Folien zur Vorlesung Sortierverfahren

Die hier frei verfügbare Foliensammlung stammt aus der gleichnamigen Master-Veranstaltung im Sommersemester 2014. Das zugehörige Skript (in Englisch) kann als PDF heruntergeladen werden von der Universität Turku (Lutz M. Wegner, Sorting – The Turku Lectures, Lecture Notes in Computing 2014, Univ. of Turku, Finland, http://tucs.fi/publications/attachment.php?fname=bWegner_LutzMx14a.full.pdf). Das überarbeitete Material geht auf eine dort im Jahre 1987 gehaltene Gastvorlesung zurück. Betrachtet werden Varianten von Quicksort und Heapsort, speziell bei Quicksort solche für Multimengen und Vorsortierung, sowohl für verkettete Listen als auch für Datenstrukturen mit Direktzugriff. Neben dem Standardheapsort werden die Floydverbesserung und Dijkstras Smoothsort vorgestellt. Eine Netzwerkvariante und zwei Externspeicherverfahren auf Basis von Quicksort und Heapsort werden untersucht. Der Stand der Technik bei den stabilen, in-situ Verfahren wird skizziert. Der Stoff eignet sich für eine Vorlesung mit angegliederten Projektübungen, in denen Studierende selbstständig Algorithmen, die als Pseudo-Code vorgegeben sind, in effizienten, lauffähigen Java-Code umsetzen und in einer Laufzeitbibliothek mit vorgegebenen Testdaten messen.

Programmierung in Pascal

Das hier frei verfügbare Skript gehört zu einer gleichnamigen Vorlesung, die von Prof. Dr. Lutz Wegner bis zum Wintersemester 1998/99 am damaligen Fachbereich 17 Mathematik/Informatik der Universität Kassel gehalten wurde. Thema ist die Einführung in die Programmierung, wie sie am Anfang fast aller Informatik-, Mathematik- und verwandter Ingenieurstudiengänge steht. Hier erfolgt die Einführung mit der Programmiersprache Pascal, die Niklaus Wirth (ehemals ETH Zürich) bereits 1968 entwickelte. Sie gilt als letzte Vertreterin der rein prozeduralen Sprachen und führt in der Regel zu sauber strukturierten Programmen. In der damals auf PCs weit verbreiteten Turbo Pascal Variante geht es auch um Objektorientierung, die charakteristisch für das heutige Programmierparadigma mit Java ist. Alte (und neu geschriebene) Pascal-Programme lassen sich problemlos mit den Free Pascal Open Source Compilern (www.freepascal.org) übersetzen und unter allen gängigen Betriebssystemen zur Ausführung bringen. Wer hierfür eine fachlich präzise und trotzdem vergleichsweise gut lesbare Einführung mit Hinweisen auf guten und schlechten Programmierstil braucht, wird hier fündig und kommt über den Stickwortindex am Ende auch schnell zu Einzelthemen wie Parameterübergabe oder das Arbeiten mit Pointern.

A storage scheme for an automated archive

Presentation given at the Al-Azhar Engineering First Conference, AEC’89, Dec. 9-12 1989, Cairo, Egypt. The paper presented at AEC'89 suggests an infinite storage scheme divided into one volume which is online and an arbitrary number of off-line volumes arranged into a linear chain which hold records which haven't been accessed recently. The online volume holds the records in sorted order (e.g. as a B-tree) and contains shortest prefixes of keys of records already pushed offline. As new records enter, older ones are retired to the first volume which is going offline next. Statistical arguments are given for the rate at which an off-line volume needs to be fetched to reload a record which had been retired before. The rate depends on the distribution of access probabilities as a function of time. Applications are medical records, production records or other data which need to be kept for a long time for legal reasons.

Umsteuern in der Bildung! Aber wohin?

Vortrag im Rahmen der Millenium-Tage Kassel „WissensZukunft ZukunftsWissen“, 18. Oktober 2002 im Gebäude der EAM, Kassel

Neue Medien und Hochschule: Nach der Euphorie

Vortragsfolien eines eingeladenen Vortrags auf der 58. Jahrestagung Bundesverband Deutscher Stiftungen am 16.05.2002 in Hamburg. Das Thema der Jahrestagung war „Stiftungen in der Wissensgesellschaft“. Der Vortrag geht in kurzer und unterhaltsamer Form auf Vorstellungen und Hoffnungen der Wissensvermittlung mittels E-Learning ein. Stiftungen waren ganz wesentlich an der Gründung der Informatik in Kassel beteiligt, was im Vortrag auch gestreift wird.

Pointer Swizzling: Unterbrechung erwünscht!

