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Selbst-organisierende, adaptive Systeme


Dozent(in): Jan-Philipp Steghöfer, Florian Siefert, Alexander Schiendorfer
Termin: Vorlesung: Freitag, 10:00 Uhr bis 11:30 Uhr (Raum 1057 N); Globalübung: Dienstag, 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr (Raum 3017 N); Praktikum: Dienstag, 15:45 Uhr bis 17:15 Uhr (Raum 3017 N);
Gebäude/Raum: Vorlesung: 1057 N; Übung und Praktikum: 3017 N
Ansprechpartner: Jan-Philipp Steghöfer oder Florian Siefert
Anmeldung: Anmeldung über Digicampus


Inhalt der Lehrveranstaltung:

Die Vorlesung "Selbst-organisierende, adaptive Systeme" vermittelt Kenntnisse über die Eigenschaften, den Aufbau und die Analyse selbst-organisierender Systeme aus der Biologie, Soziologie, Physik und anderen Bereichen und der Modellierung und Konstruktion adaptiver Systeme in der Informatik. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Entstehung komplexen Verhaltens aus nach einfachen Regeln handelnden, interagierenden Entitäten. Im Verlauf der Veranstaltung werden verschiedene Beispiele (u.a. Zombie-Infektionen, Fischschwärme, sich synchronisierende Glühwürmchen, Gehirne, Kneipenbesuche, Muschelschalen, Raubtiere und die Borg) für derartige Systeme vorgestellt, untersucht und Anwendungen der erlernten Organisationsprinzipien auf Beispiele aus der Informatik erläutert. Schließlich werden Methoden betrachtet, mit deren Hilfe sich Selbst-Organisation und Adaptivität in die Entwicklung komplexer Computersysteme integrieren lassen.

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Ein Fischschwarm bewegt sich zusammenhängend ohne zentrale Steuerung

Den Studenten werden während der Vorlesung die Grundlagen verschiedener Selbst-Organisationsmechanismen sowie das Handwerkszeug, um diese in IT-Systemen einsetzen zu können, vermittelt. In praktischen Übungsaufgaben werden die Prinzipien dann von den Studenten in Kleingruppen selbst umgesetzt. Neben der Entwicklung eines entsprechenden Systems aus der Aufgabenstellung wird dabei insbesondere die Analyse des Systemverhaltens und die Auswirkungen kleiner Änderungen im Vordergrund stehen. Jede Gruppe wird mehrmals pro Semester ihre Ergebnisse vorstellen, um einen Austausch von Ideen und Lösungsansätzen zwischen den Studenten anzuregen. Die Prüfung erfolgt mündlich am Ende des Semesters.

Lernziele:

  •  Über den Tellerrand der Informatik hinaus komplexe adaptive Systeme kennenlernen
  •  Prinzipien von verschiedenen Selbst-Organisationsmechanismen verstehen
  •  Vorteile und Probleme von Selbst-Organisation in verschiedenen Domänen verstehen
  •  Anwendungen von Selbst-Organisation für adaptive Systeme in der Informatik kennenlernen
  •  Analysen von selbst-organisierenden Systemen mit komplexem Verhalten durchführen können
  •  Modellierungstechniken und formale Methoden für selbst-organisierende Systeme kennen und anwenden können

Themen:

Regel 30 für elementare zelluläre Automaten zeigt komplexes Verhalten
Regel 30 für elementare zelluläre Automaten zeigt komplexes Verhalten

  •  Komplexe Systeme
  •  Selbst-Organisation
  •  Emergenz
  •  Chaostheorie
  •  Zelluläre Automaten
  •  Spieltheorie
  •  Multi-Agentensysteme
  •  Schwärme
  •  Stigmergy
  •  Synchronisation
  •  Autonomic Computing
  •  Organic Computing


Vorkenntnis für die Lehrveranstaltung:

Keine.


Literatur zur Lehrveranstaltung:

Empfohlene Sekundärliteratur:
  • James Gleick: "Chaos: Making a New Science", Penguin (Non-Classics), 2008. ISBN 978-0143113454
  • Steven Strogatz: "Sync : the emerging science of spontaneous order". Hyperion, 2003. ISBN 978-0786868445
  • John Miller, Scott Page: "Complex Adaptive Systems: An Introduction to Computational Models of Social Life", Princeton University Press, 2007. ISBN 978-0691127026
  • Richard Dawkins: The Selfish Gene. Oxford University Press, 3rd Revised Edition, ISBN 978-0199291151
  • Stephen Wolfram: A New Kind of Science. Wolfram Media Inc., 2002, ISBN: 978-1579550080
  • John von Neumann, Oscar Morgenstern: Theory of Games and Economic Behavior. 2004, ISBN 0-691-11993-7
  • James N. Webb, Game Theory: Decisions, Interactions and Evolution ISBN 978-1846284236

Weitere Begleitliteratur zur Vorlesung bzw. Übung wird in den Veranstaltungen genannt. Eine Übersicht relevanter Papiere findet sich außerdem bei researchr.

 


weitere Informationen zu der Lehrveranstaltung:

empfohlenes Studiensemester der Lehrveranstaltung: je nach Prüfungsordnung
Fachrichtung Lehrveranstaltung: Informatik (Alle Master und Diplom Hauptstudium)
Nummer der Lehrveranstaltung: 07331
Dauer der Lehrveranstaltung: 2 SWS
Typ der Lehrveranstaltung: V - Vorlesung
Leistungspunkte: 8 LP
Bereich: Softwaretechnik und Programmiersprachen
Prüfung: Mündliche Prüfung
Begleitende Lehrveranstaltung(en): 07332
Semester: WS 2013/14