Formale Systeme

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Formale Systeme

Lehrveranstaltung mit SWS 4/2/0 (Vorlesung/Übung/Praktikum) in WS 2020

Dozent

Tutor

Umfang (SWS)

  • 4/2/0

Module

Leistungskontrolle

  • Klausur

Vorlesungsreihe

Die Lehrveranstaltung Formale Systeme vermittelt eine Einleitung in die Gebiete der formalen Sprachen, Automatentheorie und Aussagenlogik. Dies beinhaltet einige der wichtigsten Grundlagen der Informatik, wie z.B. reguläre Ausdrücke, formale Grammatiken sowie Methoden zur praktischen Lösung von "schweren" (NP-vollständigen) Problemen. Damit bildet die Vorlesung die Grundlage für die Vorlesung Theoretische Informatik und Logik und für viele vertiefende Vorlesungen.

Vorlesungen

Im Wintersemester 2020/21 findet die Lehrveranstaltung rein digital statt. Die Vorlesungen werden als Videoreihe auf YouTube veröffentlicht. Links finden sich unter

Zudem werden einige Live-Sessions zur Konsultation angeboten. Diese werden aufgrund der großen Teilnehmerzahl jeweils über Zoom abgehalten. Die Einwahldetails finden sich im Bereich Links der OPAL-Seite dieser Lehrveranstaltung. Ein Login oder die Installation spezieller Software ist nicht erforderlich. Konsultationstermine sind wie folgt:

  • Montag, 26.10.2020, 3.DS (11:10–12:40): Einführung und Willkommen
  • Montag, 23.11.2020, 3.DS (11:10–12:40): Gelegenheit für Fragen und Feedback zum Stoff und zur digitalen Durchführung
  • Donnerstag, 25.02.2021, 2. DS (09:20–11:10): Besprechung Probeklausur und Vorbereitung Klausur
  • Donnerstag, 04.03.2021, 2. DS (09:20–11:10): Fragen zur Klausurvorberitung


Übungen

Die Einschreibungen in die Übungsgruppen erfolgt über die OPAL-Seite der Lehrveranstaltung. Für die Teilnahme an einer Übungsgruppe ist die Einschreibung in dieser Gruppe verpflichtend. Studierenden ohne Einschreibung kann die Teilnahme an einer selbstgewählten Übung nicht garantiert werden. Übungsleiter sind berechtigt, nicht eingeschriebene Studierende bei Überfüllung aus der (digitalen) Übung zu verweisen.

Übungsgruppen finden ab dem 5. November 2020 zu ihren jeweiligen Terminen statt. Die Übungen werden digital über das an der TU Dresden gehostete System BigBlueButton abgehalten. Links auf die entsprechenden digitalen Räume werden über OPAL bekanntgegeben. Übungsblätter können in OPAL abgerufen werden.

Individuelles Feedback für Ihre Lösungen: Als zusätzliche Hilfe bieten wir in diesem Semester an, von Ihnen eingereichte Lösungsansätze zu sichten und Ihnen dazu eine Rückmeldung zu geben. Die Details (Abgabetermin, Umfang) werden von den Tutoren festgelegt. Unterlagen können über OPAL abgegeben werden (als digitales Dokument, egal ob Handyfoto der eigenen Handschrift oder am Computer geschriebener Text).

Die Übungsblätter können in der Spalte der jeweiligen Übung unter "Termine und Unterlagen" heruntergeladen werden.

Prüfung

Aufgrund der COVID-19-Situation wird die Klausur dieses Semester als Online-Klausur über die ONYX-Plattform stattfinden. Klausurtermin ist der 9. März von 09:20 Uhr bis 10:50 Uhr (eine Anmeldung an die Plattform ist ab 08:50 möglich); die Probeklausur findet am 16. Februar von 12:00 Uhr bis 13:30 Uhr statt. Die Anmeldung findet wie gewohnt statt. Bitte beachten Sie die Hinweise zur Klausurdurchführung.

