Hasso-Plattner-Institut
  
Hasso-Plattner-Institut
Prof. Dr. Tobias Friedrich
  
 

Theoretische Informatik 1 (Wintersemester 2015/2016)

Dozent: Prof. Dr. Tobias Friedrich
Links: Lehrveranstaltungen IT-Systems Engineering, Algorithm Engineering Moodle

Die Vorlesung Theoretische Informatik 1 ist ein Pflichtmodul im 3. Semester des Bachelors IT-Systems Engineering am Hasso-Plattner-Institut der Universität Potsdam. Angaben zum Inhalt, formalen Voraussetzungen, Leistungserfassung etc. finden sich auf der zentralen Seite. Diese Seite fasst alle Informationen für die Durchführung der Veranstaltung im Wintersemester 2015/2016 zusammen. Zum Start hier eine Begrüßung und kurze Beschreibung des Ablaufs durch den Dozenten:

Beschreibung

In der Theoretischen Informatik befassen wir uns mit grundlegenden Fragen, die den Computer betreffen:

  • Gibt es Probleme, die kein Computer jemals lösen kann?
  • Wenn man einem Computer mehr Zeit (oder Platz) gibt, kann er dann mehr Probleme lösen als vorher?
  • Sind alle Computer(-modelle) mehr oder weniger gleich, oder gibt es wesentliche Unterschiede?
  • Gibt es Probleme, die man mit sehr viel Zeit lösen kann, aber niemals effizient mit wenig Zeit?

Um diese Fragen zu beantworten, abstrahieren wir von dem komplexen Begriff eines "Computers" weg und betrachten nur sehr einfache Programmiersprachen. In dem Kontext lernen wir zeitgleich formal korrektes Arbeiten, mathematische Denkweisen und saubere Beweisführung. Auf dem Programm stehen

  • Landau bzw. O-Notation
  • WHILE-Programmierung, Turing Maschinen und Endliche Automaten
  • Das Halteproblem und Nichtentscheidbarkeit
  • P vs. NP
  • Zeit vs. Platzkomplexität

Auf der anderen Seite geben wir eine Einführung in die Algorithmik. Wir entwerfen effiziente Algorithmen für bekannte Probleme, und beweisen deren Laufzeit und Korrektheit. Dabei lernen wir verschiedene Techniken zur Problemlösung kennen. Darunter fallen beispielsweise

  • Graphalgorithmen (kürzeste Wege, Tiefen/Breitensuche, Spannbäume, Flüsse, etc.)
  • Arrayalgorithmen (Sortieren, Suchen, Partition, Median, etc.)
  • Dynamische Programmierung
  • Algorithmische Geometrie

Dabei sind wir darauf bedacht, eine Dualität aufzuzeigen: Auf der einen Seite fragen wir uns häufig, was ist der schnellste Algorithmus, den wir für ein Problem finden können? Auf der anderen Seite möchten wir wissen, ob es mathematisch beweisbar ist, dass es keinen schnelleren Algorithmus geben kann.

Voraussetzungen

Formal sind keine Voraussetzungen notwendig. Spaß an kniffeligen Aufgaben ist aber eine exzellente Grundlage!

Organisation

Die Verwaltung der Vorlesung geschieht über das Moodle des Fachgebiets. Dort können Sie sich mit ihrem regulären HPI-Login einloggen und für die Veranstaltung eintragen. Die Moodle-Registrierung ist verpflichtend für alle Teilnehmer, da darüber auch die Verwaltung der Übungsblätter und deren Bewertung läuft. 

Wöchentliche Veranstaltungen

  • Vorlesung: Montag 15:15, HS 3.
  • Church-Übung: Montag 11:00 A.2-1
  • Cook-Übung: Montag 11:00 A.2-2
  • Dijkstra-Übung: Montag 13:30 A.1-1
  • Gödel-Übung: Dienstag 13:30 A.1-1
  • Turing-Übung: Dienstag 17:00 A.1-2

Inhalte

Klausurtermine

Wir bieten ein Repetitorium zur Midterm an. Der Termin ist am 30.11.2015 um 17:00 nach der Vorlesung.

  • Klausur 1: 07.12.2015 15:00 s.t. HS 2+3. Dauer: 110 Minuten.
  • Klausur 2: 09.02.2016 10:00 s.t. HS 1+2. Dauer: 180 Minuten. 
  • Klausur 3: 04.04.2016 11:00 s.t. HS 2+3. Dauer: 180 Minuten.

Erlaubte Hilfsmittel in den Klausuren ist jeweils ein beidseitig handbeschriebenes DIN A4-Blatt.

Darüber hinaus werden wöchentlich Übungen ausgeteilt. Man benötigt für die Zulassung jeweils 50% der Punkte der ersten Vorlesungshälfte und 50% der Punkte der zweiten Vorlesungshälfte.

Weiterhin werden auf den Übungsblättern regelmäßig besonders kniffelige Aufgaben ("Knobelaufgaben") gestellt. Diese bringen direkt Bonuspunkte für die Klausur.

Literatur

  • Schöning: Theoretische Informatik - kurz gefasst. (Gut lesbar, für Berechenbarkeitstheorie)
  • Bläser: Theoretical Computer Science. (Umfangreich, für Berechenbarkeitstheorie)
  • Cormen, Leiserson, Rivest, Stein: Algorithmen - Eine Einführung. (Für Algorithmik)

Vorlesungsteam

Die Vorlesung wird veranstaltet vom Fachgebiet Algorithm Engineering. An der Durchführung sind die folgenden Personen beteiligt:

Dozent

Vorlesung: Montag, 15:15 Uhr
Raum: Hörsaal 3

E-Mail: friedrich(at)hpi.de

Übungsleiter

Sprechzeiten: täglich ab 13:00 Uhr
Büro: A-1.7/8

E-Mail: anton.krohmer(at)hpi.de

Meike Baumgärtner

Tutor

Übung: Turing
Raum: A.1-2
Termin: Di. 17:00 s.t.

E-Mail: meike.baumgaertner(at)student.hpi.de

Christoph Keßler

Tutor

Übung: Gödel
Raum: A.1-1
Termin: Di. 13:30

E-Mail: christoph.kessler(at)student.hpi.de

Felix Montenegro-Retana

Tutor

Übung: Dijkstra
Raum: A.1-1
Termin: Mo. 13:30

E-Mail: felix.montenegro-retana(at)student.hpi.de

Stefan Neubert

Tutor

Übung: Church
Raum: A.2-1
Termin: Mo. 11:00 s.t.

E-Mail: stefan.neubert(at)student.hpi.de

Fabian Sommer

Tutor

Übung: Cook
Raum: A.2-2
Termin: Mo. 11:00 s.t.

E-Mail: fabian.sommer(at)student.hpi.de