Vortragsfolien eines auf dem SAP ABAP-Jahrestreffen 20.-22.9.1995 in Ottrott/Elsaß gehaltenen Vortrags. - Zusammenfassung: Unter Pointer Swizzling versteht man eine Technik, persistente Zeiger in Datenbeständen zur Laufzeit so geschickt durch Hauptspeicherzeiger zu ersetzen, dass schnelles Durchlaufen komplexer Objektstrukturen möglich wird. Den Begriff umgibt ein Hauch von „Magie“, vielleicht auch wegen der Geheimniskrämerei, mit der eine Firma diese Technik in ihrem Datenbankprodukt umgibt. Der Vortrag soll zeigen, dass die Grundprinzipien des Pointer Swizzling eigentlich sehr einfach sind. Andererseits gibt es eine erstaunliche Vielfalt von recht unterschiedlichen Spielarten, was eine sachliche Diskussion über das Konzept und die Vor- und Nachteile erschwert. An einem durchgängigen Beispiel wird die Umsetzung in eine eigene Anwendung veranschaulicht, wobei - wie im Softwaregeschäft üblich - einige gut getarnte Fallgruben auf den Implementierer warten.

Visuelle Transaktionen: Kontrolle der Nebenläufigkeit bei synchroner Gruppenarbeit

Vortragsfolien eines im Mai 1999 auf einem Datenbankseminar (intern) gehaltenen Vortrags. Zusammenfassung: Der Vortrag fasst anschaulich einige der Themen zusammen, an denen das FG Datenbanken/Interaktive Systeme um das Jahr 2000 (und einige Jahre davor und danach) gearbeitet hat: Navigieren und Editieren von NF2-Tabellen mit dem DB-Editor ESCHER, das Fingerkonzept, Focus/Nimbus-Fragen, erweiterte Transaktionskonzepte für datenbankgestützte synchrone Gruppenarbeit. Die im Ausblick aufgestellte These, wonach visuelle Transaktionen ein attraktives Forschungsthema bleiben, dürfte auch heute noch gelten, zumal die Herausforderungen mobiler Geräte und neuer Interaktionsformen in den letzten Jahren hinzugekommen sind.

Interface issues in the ESCHER visual database editor

Presentation at the 1997 Dagstuhl Seminar "Evaluation of Multimedia Information Retrieval", Norbert Fuhr, Keith van Rijsbergen, Alan F. Smeaton (eds.), Dagstuhl Seminar Report 175, 14.04. - 18.04.97 (9716). - Abstract: This presentation will introduce ESCHER, a database editor which supports visualization in non-standard applications in engineering, science, tourism and the entertainment industry. It was originally based on the extended nested relational data model and is currently extended to include object-relational properties like inheritance, object types, integrity constraints and methods. It serves as a research platform into areas such as multimedia and visual information systems, QBE-like queries, computer-supported concurrent work (CSCW) and novel storage techniques. In its role as a Visual Information System, a database editor must support browsing and navigation. ESCHER provides this access to data by means of so called fingers. They generalize the cursor paradigm in graphical and text editors. On the graphical display, a finger is reflected by a colored area which corresponds to the object a finger is currently pointing at. In a table more than one finger may point to objects, one of which is the active finger and is used for navigating through the table. The talk will mostly concentrate on giving examples for this type of navigation and will discuss some of the architectural needs for fast object traversal and display. ESCHER is available as public domain software from our ftp site in Kassel. The portable C source can be easily compiled for any machine running UNIX and OSF/Motif, in particular our working environments IBM RS/6000 and Intel-based LINUX systems. A porting to Tcl/Tk is under way.

Das Jahr 2000 Problem - Sorgen mit der Zeit?

Vortrag beim Treffen Lions Club Kassel Brüder Grimm am 20. August 1999. In der Zeit vor der Jahrtausendwende gab es Bedenken, dass größere Probleme durch die übliche Darstellung der Jahresangabe mit nur zwei Ziffern entstehen würden, weil Rechner nicht zwischen 1900 und 2000 unterscheiden könnten. Als Beispiel genannt wurden Fahrstühle, die seit 100 Jahren nicht mehr gewartet wurden und daher stehenbleiben. Tatsächlich ist dann sehr wenig passiert, ob wegen der lebhaften Diskussion vorher oder nicht, ist umstritten. Der Vortrag betrachtet sehr gründlich die technischen Probleme, die sich mit der Zeitdarstellung auf Rechnern ergeben.

