Lehre der AG Wissensbasierte Systeme im Sommersemester 1996

Theoretische Informatik

Beleg-Nr.: 39 20 03
Beginn: 16.4.1996

Zentrale Gegenstände der Informatik sind Algorithmen und ihre sprachlichen Realisierungen als Programme sowie Problemlösungen durch Berechnungsverfahren. Die Vorlesung behandelt Grundlagen der theoretischen Informatik, mit denen zunächst eine Fundierung von Programmiersprachen gelegt werden soll. Im Teil I geht es um formale Sprachen und Grammatiken bis hin zu einer Typisierung von Sprachklassen nach ihrer Leistungsfähigkeit (Chomsky-Hierarchie). Unter dem Gesichtspunkt der Spracherkennung betrachtet der Teil II formale Sprachen und Automaten (deterministische und nichtdeterministische endliche Automaten, Kellerautomaten, Turing-Maschinen und RAM-Maschinen). Im Teil III folgen Einführungen in die Berechenbarkeitstheorie, die sich mit grundsätzlichen Möglichkeiten und Grenzen der Algorithmisierbarkeit befaßt, und in die Komplexitätstheorie, die untersucht, mit welchem Aufwand an Berechnungsressourcen (Rechenzeit, Speicherplatz) algorithmische Aufgaben gelöst werden können. Im abschließenden Teil IV werden Grundzüge der Logik im Hinblick auf ihre Rolle in informatischen Aufgabenstellungen vermittelt. Auf diese Grundvorlesung können im Hauptstudium Vorlesungen zur Logik und Rekursionstheorie, Logik-Programmierung, zum Übersetzerbau und zur Künstlichen Intelligenz aufbauen.

Vorausgesetzt werden Kenntnisse der Programmierung, der naiven Mengenlehre, einfacher Logikkalküle und elementarer Beweistechniken wie des Beweisens durch Widerspruch und durch vollständige Induktion.

Literatur (genauere Angaben in der Vorlesung):

• Schöning, U.: Theoretische Informatik kurz gefaßt. Mannheim: BI Wissenschaftsverlag, 1992
  
• Hopcroft, J.E., Ullman, J.D.: Introduction to automata theory, languages, and computation. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1979; dt.: Einführung in die Automatentheorie, Formale Sprachen und Komplexitätstheorie. Bonn: Addison-Wesley, 1988 (zur Vertiefung)
  
• Lewis, H.R., Papadimitriou, C.H.: Elements of the theory of computation. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1981 (zur Vertiefung)
  
• Schöning, U.: Logik für Informatiker (2. Aufl.). Mannheim: BI Wissenschaftsverlag, 1989 (in Auszügen)
  

Übungen zur Theoretischen Informatik

Beleg-Nr.: 39 20 04

Software Praktikum

Beleg-Nr.: 39 20 07

**Kommentar folgt späer**

Übungen zum Software Praktikum

Beleg-Nr.: 39 20 08

KI-Programmierung in C++

Beleg-Nr.: 39 21 07
Beginn: 18.4.1996

Die Vorlesung soll deutlich machen, wie C++ zur Lösung von Fragestellungen der KI (Wissensrepräsentation, Suchverfahren usw.) eingesetzt werden kann. Im ersten Teil der Vorlesung ist eine Einführung in das objektorientierte Programmieren und die Programmiersprache C++ vorgesehen. Daran anschließend werden anhand von Beispielproblemen Lösungsmöglichkeiten in C++ diskutiert. In der begleitenden Übung wird die Gelegenheit geboten, Lösungen zu implementieren und sich so mit der Programmiersprache vertraut zu machen. Vorausgesetzt werden gute Kenntnisse einer prozeduralen Programmiersprache.

Übungen zur KI-Programmierung in C++

Beleg-Nr.: 39 21 08

Wissensbasierte Computergrafik

Beleg-Nr.: 39 21 13
Beginn: 19.4.1996

Das Gebiet der Computergrafik entwickelt sich dramatisch. Von zunehmendem Interesse ist vor allem die Darstellung komplexer dreidimensionaler Objektszenen, die nach Vorstellungen des Anwenders in Echtzeit auf dem Bildschirm bewegt werden können. Beispielsweise haben Chemiker die Möglichkeit, ein Molekülmodell in beliebiger Weise auf dem Bildschirm zu drehen, wodurch sich in kürzester Zeit ein genauer visueller Eindruck von den räumlichen Zusammenhängen gewinnen läßt. Von ähnlich großer Bedeutung ist die Computergrafik im industriellen Design und der Konstruktion, in der Architektur, im Film und im künstlerischen Bereich.

Allerdings sind die Möglichkeiten der Wechselwirkung mit den visualisierten Modellen derzeit noch recht beschränkt. Hemmnisse bilden u.a. Defizite der zunächst nur auf visuelle Präsentation ausgerichteten Grafik-Datenmodelle. Hieraus ergeben sich Aufgabenstellungen für eine intelligente Unterstützung von Computergrafik-Systemen durch wissensbasierte Techniken; diese finden bereits Einsatz beim Design von Objektmodellen, bei der Planung situations- und konsumentengerechter Präsentationen (Grafiken, Animationen) sowie zur Verbesserung der Mensch-Maschine-Kommunikation (z.B. interaktive Manipulation von 3D-Illustrationen, Verarbeitung unterschiedlicher Eingabemodalitäten).

