Seminar: Aktuelle Themen aus der Programmierung

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1 Seminar: Aktuelle Themen aus der Programmierung Organisatorisches / Vorbesprechung Professur für Künstliche Intelligenz & Softwaretechnologie WS 2012/13 Stand der Folien: 19. September 2012

2 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Personen Prof. Dr. Manfred Schmidt-Schauß Zimmer Mitarbeiter Conrad Rau Zimmer Dr. David Sabel Zimmer PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 2/25

3 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Webseite beinhaltet alle relevanten Informationen: Hinweise zur Ausarbeitung und Themenliste Terminplan aktuelle Bekanntmachungen PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 3/25

4 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Termine 1-2 Vorträge jeweils Mittwochs, 14 c.t. in SR 11 (Informatik) Reihenfolge wird bald festgelegt. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 4/25

5 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Modul B-PR-BS Das Seminar ist ist Pflichveranstaltung des Moduls B-PR-BS B-PR-BS gehört zum Vertiefungsgebiet Betriebs- und Kommunikationssysteme und Programmiersprachen und -paradigmen (BKSPP) Umfang des Moduls: 5 CP PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 5/25

6 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Modulabschlussprüfung (1) Anmeldung zur Modulabschlussprüfung Die Anmeldung zu einer Prüfungsleistung bei einem Seminar oder Praktikum erfolgt spätestens bis zum Ende der zweiten Woche nach Vorlesungsbeginn = 28. Oktober Ein Rücktritt von der Prüfungsleistung bei einem Seminar ist möglich bis zum Beginn der ersten Veranstaltung des Seminars. = 31. Oktober Anmeldung online über go.uni-frankfurt.de PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 6/25

7 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Modulabschlussprüfung Modulabschlussprüfung (2) Modulabschlussprüfung Regelmäßige Teilnahme (nicht mehr als zweimal fehlen) schriftliche Ausarbeitung (Note 4,0 oder besser) sowie ein Vortrag (Note 4,0 oder besser) Benotung Arithm. Mittel aus den beiden Noten Noten werden erst am Ende des Seminars bekannt gegeben. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 7/25

8 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 mit Beamer testen PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 8/25

9 Organisatorisches Vortrag und Ausarbeitung Themen Vortrag Ausarbeitung Ausarbeitung Abgabe zwei Wochen vor dem Vortrag Ausdruck und PDF Umfang: ca. 10 Seiten vorherige Besprechung des Konzepts: Terminabsprache per notwendig Nachbesserung bis spätestens zwei Wochen nach dem Vortrag PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 9/25

10 Übersicht Ausgewählte Kapitel aus dem Buch Pearls of Functional Algorithm Design von Richard Bird, Cambridge University Press, 2010, ISBN: Signatur F in der Institutsbibliothek. Ein weiteres Exemplar des Buchs liegt an der Professur. Ein Thema aus anderem Buch. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 10/25

11 Themen: Übersicht 01 Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus Einzelthema 02 Finden von Celebrity-Cliquen Einzelthema 03 Die Burrows-Wheeler-Transformation Einzelthema 04 Rangberechnung aller Suffixe Einzelthema 05 Berechnung der Konvexen Hülle Einzelthema 06 Hylomorphismen und Nexuse Einzelthema 07 Arithmetische Kodierungen Doppelthema 08 Zahlenspielereien Einzelthema 09 Schleifenlose Algorithmen Doppelthema 10 Der größte Suffix Einzelthema 11 Invertieren von Funktionen Einzelthema 12 Drei Wege zum Berechnen von Determinanten Einzelthema 13 Konstruktion von Bäumen minimaler Höhe Einzelthema 14 Finanzverträge in Haskell Einzelthema PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 11/25

12 01 Einzelthema: Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus Kapitel 17: The Knuth-Morris-Pratt algorithm (S ) Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus löst das Problem alle Vorkommen (die Positionen) eines Substrings (das sogenannte Pattern) in einem Eingabestring zu finden. Das Kapitel präsentiert eine funktionale Implementierung des Knuth-Morris-Pratt Algorithmus. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 12/25

