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Lehrstuhl für Algorithm Engineering
LS11
Lehrgebietsvorstellung 29. Juni 2007
Karsten Klein
Die Professoren…
Günter Rudolph Petra Mutzel Jan Vahrenhold
Dezember 2004: Lehrstuhl für Algorithm Engineering(Nachfolge des Lehrstuhls für Systemanalyse, Prof. Schwefel)
• Design,• theoretische Analyse,• Implementierung, und• experimentelle Evaluationvon Algorithmen und Datenstrukturen
Algorithm Engineering
anwendungs-orientiert
Forschungsinteressen
• Algorithmen und Datenstrukturen• Graphenalgorithmen• Kombinatorische Optimierung
Traditionelle Algorithmik
• Entwurf für einfache Problem- und Maschinenmodelle• Hauptergebnis: beweisbare Leistungsgarantien für alle
möglichen Eingaben• → Elegante, zeitlose, an viele konkreten Anwendungen
anpassbare Lösungen• → Zuverlässig hohe Effizienz auch für zur Implementie-
rungszeit unbekannte Typen von Eingaben
Große Lücke zwischen Theorie und Praxis!
Vorstellung: Anwender greifen Ergebnisse auf, Implementierung, Einbau in Anwendungen
Klappt meist nicht!
Traditionelle Algorithmik
Abstrakte Modelle
Entwurf
Analyse
Leistungsgarantien
Implementierung
Anwendungen
Alg
orith
men
theo
rie
Beweisbare Leistungsgarantie? • Asympt. Worst-Case• Teilweise SEHR hohe versteckte Konstanten• Systemcharakteristika beeinflussen Performance• Eingabecharakteristika beeinflussen Performance
Praktisches Verhalten so schwer beschreibbar• Simplex-Algorithmus: Theoretisch exponentiell, praktisch
„gutmütig“• Auch „Crossover Point“ für Algorithmen
Traditionelle Algorithmik
70er/80er Jahre: Häufig gar keine Implementierung, Gefahr der Veröffentlichung inkorrekter Algorithmen
CPU CacheInternerSpeicher
(MainMemory)
Extern-speicher
Secondary Memory
Faktor 100 schneller als
Faktor 1000-106 schneller als
Hierarchisches Speichermodell moderner Computer
Problem ist aktueller denn je, denn
• Geschwindigkeit der Prozessoren verbessert sich zwischen 30%-50% im Jahr;
• Geschwindigkeit des Speichers nur um 7%-10% pro Jahr
• „One of the few resources increasing faster than the speed of computer hardware is the amount of data to be processed.“
• Einfluss von System- und Eingabecharakteristika evaluieren und in Entwurf berücksichtigen
• Praktisch schnelle Algorithmen entwerfen
• Algorithmen und Datenstrukturen für Praxis vereinfachen
Algorithm Engineering
Algorithm EngineeringRealistische
Modelle
Entwurf
Analyse
Leistungsgarantien
Implementierung
Alg.-Bibliotheken
Experimente
RealeEingaben
1
2
3 4
5
Anw
endungen
Anwendungsorientierung?
Anwendungsbereiche
• Automatisches Zeichnen von Graphen:Übersichtliche Darstellung von Informationen
• Netzwerkdesign: Aufwandsoptimierung und Versorgungssicherheit in Kommunikation oder Energieversorgung
• Routenplanung: Speditionen
• Bioinformatik: Schnelle/optimale Algorithmen und Visualisierung
Anwendungsbereiche
• Automatisches Zeichnen von Graphen– Kreuzungsminimierung– Planare Zeichenverfahren
Viele Probleme sind NP-schwer
Diplomarbeit (MPII)
Ein Layoutverfahren für biologische Netzwerke
Der chemische Strukturraum: PG 504
Anwendungsbereiche• Automatisches Zeichnen von Graphen
– Kreuzungsminimierung– Planare Zeichenverfahren
• Molekulare Bioinformatik– Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung)– Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme)
Anwendungsbereiche• Automatisches Zeichnen von Graphen
– Kreuzungsminimierung– Planare Zeichenverfahren
• Molekulare Bioinformatik– Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung)– Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme)
• Netzwerkdesign
Ausbau eines Fernwärmesystems
Anwendungsbereiche• Automatisches Zeichnen von Graphen
– Kreuzungsminimierung– Planare Zeichenverfahren
• Molekulare Bioinformatik– Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung)– Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme)
• Netzwerkdesign
Diplomarbeitsthemen
• Routenplanung
• Externspeicheralgorithmen: PG 503 Xaver: Algorithm Engineering XXL(Auch: Vahrenhold)
• Algorithmische Geometrie (Vahrenhold)
Weitere Themen
Algorithmische Geometrie & Externspeicher
Simulation von Flussnetzwerken auf hochauflösenden dig. Geländemodellen zur Überschwemmungsvorhersage
• Seminar Algorithm Engineering:Vorbesprechung Mittwoch 11.07, 14Uhr
LVAs im WS 07/08
• Vorlesung Automatisches Zeichnen von Graphen
• VO Mo, Di 12-14, 4VO+2Ü
• PG 512 Smart Cell: Clevere Algorithmen für den Cell-Prozessor
Weitere Vorlesungen…
• Algorithmische Geometrie• Algorithm Engineering• Graphenalgorithmen• …
Schwerpunktgebiete:• Algorithmen und Komplexität (4)• Computational Intelligence (6)• Intelligente Systeme (7)
Vielen Dank! Bis Bald!