Gone with the internet - How the old education was lost

Despite its young history, Computer Science Education has seen a number of "revolutions". Being a veteran in the field, the author reflects on the many changes he has seen in computing and its teaching. The intent of this personal collection is to point out that most revolutions came unforeseen and that many of the new learning initiatives, despite high financial input, ultimately failed. The author then considers the current revolution (MOOC, inverted lectures, peer instruction, game design) and, based on the lessons learned earlier, argues why video recording is so successful. Given the fact that this is the decade we lost print (papers, printed books, book shops, libraries), the author then conjectures that the impact of the Internet will make this revolution different from previous ones in that most of the changes are irreversible. As a consequence he warns against storming ahead blindly and suggests to conserve - while it is still possible - valuable components of what might soon be called the antebellum age of education.

Modellbildung in der algebraischen Kryptoanalyse

In der algebraischen Kryptoanalyse werden moderne Kryptosysteme als polynomielle, nichtlineare Gleichungssysteme dargestellt. Das Lösen solcher Gleichungssysteme ist NP-hart. Es gibt also keinen Algorithmus, der in polynomieller Zeit ein beliebiges nichtlineares Gleichungssystem löst. Dennoch kann man aus modernen Kryptosystemen Gleichungssysteme mit viel Struktur generieren. So sind diese Gleichungssysteme bei geeigneter Modellierung quadratisch und dünn besetzt, damit nicht beliebig. Dafür gibt es spezielle Algorithmen, die eine Lösung solcher Gleichungssysteme finden. Ein Beispiel dafür ist der ElimLin-Algorithmus, der mit Hilfe von linearen Gleichungen das Gleichungssystem iterativ vereinfacht. In der Dissertation wird auf Basis dieses Algorithmus ein neuer Solver für quadratische, dünn besetzte Gleichungssysteme vorgestellt und damit zwei symmetrische Kryptosysteme angegriffen. Dabei sind die Techniken zur Modellierung der Chiffren von entscheidender Bedeutung, so das neue Techniken entwickelt werden, um Kryptosysteme darzustellen. Die Idee für das Modell kommt von Cube-Angriffen. Diese Angriffe sind besonders wirksam gegen Stromchiffren. In der Arbeit werden unterschiedliche Varianten klassifiziert und mögliche Erweiterungen vorgestellt. Das entstandene Modell hingegen, lässt sich auch erfolgreich auf Blockchiffren und auch auf andere Szenarien erweitern. Bei diesen Änderungen muss das Modell nur geringfügig geändert werden.

Dynamic Injection of Scribble Features into Graphical Diagram Editors

Almost everyone sketches. People use sketches day in and day out in many different and heterogeneous fields, to share their thoughts and clarify ambiguous interpretations, for example. The media used to sketch varies from analog tools like flipcharts to digital tools like smartboards. Whereas analog tools are usually affected by insufficient editing capabilities like cut/copy/paste, digital tools greatly support these scenarios. Digital tools can be grouped into informal and formal tools. Informal tools can be understood as simple drawing environments, whereas formal tools offer sophisticated support to create, optimize and validate diagrams of a certain application domain. Most digital formal tools force users to stick to a concrete syntax and editing workflow, limiting the user’s creativity. For that reason, a lot of people first sketch their ideas using the flexibility of analog or digital informal tools. Subsequently, the sketch is "portrayed" in an appropriate digital formal tool. This work presents Scribble, a highly configurable and extensible sketching framework which allows to dynamically inject sketching features into existing graphical diagram editors, based on Eclipse GEF. This allows to combine the flexibility of informal tools with the power of formal tools without any effort. No additional code is required to augment a GEF editor with sophisticated sketching features. Scribble recognizes drawn elements as well as handwritten text and automatically generates the corresponding domain elements. A local training data library is created dynamically by incrementally learning shapes, drawn by the user. Training data can be shared with others using the WebScribble web application which has been created as part of this work.

