Einführung in die Informatik - Institut für Pervasive Computing
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10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Einführung in die Informatik Angewandte Informatik 01101101 11010011 00000011 01111111 00110100 11101110 10011101 01011001 10011000 00011100 11111111 00101110 01110010 00111010 Themenbereiche Computergrafik Datenbanken Künstliche Intelligenz © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 2 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Ziele und Disziplinen Anwendungen der Informatik in Gebieten außerhalb der Informatik, z.B. Medizin, Mathematik, Kunst, Rechtswesen, Wirtschaft, Biologie, … Computer als Problemlösungswerkzeug (nicht als Untersuchungsgegenstand) „Bindestrich-Informatiken“ wie Bioinformatik, Umweltinformatik, Wirtschaftsinformatik, … Erfordern zum Teil neue Algorithmen und Verfahren, bereichern die „klassische“ Informatik. © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 3 10. Angewandte Informatik Ausgewählte Themen der Angewandten Informatik Einführung in die Informatik (Quelle: Informatik-Handbuch) Grafische Datenverarbeitung Multimedia Datenbank- und Informationssysteme Dokumentsuche und Dokumenterschließung (Information Retrieval) Numerisches und Symbolisches Rechnen Künstliche Intelligenz Internet-Dienste Mobiles Rechnen © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 4 Grafische Datenverarbeitung Einführung in die Informatik Computergrafik Erzeugung von Bildern Objektmodell: Speicherabbild der anzuzeigenden Objekte Darstellung auf grafischen Medien (Bildschirm, Drucker) Animationen,Video (Multimedia) Bildverarbeitung Verarbeitung existierender Bilder (z.B. Fotos, Kamerabilder, Sattelitenbilder, etc.) Rasterung und Digitalisierung (Scanner, Kamera, …) Transformationen (z.B. Kontrastverbesserung, Farbänderungen, Kantenerkennung) Objekt- und Schrifterkennung © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 5 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Teilaufgaben der Computergrafik Modellierung (Speicherrepräsentation) Transformationen (Rotation, Translation, Skalierung) Abbildung auf Zeichenfläche (Projektion) Clipping (Bestimmung des sichtbaren Bereichs) Sichtbarkeitsbestimmung (verdeckte Bildteile) Schattierung und Texturen Rasterung (Bestimmung der Farbwerte jedes sichtbaren Bildpunkts) © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 6 Einführung in die Informatik Objektmodelle Drahtmodell Flächenmodell Volumenmodell © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 7 Einführung in die Informatik Farbmodelle additive Mischung RGB Red, Green, Blue subtraktive Mischung CMYK Cyan, Magenta,Yellow, Black © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 8 Ray Tracing Einführung in die Informatik Lichtquelle Kamera Bil deb ene © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 9 Datenbanken Große Datenmengen (z.B. Bibliothek) Beziehungen zwischen Datensätzen Einführung in die Informatik zu Buch: Autor,Verlag, Schlagworte, Standort, Entlehner, … flexible Abfragen Bücher zum Thema „Datenbank“? Bücher des Autors X, die im Verlag V erschienen sind? Welche Bücher von X hat Max schon seit 3 Wochen entlehnt? mehrere Benutzer gleichzeitig Ändern, Löschen, Aktualisieren, Abfragen, … © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Anforderungen an DB-Systeme Dauerhaftigkeit der Daten Integrität: Daten müssen unter allen Umständen in sich konsistent sein. Anwendungsunabhängigkeit: Daten sollen von verschiedenen Programmen aus verwendbar sein. Flexibilität: Auch künftige Anforderungen (z.B. neue Abfragen) sollen erfüllbar sein. Größe: soll nur durch verfügbaren Speicher begrenzt sein. Mehrbenutzerfähigkeit: Gleichzeitige Änderungen dürfen keine Probleme verursachen. © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 11 DB-Modelle Hierarchisches Modell Einführung in die Informatik Daten sind in einer Baumstruktur organisiert einfach und übersichtlich komplexe Beziehungen schwierig Netzwerkmodell beliebige Beziehungen zwischen allen möglichen Daten flexibel, aber unübersichtlich Relationenmodell Datensätze als Tupel in Tabellen Beziehungen über gleiche Schlüssel © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 