Resolution• Tableaux-Methods• Matrix and Connection Method
• Automath• NUPRL• IMPS• ISABELLE etc.
1. Classical Automated Theorem Proving
2. Tactical Theorem Proving
3. Human oriented Theorem Proving
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Deduction Systems
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Automated theorem proving is not the beautiful process we know asmathematics. This is „cover your eyes with blinders and huntthrough a cornfield for a diamond-shaped grain of corn“ ...
Mathematicians have given us a great deal of direction over the last two or three millennia. Let us pay attention to it.
Woody Bledsoe, 1986
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Can we do better ?
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Knowledge based Proof Planning
• Initial State
• Goal
on(A,B), on(B,C), on_table(C),on_table(D), free(A), ...
on_table(B)
• Operators PUTDOWN(X):precondition: holding (X)effect: (+) on_table(X), hand_empty
(-) holding(X)
• Planpick(A), putdown(A), pick(B), putdown(B)
AI-PLANNING IN THE BLOCKS WORLD
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Methods: An Example
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Method 1 Method 2 Method 3
Knowledge based Proof Planning
•Classical Proof Planning
•Knowledge based Proof Planning
•Knowledge
•Time
•User interaction
Ressources
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Mathematical Control Knowledge
Global mathematical control:
•Prove |a| < b directly or via auxiliary variabels
prove |a| < b by Solve<b, Solve* or
... LimHeuristic.
•Use important parts of assumptions to introduce
auxiliary variabels/inequalities:
e.g. LimHeuristic requires:•Focus•UNWRAPHYP•REmoveFocus•MP-bSource: Erica Melis
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Theorem 4.8: Let σ and τ be two equivalence
relations. Then (σ τ) t is also an
equivalence relation.Proof: (Idea)
•Symmetry•Reflexivity•Transitivity
Peter Deussen: Semigroups and Automata,
Springer Verlag, 1971
To be shown:
of (σ τ) t
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More Examples: epsilon-delta Proofs
Woody Bledsoe: “Challenges“
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Method for Limit Theorems
Source: Erica Melis
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Construction of mathematical Objects
Final constraint store for LIM+
Collecting constraints and check for consitency
CONSTRAINT SOLVING:
Source: Erica Melis
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Proof Presentation to the User
Verbalisation of
Source: Erica Melis
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Mathematical Assistance Systems
Integrated MathematicalAssistant Environment
‘Pen-and-Paper’Mathematicsvs.
Applications Join of resources necessaryMathematics reserachMathematics educationFormal methods
System level: Coq, NuPrl,Isabelle/HOL, PVS,
Theorema, MEGA, Clam, ...
Research Networks: Calculemus, MKM, Monet, MoWGLI
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The OMEGA SYSTEM
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Proof Planning: A Screen Shot
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Proof Verbalization
• lifting of proofs in the PDS to assertion level
• macro-planning text structure
• micro-planning sentence structure and linguistic realization
• generation of natural language representation
• pre-required: linguistic knowledge
• user-adaptive proof explanation
P.REX (successor of PROVERB):
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Zwei Entwicklungsrichtungen:
1. Verifikationswerkzeuge: z.B. VSE am DFKI
2. Mathematische Tutorsysteme: z.B. ActiveMath am DFKI_____________________________________________________
anwendungsorientierte Grundlagenforschung!
CHALLENGE:
Ein integriertes mathematisches Assistenzsystem
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Knowledge Representation for Mathematics
– XML-Representation– Semantics (OpenMath) extended by meta
data (publ, mathematical, and pedagogical)
Mathematical Ontology
– Formal content for
•Calling external systems
•Intelligent search functionalities
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Knowledge: the building blocks in OMDoc
A monoid is a structure [M times unit]
in which[M times]
is a semi-group
with unite
<definition id="c6s1p4_Th2_def_monoid" for="c6s1p4_monoid">
A monoid is a structure [M times unit]
in which[M times]
is a semi-group
with unite
</definition>
<definition id="c6s1p4_Th2_def_monoid" for="c6s1p4_monoid">
<CMP xml:lang="en" format="omtext"> A monoid is a structure [M times unit]
in which[M times]
is a semi-group
with unite
</CMP><FMP><OMOBJ> ... </OMOBJ></FMP></definition>
<definition id="c6s1p4_Th2_def_monoid" for="c6s1p4_monoid"><metadata> <depends-on> <ref theory="cp1_Th3" name="structure" /></depends-on> <Title xml:lang="en">Definition of a monoid</Title> </metadata><CMP xml:lang="en" format="omtext"> A monoid is a structure [M times unit]
in which[M times]
is a semi-group
with unite
</CMP><FMP><OMOBJ> ... </OMOBJ></FMP></definition>
<definition id="c6s1p4_Th2_def_monoid" for="c6s1p4_monoid"><metadata> <depends-on> <ref theory="cp1_Th3" name="structure" /> </depends-on> <Title xml:lang="en">Definition of a monoid</Title> </metadata><CMP xml:lang="en" format="omtext"> A monoid is a <ref xref="cp1_Th3_def_structure"> structure </ref> <OMOBJ> <OMS cd="elementary" name="ordered-triple"/> <OMV name="M"/> <OMS cd="cp4_Th2" name="times"/> <OMS cd="cp4_Th2" name="unit"/></OMOBJ>in which<OMOBJ> <OMS cd="elementary" name="ordered-pair"/> <OMV name="M"/> <OMS cd="cp4_Th2" name="times"/></OMOBJ> is a semi-groupwith <ref xref="c6s1p3_Th2_def_unit">unit</ref> <OMOBJ xmlns="http://www.openmath.org/OpenMath"> <OMS cd="cp4_Th2" name="unit"/> </OMOBJ>. </CMP><FMP><OMOBJ> ... </OMOBJ></FMP></definition>
An Example:
A MONOID
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Computer Supported Mathematics !!
Schickard:Die erste mechanischeRechenmaschine der Welt.
. . . . . . Zuse: die erste elektronische Rechenmaschine.