Fachgebiet. Theorie der Programmierung

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1 Fachgebiet Theorie der Programmierung Ansprechpartner Prof. Franz Baader, Prof. Christel Baier, Prof. Heiko Vogler (Stand: Juli 2010) 1

2 Theorie der Programmierung In den Lehrveranstaltungen werden nicht nur die semantischen Grundlagen für Programmiersprachen und deren Implementierungen präsentiert, sondern auch die Grundlagen zur formalen Spezifikation von Datentypen, Prozesstypen, Programmen und Protokollen, zusammen mit Algorithmen und Methoden zur formalen Verifikation von Hard- und Software. Theorie der Programmierung ist Fachgebiet im Diplomstudiengang Informatik. Die Lehrveranstaltungen im Fachgebiet sind offen für Studenten, die im Nebenfach Informatik studieren und werden zum Teil auch im Fachgebiet Intelligente Systeme angeboten. 2

3 Struktur im Professur Automatentheorie (F. Baader, M. Sturm, A. Turhan, B. Morawska, H. Liu, D. Borchmann, F. Distel, M. Lippmann, J. Mendez, R. Penaloza) Professur Algebraische und Logische Grundlagen der Informatik (C. Baier, C. Dubslaff, F. Ciesinski, M. Größer, J. Klein, S. Klüppelholz, W. Nauber, M. Posegga) Professur Grundlagen der Programmierung (H. Vogler, I. Adamski, L. Rüdiger, T. Stüber, M. Büchse, R. Vater, D. Geisler, R. Müller) 3

4 Forschungsschwerpunkte Professur Automatentheorie Deduktion Termersetzungssysteme, Unifikation in Gleichungstheorien Kombination von Constraint-Lösern Wissensrepräsentation Wissensrepräsentation mit Beschreibungs- und Modallogiken Komplexitäts- und Entscheidbarkeitsresultate für Schließen praktikable Entscheidungsverfahren Anwendungen in Datenbanken und im semantischen Web Rechnen mit Molekülen Modellierung universeller biologischer Computer Simulation und Implementierung von DNA-Computern im Labor 4

5 Forschungsschwerpunkte Professur Algebraische und Logische Grundlagen der Informatik Modellierung, Spezifikation, Verifikation und quantitative Analyse verteilter Systeme temporale und modale Logik, Model Checking Koordinationssprachen, Prozesskalküle 5

6 Forschungsschwerpunkte Professur Grundlagen der Programmierung Verarbeitung natürlicher Sprache (Natural Language Processing) Applications of tree automata and transducers 6

7 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Basisvorlesungen (mindestens aller zwei Jahre) Description Logic (4/2/-) Complexity and Logic (4/2/-) Term Rewriting Systems (4/2/-) Automata and Logic (4/2/-) Funktionale Programmierung und Typtheorie (2/2/-) Spezialvorlesungen z.b. Advanced topics of Description Logics (2/-/-) in jedem Semester: Komplexpraktikum und/oder Hauptseminar mit Themen aus den Forschungsschwerpunkten 7

8 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Lehrveranstaltungsangebot WS 2010/11 Die Spezialvorlesungen der Professur im Hauptstudium werden im Sommersemester 2011 angeboten! Theoretische Informatik (Hauptseminar) -/2/- (Baader) Komplexpraktikum -/-/4 (Baader) 8

9 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Lehrveranstaltungsangebot SS 2011 Automata and Logic 4/2/- (Baader) Advanced topics in Description Logics 2/-/- (Turhan) Funktionale Programmierung und Typtheorie 2/2/- (Sturm) Molekulares Rechnen (in vitro und in vivo) 2/2/- (Sturm) Selected Topics in Automata and Logic 2/2/- (Penaloza) Theoretische Informatik (Seminar) -/-/2 (Baader) Theoretische Informatik (Komplexpraktikum) -/-/4 (Baader) 9

10 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Automata and Logic (in englischer Sprache), SS 2011 The course considers finite automata that work on finite or infinite words and trees. It concentrates on the connection between these automata and logics relevant to computer science such as: - first-order logic (FOL), - monadic second-order logic (MSO), and - propositional dynamic logic (PDL). In particular, decision problems for these logics are reduced to automata closure and decidability problems, for which solutions will be presented. 10

11 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Advanced topics in Description Logics (in englischer Sprache), SS 2011 This lecture uses the notions from the lecture Description Logics as a basis to introduce reasoning problems for Description Logics that are strongly motivated by practical applications. For instance, it will cover explanation of inference results and query answering for ABoxes as well as the algorithms solving these reasoning problems and their complexity. 11