Unterlagen

Die vollständigen Foliensätze zur Vorlesung erscheinen bis zur Woche der Vorlesung online (siehe Termine und Unterlagen). Weiterführende Literatur ist unter Literatur angegeben. Die Quellen der Vorlesungsfolien sind auf github verfügbar: https://github.com/knowsys/FormaleSysteme

Alle Foliensätze der Vorlesungen können entsprechend den Lizensbedingungen von Creative Commons CC By 3.0 Deutschland genutzt, weitergegeben und modifiziert werden. Als Namensnennung ist folgende Angabe einzufügen:

(C) Markus Krötzsch, https://iccl.inf.tu-dresden.de/web/FS2020, CC BY 3.0 DE

Bildrechte können davon abweichen und sind gesondert angegeben. Die Foliensätze enthalten keinerlei Texte, die aus Werken entnommen sind, für welche die VG Wort Verwertungsrechte vertritt.

Besonderen Dank gilt allen Contributors, die Anmerkungen und Verbesserungen beigetragen haben: Daniel Borchmann, Maximilian Marx, Christian Lewe, David Tiede, Johannes (jhaye), Andrej Bereza, CniKKoR, Marcus Rossel, Max Haertwig, Sönke (eknoes), Benno Fünfstück, Julius Schmitt. (Stand März 2021; Ergänzungen sind willkommen.)

Kontakt

Zur Kommunikation unter Vorlesungsteilnehmern der TU Dresden stehen ein OPAL-Diskussionsforum und ein Matrix-Kanal zur Verfügung.

Kommentare und Bug Reports können gern auch direkt über die entsprechenden Seiten auf github gepostet werden: https://github.com/mkroetzsch/FormaleSysteme Alternativ können Hinweise zu Tippfehlern in den Vorlesungsfolien auch an die Mailingliste geschickt werden.

Persönliche Fragen können auch direkt an das Organisationsteam (siehe Links oben) gestellt werden, falls sie aus einem zwingenden Grund nicht über andere Kanäle gerichtet werden können. Allgemein Fragen sollten Sie aber immer in geteilten Kanälen stellen, damit auch Ihre Kommilitoninnen und Kommilitonen davon profitieren (oder vielleicht sogar direkt helfen können).

Allgemein sind die Vorlesungsfolien und Übungsunterlagen ausreichend detailliert für das Studium. Weitere Lehrmaterialien können dennoch hilfreich sein, um Details nachzuschlagen oder sich weiter im Thema zu vertiefen.

Formale Sprachen, Komplexität und Entscheidbarkeit

Lehrbücher

  • Uwe Schöning: Theoretische Informatik -- kurz gefasst. Spektrum Akademischer Verlag.
(deutschsprachiger Standardtext; in der Tat ziemlich kurz gefasst)
  • John E. Hopcroft, Rajeev Motwani, Jeffrey D. Ullman: Einführung in Automatentheorie, Formale Sprachen und Berechenbarkeit. Pearson Studium.
(aus dem Englischen übertragenes Standardwerk; Original ev. besser)
  • Michael Sipser: Introduction to the Theory of Computation. Cengage Learning.
(Standardtext zu Sprachen und Berechnungskomplexität; leider nur auf Englisch)

Online verfügbare Skripte

Die Vorlesungen haben kleine Abweichungen von diesem Text, stimmen aber in vielen wichtigen Punkten überein.

Andere Scripte scheinen zurzeit nicht (mehr) online verfügbar zu sein. Hinweise zu weiteren Links auf sinnvolle Materialien sind willkommen.

Aussagenlogik

Die Vorlesungsfolien sollten bei diesem Thema ausreichen. Wer dennoch weitere Details nachschlagen will, dem nützen eventuell die folgenden Bücher:

  • Uwe Schöning: Logik für Informatiker. Spektrum Akademischer Verlag.
(leichte Abweichungen in Notation und Darstellung)
  • Martin Kreuzer, Stefan Kühling: Logik für Informatiker. Pearson Studium.
(sehr knapp und informell; eventuell interessant als Quelle für Übungsaufgaben)
(Schwerpunkt auf Logikprogrammierung und Prädikatenlogik, aber auch einiges zur Aussagenlogik)
(Aufgabensammlung aus den Logikvorlesungen vergangener Jahre)