13 02 Einzelthema: Finden von Celebrity-Cliquen Kapitel 9: Finding celebrities (S ) Gegeben eine Menge P von Personen bei einer Party. Ein Teilmenge C von P ist 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 Personen aus C (d.h für jede Person aus C gilt: sie kennt keine Person aus P \ C). In diesem Kapitel werden Lösungen vorgestellt, um aus einer gegebenen Menge P und der binären Relation kennt eine Celebrity Clique herauszufinden. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 13/25

14 03 Einzelthema: Die Burrows-Wheeler-Transformation Kapitel 13: The Burrows-Wheeler transform (S ) Die Burrows-Wheeler-Transformation (BWT) ist eine Methode, um eine Liste so zu permutieren, so dass gleiche Elemente nebeneinander stehen. Die BWT kann im Rahmen von Datenkompressionsalgorithmen verwendet werden und wird z.b. von bzip2 verwendet. In diesem Kapitel werden Implementierungen in Haskell der BWT erörtert. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 14/25

15 04 Einzelthema: Rangberechnung aller Suffixe Kapitel 12: Ranking suffixes (S ) Gegeben eine Liste xs von Elementen. Ein Element x aus xs hat Rang r, falls es genau r Elemente in xs gibt, die echt kleiner als x sind. Z.B. erhält man für die Liste [3, 5, 1, 2] als Liste der Ränge: [2, 3, 0, 1]. In diesem Kapitel wird das Problem betrachtet, für eine Liste xs alle Ranglisten der Suffixe von xs möglichst effizient zu berechnen. Für xs = [3, 5, 2, 1] erhält man als Liste von Suffixen [[3, 5, 2, 1], [5, 2, 1], [2, 1], [1]] und die dazugehörigen Ranglisten: [[2, 3, 1, 0], [2, 1, 0], [1, 0], [0]]. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 15/25

16 05 Einzelthema: Berechnung der Konvexen Hülle Kapitel 23: Inside the convex hull (S ) Das Kapitel stellt eine Implementierung vor, um die konvexe Hülle einer Menge von d-dimensionalen Punkten zu berechnen. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 16/25

17 06 Einzelthema: Hylomorphismen und Nexuse Kapitel 21: Hylomorphism and nexuses (S ) Ein Hylomorphismus ist eine Berechnung, die aus einem Fold nach einem Unfold besteht. Ein Unfold produziert eine Datenstruktur, während ein Fold diese konsumiert. Da bei einem Hylomorphismus die erzeugte Datenstruktur wieder konsumiert wird, kann man durch Optimieren das Erzeugen der Datenstruktur verhindern. Anderseits kann man die erzeugte Datenstruktur jedoch auch gut nutzen, da es den Aufrufgraph des Hylomorphismus widerspiegelt. Man kann diesen Aufrufgraph noch optimieren, indem man Knoten zusammenfasst (shared). Ein solcher Aufrufgraph wird als Nexus bezeichnet. Das Kapitel beschäftigt sich mit dem Erzeugen solcher Nexuse anhand interessanter Beispiele. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 17/25

18 07 Doppelthema: Arithmetische Kodierungen Kapitel 24: Rational arithmetic coding (S ) Die arithmetische Kodierung ist eine Methode zur Datenkompression. Hierbei wird die kompriemierende Eingabe insgesamt als binärer Bruch im Einheitsintervall [0, 1] dargestellt. In diesem Kapitel werden ein Kodierer und ein Dekodierer auf Basis von Brüchen mit beliebiger Genauigkeit präsentiert. Kapitel 25: Integer arithmetic coding (S ) Dieses Kapitel behandelt genau wie das vorherige die arithmetische Kodierung, wobei anstelle von rationalen Zahlen, ganze Zahlen verwendet werden. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 18/25

19 08 Einzelthema: Zahlenspielereien Kapitel 6: Making a century (S ) In diesem Kapitel wird das Problem Making a century betrachtet: Verwende genau die Ziffern 1,..., 9 und die Operationen + und und bilde daraus einen arithmetischen Ausdruck dessen Ergebnis genau 100 ist. Eine Lösung ist z.b Das Making a century Problem besteht darin alle Möglichkeiten herauszufinden. Kapitel 20: The countdown problem (S ) Das Countdown-Problem lässt sich wie folgt formulieren: Gegeben 6 positive Zahlen und eine positive Zielzahl. Das Ziel ist es einige der 6 Zahlen zu einem arithmetischen Ausdruck zu verknüpfen (alle 4 Grundrechenarten sind erlaubt), so dass der Wert des Ausdrucks möglichst nah an der Zielzahl liegt. In diesem Kapitel werden Suchalgorithmen zur Lösung des Problems untersucht. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 19/25