12 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Funktionale Programmierung und Typtheorie, SS 2011 (in dtsch. Sprache) Die Lehrveranstaltung thematisiert die semantischen Grundkonzepte getypter funktionaler Programmiersprachen (z.b. Haskell). Das sind: der Lambda- Kalkül als Programmiersprache, der getypte Lambda-Kalkül (nach Church und Curry), der polymorphe Lambda-Kalkül zweiter Ordnung, der polymorphe Lambda-Kalkül dritter Ordnung, der Lambda-Würfel, polymorphe Datentypen und Funktionen, Typsysteme und Typklassen, verzögerte Auswertung, funktionale Parser, Verifikation und Programmtransformation und Monaden. 12

13 Information zum Lehrangebot der Professur Automatentheorie Molekulares Rechnen (in vitro und in vivo), SS 2011 Die Lehrveranstaltung umfasst zwei Zielstellungen: die Entwicklung unkonventioneller Rechenmodelle, die auf einer Abstraktion biologischer Prozesse basieren und für eine Anwendung in der Mathematik bzw. Informatik vorgesehen sind, sowie die Formalisierung von real ablaufenden Prozessen in lebenden Zellen bzw. Organismen zur Erkenntnisgewinnung in der Systembiologie bzw. Bioinformatik. Neben der Vermittlung der mathematischen und theoretischen Grundlagen zum Fachgebiet allgemein werden spezielle in-vitro- und in-vivo-modelle vorgestellt sowie Grenzen ihrer Komplexität und Realisierbarkeit diskutiert. Schwerpunkte: Automaten, formale Sprachen, Berechenbarkeit, Lambda-Kalkül, Adleman-Experiment, DNA-basierte Algorithmen, NP- 13

14 Probleme, Splicing-Modelle, Insertion-Deletion-Systeme, DNA-Haskell, Gene Assembly, Membrane-Computing. 14

15 Information zum Lehrangebot der Professur Algebraische und Logische Grundlagen der Informatik Lehrveranstaltungsangebot WS 2010/11 Model Checking 4/2/- (Baier) Interactive Theorem Proving 4/2/- (Posegga) Formale Semantik nebenläufiger und mobiler Systeme 2/2/- (Posegga) LP Engineering -/2/- (Nauber) Model Checking (Komplexpraktikum) -/-/4 (Baier) Selected Topics in Logics and Complexity -/2/- (Baier, Größer) 15

16 Information zum Lehrangebot der Professur Algebraische und Logische Grundlagen der Informatik Lehrveranstaltungsangebot SS 2011 Advanced Logics 4/2/- (Baier) - Model Checking II 2/-/- (Größer) Semantics of Dependent Type Theory 2/2/- (Posegga) Entwurf und Analyse von Petri Netzen 2/2/- (Nauber) Model Checking (Komplexpraktikum) -/-/4 (Baier) Symbolic and Compositional Verification (Seminar) -/2/- (Baier) 16

17 Information zum Lehrangebot der Professur Grundlagen der Programmierung Lehrveranstaltungen zur NLP Verarbeitung natürlicher Sprache - Sprachmodelle V2/Ü2 (jedes WS) Verarbeitung natürlicher Sprache - Übersetzungsmodelle V2/Ü2 (jedes SS) Selected Topics of NLP V2/Ü2 (jedes SS) Seminar zur Verarbeitung natürlicher Sprachen Ü2 (jedes WS) NLP Lab P4 (jedes WS) Lehrveranstaltungen zur Automatentheorie Weighted Tree Automata V2/Ü2 (jedes WS) Advanced Topics in Weighted Tree Automata V2/Ü2 (jedes SS) Seminar on NLP Ü2 (jedes SS) 17

18 Information zum Lehrangebot der Professur Grundlagen der Programmierung Lehrveranstaltungsangebot WS 2010/11 Verarbeitung natürlicher Sprache - Sprachmodelle 2/2/- (Vogler, Büchse) Weighted Tree Automata 2/2/- (Vogler) (ausnahmsweise kein Seminar und kein Praktikum) Lehrveranstaltungsangebot SS 2011 Verarbeitung natürlicher Sprache - Übersetzungsmodelle 2/2/- (Vogler, Büchse) Advanced Topics in Weighted Tree Automata 2/2/- (Vogler) Selected Topics of NLP V2/Ü2 (Vogler, Büchse) Seminar on NLP Ü2 (Vogler, Büchse) 18

19 Verarbeitung natürlicher Sprache (syntax-based machine translation) S S NP PRP RB1 VP VB RB2 translation NP PRP AUX VP RB VB il ne va pas he does not go parsing il ne va pas unparsing he does not go 19

20 Weichted Tree Automata Untersuchung von Modellen zur qualitativen und quantitativen Bewertung und Übersetzung von Bäumen Beispiel: gewichtete Logikformel zum Zählen der Blattknoten eines Baums x. y. child(x, y) Ziele Untersuchung von Eigenschaften dieser Modelle nutzbar für Anwendungen, z.b. Machine Translation: Kompositionsresultate: erlauben den Übersetzungsprozess in kleine, einfach beherrschbare Phasen zu trennen Determinisierungsresultate: erlauben eine effiziente Übersetzung 20