Veranstaltungskalender abonnieren (icalendar)

Vorlesung 1. Begrüßung und Einleitung DS3, 26. Oktober 2020 in Zoom Datei
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Vorlesung 2. Grammatiken und die Chomsky-Hierarchie DS4, 29. Oktober 2020 in Video Datei
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Übung 1. Übungsblatt Datei
Vorlesung 3. Endliche Automaten DS3, 2. November 2020 in Video Datei
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Vorlesung 4. Nichtdeterministische Automaten DS4, 5. November 2020 in Video Datei
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Übung 2. Übungsblatt Datei
Vorlesung 5. Abschlusseigenschaften regulärer Sprachen DS3, 9. November 2020 in Video Datei
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Vorlesung 6. Reguläre Ausdrücke (1) DS4, 12. November 2020 in Video Datei
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Übung 3. Übungsblatt Datei
Vorlesung 7. Reguläre Ausdrücke (2) DS3, 16. November 2020 in Video Datei
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Vorlesung 8. Minimale Automaten DS4, 19. November 2020 in Video Datei
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Übung 4. Übungsblatt Datei
Konsultation Konsultation 1 DS3, 23. November 2020 in Zoom
Vorlesung 9. Minimale Automaten (2) DS3, 23. November 2020 in Video Datei
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Vorlesung 10. Grenzen regulärer Sprachen / Probleme für Automaten DS4, 26. November 2020 in Video Datei
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Übung 5. Übungsblatt Datei
Vorlesung 11. Von regulären zu kontextfreien Sprachen DS3, 30. November 2020 in Video Datei
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Vorlesung 12. Das Wortproblem für kontextfreie Sprachen DS4, 3. Dezember 2020 in Video Datei
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Übung 6. Übungsblatt Datei
Vorlesung 13. Das Pumping Lemma kontextfreier Sprachen DS3, 7. Dezember 2020 in Video Datei
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Vorlesung 14. Abschlusseigenschaften kontextfreier Sprachen DS3, 10. Dezember 2020 in Video Datei
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Übung 7. Übungsblatt Datei
Vorlesung 15. Einleitung Kellerautomaten DS2, 14. Dezember 2020 in Video Datei
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Vorlesung 16. Kellerautomaten & CFGs DS3, 17. Dezember 2020 in Video Datei
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Übung 8. Übungsblatt Datei
Vorlesung 17. Deterministische Sprachen / Entscheidungsprobleme DS2, 4. Januar 2021 in Video Datei
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Vorlesung 18. Turingmaschinen DS3, 7. Januar 2021 in Video Datei
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Praktikum Werbung: PAUL Consultants e.V. DS3, 7. Januar 2021 in Video
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Übung 9. Übungsblatt Datei
Vorlesung 19. Nichtdeterministische Turingmaschinen und Unentscheidbarkeit DS2, 11. Januar 2021 in Video Datei
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Vorlesung 20. Typ 0 und Typ 1 DS3, 14. Januar 2021 in Video Datei
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Übung 10. Übungsblatt Datei
Vorlesung 21. Aussagenlogik DS2, 18. Januar 2021 in Video Datei
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Vorlesung 22. Äquivalenzen und Normalformen DS3, 21. Januar 2021 in Video Datei
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Übung 11. Übungsblatt Datei
Vorlesung 23. Logisches Schließen DS2, 25. Januar 2021 in Video Datei
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Vorlesung 24. Horn-Logik und Komplexitätstheorie DS3, 28. Januar 2021 in Video Datei
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Übung 12. Übungsblatt Datei
Vorlesung 25. NP-Vollständigkeit DS2, 1. Februar 2021 in Video Datei
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Vorlesung Ergebnisse der Vorlesungsevaluation Datei
Übung 13. Übungsblatt Datei
Vorlesung Bonusmaterial: Zusammenfassung Datei
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Konsultation Besprechung der Musterklausur DS2, 25. Februar 2021 in (online) Datei 1 Datei 2
Konsultation Konsultation 2 DS2, 4. März 2021 in (online)


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