20 09 Doppelthema: Schleifenlose Algorithmen Kapitel 28: Loopless functional algorithms (S ) Loopless Algorithmen generieren allgemein nach einem Muster eine Ausgabefolge, z.b. die Liste aller Permutationen einer Eingabeliste. Hierbei wird ein Ausgabeelement in einem Schritt aus dem vorherigen Ausgabeelement generiert. Ein solcher Algorithmus heisst loopless, wenn der erste Schritt Linearzeit in der Größe der Eingabe benötigt, aber alle folgenden Schritte jeweils in konstanter Zeit durchgeführt werden können. In Kapitel 28 wird allgemeinen eingeführt, was benötigt wird für die Implementierung solcher Algorithmen: Listen, Bäume und Queues. Kapitel 29: The Johnson-Trotter algorithm (S ) Der Johnson-Trotter Algorithmus genierert alle Permutationen einer Liste, indem aus einer Permutation jeweils die nächste generiert wird. Das Kapitel stellt einen loopless Algorithmus hierfür vor. Kapitel 30: Spider spinning for dummies (S ) Betrachtet wird das Problem alle Bitfolgen a 1,..., a n der Länge n zu generieren, die eine Menge von gegebenen Bedingungen der Form a i a j erfüllen. Hierfür wird ein loopless Algorithmus vorgestellt. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 20/25

21 10 Einzelthema: Der größte Suffix Kapitel 14: The last tail (S ) In diesem Kapitel wird das Problem behandelt den größten Suffix eines Wortes zu finden. Die Größe wird hierbei bezüglich der lexikographischen Ordnung gemessen. Z.B. sind Wörter die mit a beginnen kleiner als alle Wörter die nicht mit a beginnen und ein echter Präfix eines Worts ist immer kleiner als das Wort selbst (z.b. ist das Wort Affe kleiner als das Wort Affen ). Für das eigentlich Problem ist z.b. der größte Suffix von tomate gerade tomate selbst, während für das Wort einleitung der größte Suffix der String ung ist. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 21/25

22 11 Einzelthema: Invertieren von Funktionen Kapitel 3: Improving on saddleback search (S ) In diesem Kapitel wird das folgende Problem behandelt: Gegeben eine Funktion f, die als Eingabe ein Paar von natürlichen Zahlen erhält und als Resultat eine natürliche Zahl liefert. Sei z eine natürliche Zahl. Gesucht ist eine Funktion invert, so dass invert(f, z) die Menge aller Paare (x, y) liefert, für die gilt f(x, y) = z. Dabei darf angenommen werden, dass f streng monoton steigend für beide Argumente ist. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 22/25

23 12 Einzelthema: Drei Wege zum Berechnen von Determinanten Kapitel 22: Three ways of computing determinants (S ) Das Kapitel stellt drei verschiedene Implementierungen zur Berechnung der Determinante einer n n-matrix vor. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 23/25

24 13 Einzelthema: Konstruktion von Bäumen minimaler Höhe Kapitel 7: Building a tree with minimum height (S ) Das Kapitel behandelt das folgende Problem: Gegeben eine Liste xs von Markierungen: Erstelle einen binären Baum, der Markierungen an den Blättern hat, so dass der Rand (die Liste der Blätter) genau mit den Elementen aus xs markiert ist (in der Reihenfolge von links nach rechts). Ziel dabei ist es, einen möglich flachen Baum zu erstellen. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 24/25

25 14 Einzelthema: Finanzverträge in Haskell Kapitel 6 aus dem Buch The Fun of Programming (Signatur D in der Institutsbibliothek, S ) Es wird eine Haskell-Bibliothek zur Repräsentation und Wertermittelung von Finanzverträgen in Haskell erörtert, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie kleine Kombinatoren zur Verfügung stellt, deren Kompostionen auch komplexe Verträge darstellen kann. PR-BS Organisatorisches WS 2012/13 Professur KIST 25/25