Hasso-Plattner-Institut
Prof. Dr. Holger Giese
  
 

12.10.2009

Was bietet die Informatik heutzutage für die Modellierung und Analyse komplexer Systeme?

Vortrag von Prof. Dr. Holger Giese im Rahmen des Bioinformatics Affinity Seminars.

Wann: 14.10.2009, 10.00 Uhr
Wo: Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

 

Abstrakt:

Die Informatik beschäftigt sich mit komplexen, informationstechnischen Systemen und dem dahinterstehenden Prinzipien der Informationsverarbeitung. Auch wenn ihre Ergebnisse im Wesentlichen auf diesen Bereich abzielen, so spielt doch heutzutage Informationsverarbeitung auch in vielen anderen Disziplinen wie z.B. Physik oder Biologie eine immer wichtigere Rolle. In diesem Vortrag wollen wir die in der Informatik erreichten Ergebnisse für die Modellierung und Analyse skizzieren und insbesondere auf einige entwickelte Konzepte und Technologien eingehen, die auch für die Modellierung und Analyse komplexer Systeme außerhalb der Informatik vielversprechend sind.

Zur Beherrschung der Komplexität ist man in der Informatik bemüht, Systeme möglichst einfach beschreiben zu können. Dazu wurden zahlreiche Sprachen, Konzepte für Sprachen, Technologien zur Definition von Sprachen und Technologien zur vereinfachten Ableitung von Werkzeugen für Sprachen entwickelt. Auch bei der Modellierung von Systemen, die nicht aus dem Bereich der Informatik selber stammen, spielt die Verwendung entsprechend gut handhabbarer Modellierungssprachen und Werkzeugen eine wesentliche Rolle und es stellt sich die Frage, welche Ergebnisse hilfreich sein könnten: So hat die Informatik eine ganze Reihe von Modellierungskonzepte für verschiedenste Formen von informationsverarbeitenden Systemen entwickelt. Je nach vorhandenen Einschränkungen reichen diese von einfachen diskreten Automaten bis zu komplexen zusammengesetzten Modellen, die das komplexe Zusammenwirken seiner Teilsysteme sowohl in Bezug auf die Interaktion, Strukturänderung aber auch Erzeugung neuer und Löschung existierender Teilsysteme ermöglicht und es bestehen zum Teil sehr ausgefeilte Analysemöglichkeiten. Es existieren zahlreiche Beispiele, wo solche Modellierungskonzepte auch auf komplexe Systeme außerhalb der Informatik wie z.B. die Modellierung von Gene Assembly erfolgreich angewendet wurden. Andere Ansätze erlauben es, das benötigte Modell eines komplexen Systems sukzessive aus Teilmodellen (Sichten) aufzubauen, so dass man an einzelnen Beobachtungen des Systems orientiert schrittweise komplexe Modelle erarbeiten kann. Solche Techniken wurden z.B. schon erfolgreich eingesetzt, um zelluläre Prozesse einfacher modellieren zu können.

Aber auch die Informatik hat immer wieder Anregungen aus anderen Disziplinen aufgegriffen: So versucht man in der Informatik heutzutage aufgrund der Probleme, die stetig wachsende Komplexität von Informatik-Systemen zu beherrschen, allgemeine Konzepte komplexer Systeme, wie man sie in der Natur beobachten kann, zu adaptieren. Die sich daraus ergebenden Ideen zur Modellierung und Analyse von Selbst-Organisation, Selbst-Optimierung und (Selbst-)Adaption bieten weitere interessante Verbindungspunkte zwischen der Informatik und anderen Disziplinen und deren komplexen Modellen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass aufgrund der Beteiligung verschiedener Disziplinen an einem Problem, eine einzige Modellierungssprache häufig nicht mehr ausreicht. Die Multi-Paradigm Modellierung versucht diese Fragestellung der Integration verschiedener Modellierungssprachen zu einem Gesamten auf den verschiedenen Ebenen der Semantik/Mathematik, Syntax aber auch Technologie anzugehen. Beispiele sind hier komplexe hybride Modelle, die sich aus der Kombination kontinuierlicher Modelle für physikalische Anteile und diskreter Modelle für informationsverarbeitende Anteile ergeben.