12 Beispiel für Relationen Autoren Einführung in die Informatik 12 Goethe 30 Böll 42 Adams 99 Asimov … … Bücher 99 9 99 16 30 5 12 1 42 7 … … 1 Faust 5 Haus ohne Hüter 7 Hitchhiker’s Guide 9 Foundation 16 Robot City … … ist-Autor-von Entlehner … … … … … … 9 1 16 5 7 … 7 12 7 22 14 … 1 7 12 14 22 … Max Mayr … Hugo Huber … Eva Eder … Gerda Gruber … Ralf Reich … … … … ist-entlehnt-von typische Beziehungen: 1:1 X ist verheiratet mit Y 1:n Unter der Adresse A wohnen X,Y und Z m:n Verlage – Autoren © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 13 Weitere Themen Abfragesprachen (SQL = structured query language) SELECT Vorname, Zuname FROM Entlehner SELECT * FROM Entlehner WHERE Zuname = 'Eder' Einführung in die Informatik Transaktionen unteilbare Aktionen erhalten die Konsistenz Datenbankschichten extern: „Benutzerschnittstelle“ (Anwendersicht, Funktionen) konzeptuell: „Design“-Ebene (Tabellen, Sätze, Attribute, Relationen, Konsistenzbedingungen, …) intern: „Implementierung“: Repräsentation der Daten auf externen Medien, Dateizugriffe, Datensicherheit, … © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 14 10. Angewandte Informatik Künstliche Intelligenz Einführung in die Informatik KI (engl. AI = Artificial Intelligence) Der Computer als „intelligentes Wesen“ Nachahmung der Leistungen des menschlichen Gehirns Repräsentation von Wissen, assoziative Speicherung Erfassen und interpretieren von Signalen aus der Umwelt Lernen und Ableitung von Schlussfolgerungen Anwendung des erlernten Wissens Der Computer als Modell des menschlichen Gehirns Nachbildung von Neuronen und ihrer Verbindungen Neuronale Netze Ziel: besseres Verständnis der Funktionsweise des Gehirns © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 15 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Expertensysteme Wissensbasierte Systeme Speicherung von Fakten und Beziehungen (vgl. Logische Programmierung) Assoziative Speicherung, manchmal mit unscharfen Regeln (Wahrscheinlichkeiten, „Fuzzy Logic“) Prinzip: Speicherung von bekannten Fakten (z.B. Ursache→Wirkung) durch einen menschlichen Experten. Schlüsse in der umgekehrten Richtung: Welche Ursache könnte einem Symptom zugrunde liegen? Welche Aktionen bieten sich zur Lösung des Problems an? Das Programm übernimmt die Rolle des Experten. © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 10. Angewandte Informatik 16 Themenbereiche der KI Einführung in die Informatik Sehen Bilderkennung Denken Handeln Robotik Hören Spracherkennung Logisches Schließen, Planen von Handlungen, Lernen Sprechen Sprachsynthese © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 17 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Kann es künstliche Intelligenz geben? Begriff des „Elektronengehirns“ Schnell rechnen und vorgegebene Abläufe ausführen reicht nicht. „Intelligenz“ bedeutet auch Neues lernen Verknüpfungen mit bekanntem Wissen herstellen Schlussfolgerungen ziehen; verallgemeinern Erfahrungen auf völlig unbekannte Aufgaben anwenden schöpferische Tätigkeit, Selbstreflexion, Ich-Bewusstsein © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 18 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Nachbildung des Gehirns Gehirn besteht aus ca. 10 Milliarden Neuronen, jedes mit bis zu 10000 anderen verbunden. Alle Neuronen verarbeiten eingehende Reize parallel. Mit 10 Mrd. Computern könnte man die Funktion des Gehirns möglicherweise simulieren. Aber hat man dann eine denkende Maschine? © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz 19 10. Angewandte Informatik Einführung in die Informatik Zukunftsaussichten… Innerhalb von drei bis acht Jahren werden wir eine Maschine mit der allgemeinen Intelligenz eines durchschnittlich begabten Menschen haben. Ich meine eine Maschine, die Shakespeare lesen, ein Auto wachsen, Geschäftspolitik betreiben, Witze erzählen und streiten kann. Zu diesem Zeitpunkt wird die Maschine anfangen, sich mit phantastischer Schnelligkeit selbst zu bilden. Nach ein paar Monaten wird sie auf dem Stand eines Genies sein und noch ein paar Monate später wird ihre Macht nicht mehr zu kalkulieren sein. Marvin L. Minsky, 1970 © G. Blaschek, Institut für Pervasive Computing, JKU Linz