Natürlich kann man keine "Wissensbasierte Computergrafik" betreiben, ohne Grundlagen der Computergrafik zu behandeln. Mit dieser Veranstaltung wird ein fokussierter Einstieg geboten, der unter der Perspektive der interaktiven 3D-Grafik relevante Themen im Abriß darstellt, von der Geometriemodellierung bis hin zu Farb- und Beleuchtungsmodellen für fotorealistische Darstellungen. Das Kernthema soll anhand ausgewählter Themen behandelt werden, wobei engagierte Studierende mit eigenen Beiträgen (scheinfähige Seminarvorträge) aktiv werden sollen. Im Rahmen des Möglichen wird versucht, praktische Aufgaben am Computer einzubeziehen.

Die Veranstaltung wird empfohlen für das Hauptstudium; vorausgesetzt werden Grundkenntnisse in symbolischer Informationsverarbeitung, z.B. die im Wintersemester dazu gehaltene Vorlesung "Methoden der Künstlichen Intelligenz" oder entsprechende Vorkenntnisse.

Literatur (im Semesterapparat nebst weiterem bereitgestellt)

• Fellner, W.D. (1992). Computergrafik (2. vollst. überarb./erw. Aufl.). Mannheim: BI Wissenschaftsverlag (ausgewählte Kapitel)
  
• Foley, J.D., Van Dam, A., Feiner, S.K.& Hughes, J.F. (1993). Computer Graphics: Principles and Practice (2nd edition). Reading (MA): Addison- Wesley (ausgewählte Kapitel)
  

Metawissen in Medizinischen Expertensystemen

Beleg-Nr.: 39 21 21
Beginn: 17.4.1996

Unterschiedliche Methoden zur Realisierung von Klassifikationsvorgängen in sogenannten Medizinischen Expertensystemen werden an Programmbeispielen, die typische Problemlösungsmethoden der Klassifikation realisieren, studiert und neueren Konzeptualisierungsversuchen der natürlichen Inferenzvorgänge bei der Lösung diagnostischer Aufgaben in der Medizin gegenübergestellt. Die Literatur für Referate und Hausarbeiten wird in der ersten Sitzung vorgestellt. Zur Einführung wird empfohlen:

Meyer-Fujara, Puppe, Wachsmuth: Expertensysteme und Wissensmodellierung, in: G. Görtz (Hrsg.) Einführung in die Künstliche Intelligenz, 2. Auflage 1995, S. 705-753.

Offene Informationssysteme

Beleg-Nr.: 39 21 22
Beginn: Vorbesprechung am 15.4.96, 11h (Ort nachfragen in M4-129)

In diesem Seminar sollen verschiedene Texte zu den Begriffen 'Kommunikation', 'Wissen' und 'Organisation' studiert und angewendet werden. Dabei gehen wir aus von zunächst rein menschlichen Kommunikationssystemen und behandeln dann schwerpunktmäßig hybride Mensch-Maschine-Systeme (mit einer Aussicht auf künstliche Gesellschaften).

All dies geschieht auf folgende Art und Weise: Nach einer Einleitung behandeln wir kurz den Vollständigkeitsbegriff in der Logik. Daraus wird eine Definition offener Informationssysteme entwickelt. Dann behandeln wir gemeinsam einen Text von Mark Stefik, in dem interaktive Kommunikations- und Wissensmedien konzeptionalisiert werden. Daran schließen sich Aufsätze zur sozialen Verteilung von Wissen und dessen Nutzen durch kognitive Agenten an. In einer gemeinsamen Spezifikationsarbeit wenden wir das Erlernte auf ein konkretes Problem an.

Die Veranstaltung enthält Vorlesungsanteile und Seminaranteile. Im Seminar wird eine offene und diskussionsintensive Arbeitsweise angestrebt. Auch soll nicht möglichst viel Stoff, sondern vorhandener Stoff möglichst intensiv erarbeitet werden. Die Veranstaltung findet nach einer Vorbesprechung zu Beginn des Sommersemesters (15.4.1996, 11.00 Uhr in M4-126) als 14-täglicher Block in den Sommerferien statt.

Literatur:

• V. Bush, As we may think, The Atlantic Monthly, 176(1), p. 101-108.
• C.E. Hewitt, Open Information Systems Semantics for Distributed Artificial Intelligence, Artif. Intell. 47(1991), p. 79-106.
• D. Siefkes, Formalisieren und Beweisen, Vieweg, Braunschweig Wiesbaden 1992.
• D. Siefkes, Formale Methoden und kleine Systeme, Vieweg, Braunschweig Wiesbaden 1992.
• M. Stefik, The Next Knowledge Medium, AI Magazine 7(1) 1986, p. 34-46.

Arbeitsgemeinschaft Wissensbasierte Systeme

Beleg-Nr.: 39 21 26
Beginn: 15.4.1996

Neben dem modularen Entwurf wissensbasierter Systeme liegen Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe gegenwärtig auf dynamischen Wissensrepräsentationen und Techniken der Multi-Agenten-Systeme für intelligente Mensch-Maschine-Kommunikation unter Einbezug natürlicher Sprache und Handgestik. Bezugspunkte bilden Forschungsprojekte im SFB 360 "Situierte Künstliche Kommunikatoren" sowie im KI-NRW Schwerpunkt "Künstliche Intelligenz und Computergrafik". In diesem "Oberseminar" werden in loser Folge spezielle Themen aus den Forschungskontexten der Arbeitsgruppe vorgetragen und diskutiert. Interessierte Studierende sind herzlich zur Teilnahme eingeladen.

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