Lehrstuhl für Algorithm Engineering LS11

1. Lehrstuhl für Algorithm Engineering LS11 Karsten Klein Lehrgebietsvorstellung 29. Juni 2007

2. Die Professoren… Petra Mutzel Jan Vahrenhold Günter Rudolph Dezember 2004: Lehrstuhl für Algorithm Engineering (Nachfolge des Lehrstuhls für Systemanalyse, Prof. Schwefel)

3. Forschungsinteressen • Algorithmen und Datenstrukturen • Graphenalgorithmen • Kombinatorische Optimierung Algorithm Engineering • Design, • theoretische Analyse, • Implementierung, und • experimentelle Evaluation von Algorithmen und Datenstrukturen anwendungs- orientiert

4. 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 Vorstellung: Anwender greifen Ergebnisse auf, Implementierung, Einbau in Anwendungen Klappt meist nicht! Große Lücke zwischen Theorie und Praxis!

5. Traditionelle Algorithmik Abstrakte Modelle Entwurf Algorithmentheorie Analyse Leistungsgarantien Implementierung Anwendungen

6. Traditionelle Algorithmik 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 70er/80er Jahre: Häufig gar keine Implementierung, Gefahr der Veröffentlichung inkorrekter Algorithmen

7. Hierarchisches Speichermodell moderner Computer Extern- speicher Interner Speicher (Main Memory) Cache CPU Faktor 100 schneller als Faktor 1000-106 schneller als Secondary Memory

8. 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.“

9. Algorithm Engineering • Einfluss von System- und Eingabecharakteristika evaluieren und in Entwurf berücksichtigen • Praktisch schnelle Algorithmen entwerfen • Algorithmen und Datenstrukturen für Praxis vereinfachen

10. Algorithm Engineering Reale Eingaben Realistische Modelle 1 Entwurf Experimente 5 2 Anwendungen 3 4 Analyse Implementierung Alg.-Bibliotheken Leistungsgarantien

11. Anwendungsorientierung?

12. 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

13. Anwendungsbereiche • Automatisches Zeichnen von Graphen • Kreuzungsminimierung • Planare Zeichenverfahren Viele Probleme sind NP-schwer

16. Diplomarbeit (MPII) Ein Layoutverfahren für biologische Netzwerke

18. Der chemische Strukturraum: PG 504

21. Anwendungsbereiche • Automatisches Zeichnen von Graphen • Kreuzungsminimierung • Planare Zeichenverfahren • Molekulare Bioinformatik • Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung) • Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme)

22. Anwendungsbereiche • Automatisches Zeichnen von Graphen • Kreuzungsminimierung • Planare Zeichenverfahren • Molekulare Bioinformatik • Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung) • Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme) • Netzwerkdesign

23. ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) Ausbau eines Fernwärmesystems

24. Diplomarbeitsthemen Anwendungsbereiche • Automatisches Zeichnen von Graphen • Kreuzungsminimierung • Planare Zeichenverfahren • Molekulare Bioinformatik • Sequenzanalyse (Sequenzenalignierung) • Proteinanalyse (Suffix Arrays, Graphprobleme) • Netzwerkdesign • Routenplanung

25. Weitere Themen • Externspeicheralgorithmen: PG 503 Xaver: Algorithm Engineering XXL(Auch: Vahrenhold) • Algorithmische Geometrie (Vahrenhold)

26. Algorithmische Geometrie & Externspeicher Simulation von Flussnetzwerken auf hochauflösenden dig. Geländemodellen zur Überschwemmungsvorhersage

27. LVAs im WS 07/08 • Vorlesung Automatisches Zeichnen von Graphen • VO Mo, Di 12-14, 4VO+2Ü • Seminar Algorithm Engineering:Vorbesprechung Mittwoch 11.07, 14Uhr • PG 512 Smart Cell: Clevere Algorithmen für den Cell-Prozessor

28. Weitere Vorlesungen… • Algorithmische Geometrie • Algorithm Engineering • Graphenalgorithmen • … • Schwerpunktgebiete: • Algorithmen und Komplexität (4) • Computational Intelligence (6) • Intelligente Systeme (7)

29. Vielen Dank! Bis Bald!