Regelbasiertes Reasoning auf massiv paralleler Hardware

Eine wesentliche Funktionalität bei der Verwendung semantischer Technologien besteht in dem als Reasoning bezeichneten Prozess des Ableitens von impliziten Fakten aus einer explizit gegebenen Wissensbasis. Der Vorgang des Reasonings stellt vor dem Hintergrund der stetig wachsenden Menge an (semantischen) Informationen zunehmend eine Herausforderung in Bezug auf die notwendigen Ressourcen sowie der Ausführungsgeschwindigkeit dar. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, adressiert die vorliegende Arbeit das Reasoning durch eine massive Parallelisierung der zugrunde liegenden Algorithmen und der Einführung von Konzepten für eine ressourceneffiziente Ausführung. Diese Ziele werden unter Berücksichtigung der Verwendung eines regelbasierten Systems verfolgt, dass im Gegensatz zur Implementierung einer festen Semantik die Definition der anzuwendenden Ableitungsregeln während der Laufzeit erlaubt und so eine größere Flexibilität bei der Nutzung des Systems bietet. Ausgehend von einer Betrachtung der Grundlagen des Reasonings und den verwandten Arbeiten aus den Bereichen des parallelen sowie des regelbasierten Reasonings werden zunächst die Funktionsweise von Production Systems sowie die dazu bereits existierenden Ansätze für die Optimierung und im Speziellen der Parallelisierung betrachtet. Production Systems beschreiben die grundlegende Funktionalität der regelbasierten Verarbeitung und sind somit auch die Ausgangsbasis für den RETE-Algorithmus, der zur Erreichung der Zielsetzung der vorliegenden Arbeit parallelisiert und für die Ausführung auf Grafikprozessoren (GPUs) vorbereitet wird. Im Gegensatz zu bestehenden Ansätzen unterscheidet sich die Parallelisierung insbesondere durch die gewählte Granularität, die nicht durch die anzuwendenden Regeln, sondern von den Eingabedaten bestimmt wird und sich damit an der Zielarchitektur orientiert. Aufbauend auf dem Konzept der parallelen Ausführung des RETE-Algorithmus werden Methoden der Partitionierung und Verteilung der Arbeitslast eingeführt, die zusammen mit Konzepten der Datenkomprimierung sowie der Verteilung von Daten zwischen Haupt- und Festplattenspeicher ein Reasoning über Datensätze mit mehreren Milliarden Fakten auf einzelnen Rechnern erlauben. Eine Evaluation der eingeführten Konzepte durch eine prototypische Implementierung zeigt für die adressierten leichtgewichtigen Ontologiesprachen einerseits die Möglichkeit des Reasonings über eine Milliarde Fakten auf einem Laptop, was durch die Reduzierung des Speicherbedarfs um rund 90% ermöglicht wird. Andererseits kann der dabei erzielte Durchsatz mit aktuellen State of the Art Reasonern verglichen werden, die eine Vielzahl an Rechnern in einem Cluster verwenden.

Erweiterung des Dokumentenservers DSpace: Internationalisierung und Implementation des URN-Systems zur permanenten Dokumentenadressierung

At first a small overview is given about the disposition of document ser- vers in the scientific publication process. Then, institutional repositories are introduced by their key features and the benefits of establishing them as a central repository in the university context. A specific solution was chosen on behalf of the requirements of the Uni- versity Library of Kassel, Germany. The software Dspace was chosen but needs to be extended by • internationalization • use of the urn:nbn scheme as persisten identifier. DSpace’s features are shortly described, followed by the process of rever- se engeneering to achieve requirements needed for the implementation of the missing functionality. Adjacent tasks implement the needed featu- res using SUN’s Standard Tag Library for internationalization and some modifications in two classes for use of the urn:nbn scheme as persistent identifier. At the end, a short view on the future of institutional repositories is taken, furthermore some local long-term objectives on DSpace are dis- cussed.

Model-driven development of sensor network applications with optimization of non-functional constraints

Wireless sensor networks (WSNs) differ from conventional distributed systems in many aspects. The resource limitation of sensor nodes, the ad-hoc communication and topology of the network, coupled with an unpredictable deployment environment are difficult non-functional constraints that must be carefully taken into account when developing software systems for a WSN. Thus, more research needs to be done on designing, implementing and maintaining software for WSNs. This thesis aims to contribute to research being done in this area by presenting an approach to WSN application development that will improve the reusability, flexibility, and maintainability of the software. Firstly, we present a programming model and software architecture aimed at describing WSN applications, independently of the underlying operating system and hardware. The proposed architecture is described and realized using the Model-Driven Architecture (MDA) standard in order to achieve satisfactory levels of encapsulation and abstraction when programming sensor nodes. Besides, we study different non-functional constrains of WSN application and propose two approaches to optimize the application to satisfy these constrains. A real prototype framework was built to demonstrate the developed solutions in the thesis. The framework implemented the programming model and the multi-layered software architecture as components. A graphical interface, code generation components and supporting tools were also included to help developers design, implement, optimize, and test the WSN software. Finally, we evaluate and critically assess the proposed concepts. Two case studies are provided to support the evaluation. The first case study, a framework evaluation, is designed to assess the ease at which novice and intermediate users can develop correct and power efficient WSN applications, the portability level achieved by developing applications at a high-level of abstraction, and the estimated overhead due to usage of the framework in terms of the footprint and executable code size of the application. In the second case study, we discuss the design, implementation and optimization of a real-world application named TempSense, where a sensor network is used to monitor the temperature within an area.