Praktische Informatik 1

0.2 Einführungsbeispiel: Problem des Handlungsreisenden (Travelling
Salesman Problem, TSP)
Heuristik 4: inverse Hüllen-Erweiterung


Start mit der konvexen Hülle aller Städte
füge der Reihe nach die Knoten mit den meisten Zusatzkosten hinzu (die am weitesten
von der bisherigen Tour entfernt liegen)
Frühzeitige Stabilisierung der Form der Tour!
DEMO “TSPinDemo.html” “Insert farthest”
konträre Ideen führen beide zu guten Ergebnissen
Heuristik 5: Lin-Kernighan


Starte mit beliebiger (schlechter Tour)
Wähle zwei Kantenpaare AB und CD und ersetze sie durch AC und BD (so genannte
2-opt-Strategie).
Lin-Kernighan: nicht nur Kantenpaare, sondern Mengen von Kanten.
DEMO „TSP2oDemo.html” oder “two-optimize.html“
„Güte“ von Heuristiken ist schwer zu schätzen (Beispiel-abhängig)
Konstruktion von Gegenbeispielen möglich
Garantierte Qualität?
S. Arora (1996): „nahezu linearer“ randomisierter Algorithmus für euklidisches TSP
für eine beliebige Konstante c eine (1+1/c)-Approximation in O(n log(n)O(c)) Zeit
z.B. für c=10 höchstens 10% schlechter als Optimum, Zeit n log(n)10
log(n) „fast“ konstant, somit auch log(n)10, d.h. „fast“ linearer Algorithmus
0.3 Was ist Informatik?
„Informatik“: Kunstwort aus „Information“ und „Automatik“
Frz. „Informatique“ (1962), dt. 1968.
Bsp. Studienordnung Präsentation
Definition:
Informatik ist die Wissenschaft
der automatischen Verarbeitung von Informationen.
Grundbegriffe: „Information“, „Verarbeitung“, „automatisch“.
 „Information“: Beschreibung eines Sachverhaltes der (materiellen oder ideellen) Welt
o in eine bestimmte Form gebracht, repräsentiert
o Hierarchie: Daten – Information – Wissen
 „Verarbeitung“: Prozess der Umformung
o Algorithmen sind Verfahren zur Umformung
o Informationsübertragung erfordert oft Umformung (Codierung) und
Rückformung (Decodierung), Teil der Informatik

„automatisch“: Verarbeitung durch Maschinen
o Aufbau und Konstruktion informationsverarbeitender Geräte
o historisch „Rechner“ oder „Computer“ (numerische Berechnungen)
o „computer science“, besser „computing science“.
Bezüge:
o Mathematik und Logik (Pascal, Leibniz, Babbage, Turing, von Neumann, …)
o Elektrotechnik, „Informationstechnik“ (Zuse, Aiken und andere)
--o Maschinenbau (Robotik)
o Produktionstechnikern (Automatisierungstechnik)
o Nachrichtentechnik (Rechnernetze, Mobiltelefonie)
o Psychologie (Mensch-Maschinen-Interaktion)
o Linguistik (Spracherkennung)
o Kommunikationswissenschaften (Interaktive Systeme)
Bindestrich-Informatik: Anwendung der Informatik in anderen Fächern
o Wirtschafts-Informatik
o Bio-Informatik
o Medien-Informatik
o Geo-Informatik
o Umwelt-, Rechts- oder Medizininformatik, …
Informatik-Diplom ermöglicht Weiterqualifikation auf jedem dieser Gebiete!
Struktur der Informatik:
 theoretische Informatik: formale Grundlagen
 praktische Informatik: Verfahren
 technische Informatik: Maschinen
 angewandte Informatik: Anwendungen
Geschichte der Informatik













300 v. Chr:
Euklid Algorithmen (ggT)
um 820:
Al-Chwarizmi Rechenbuch (Al-gorithmus)
1524:
Adam Riese Rechenbuch
17-18.Jh.:
G. W. Leibniz Dualsystem (1679), Rechenmaschine (1673/1694), Pascal,
Schickard: mechanische Rechenmaschinen, Babbage konzipiert „difference engine“, Ada
Lovelace: erste Programmiersprache
Ende 19./ Anf. 20. Jh.: Formalisierung Frege (“Begriffschrift”, 1879), Russell u. Whitehead
(“Prinicipia mathematica", 1910-13), Peano u.a.
Ende 19./ Mitte 20. Jh.: Perfektionierung mechanischer Rechenmaschinen;
1930-40:
Theorie der Berechenbarkeit, Vollständigkeits- und Entscheidbarkeitssätze
(Gödel, Turing, Tarski, Church, Kleene, Post, Markov u.a.)
1930-40:
erste elektromechanische Computer: Zuses Z1 (1936), Z3 (1943), Aikens
Mark1 (1944), Eckert+Mauchlys ENIAC (1946)
1948-49:
Konrad Zuse “Plankalkül”, C. Shannon “Informationstheorie”, J. v. Neumann
Rechnertyp
1955:
Transistor
ca. 1960:
LISP, Fortran, Cobol, Algol.SSi (Small Scale IC’s)
ca. 1970:
Algol68, PL/I, Informatikstudium in Deutschland LSi (Large Scale IC’s)
ab 1980:
Objektorientierte Sprachen und Systeme VLSI



ab 1990:
Internet (Gopher, Mosaic), Mobilfunk (1991 D-Netz, 1994 E-Netz), WLAN
(ca. 1995), PDAs (1997), Java (1995)
ab 2000:
Google, Wikipedia, eBay, RFID, Second Life …
ab 2010:
Sie sind dran!