A formális nyelvek tanítása a középiskolában

A formális nyelvek tanításának lehetősége a középiskolábanrégi képzésinformatika taná

Grundkurs Theoretische Informatik: Automatentheorie und Formale Sprachen

1. Endliche Automaten 1.1. Deterministische und Nichtdeterministische Automaten 1.2. Reguläre Mengen und Reguläre Ausdrücke 1.3. Eigenschaften regulärer Sprachen und endlicher Automaten 1.4. Spezielle Automaten und Anwendungen 2. Formale Sprachen und Grammatiken 2.1. Semiotische Grundbegriffe 2.2. Regelgrammatiken und Chomsky-Klassifikation 2.3. Kontextfreie Grammatiken und Sprachen 2.4. Kontextabhängige Sprachen 3. Automaten und Sprachen 3.1. Kellerautomaten und kontextfreie Sprachen 3.2. Turing-Automaten und Regel-Sprachen 3.3. Linear-beschränkte Automaten und kontextabhängige Sprachen 3.4. Sprach- und Automatenklassen Stichwortverzeichni

Middleware für Ubiquitäre Systeme: Ein Modellgetriebener Ansatz

Dieser Dissertation liegt die Hypothese zugrunde, dass modell-getriebene Softwareentwicklung (MDSD) den Widerspruch zwischen "top-down"- und "bottom-up"- Entwicklung durch einen "middle-out" Ansatz auflöst, welcher zwischen Technologie und Abstraktion vermittelt. MDSD wird als Mittel verwendet, um Middleware für Ubiquitäre Systeme auf dem einen Turm von Modellen zu bauen, ohne den Bezug zur konkreten Technologie zu verlieren

"Development and implementation of an automatic parameterization procedure for the MOMO force field"

Kraftfelder sind ein vielseitiges Werkzeug zur schnellen Berechnung vielfältiger Moleküleigenschaften. Die Qualität der damit erhaltenen Vorhersagen ist auch ein Maß, wie gut die wichtigen Einflussgrößen verstanden und vor allem in das Kraftfeld-Modell integriert sind. Bei der Parametrisierung müssen viele Effekte gegeneinander ausbalanciert werden, da die Kraftfeldterme nicht unabhängig voneinander betrachtet werden können. Umfangreiche Testrechnungen sind erforderlich, um die notwendige Qualität der Parameter sicher zu stellen. Eine Automatisierung dieses Prozesses bringt nicht nur eine enorme Zeitersparnis, sie zwingt auch zur sorgfältigen Definition von Vorgaben und Qualitätskriterien. Die Formulierung einer Strategie in einem Programm anstelle von „intelligentem Raten“ fördert zudem ein tieferes Verständnis. Bei einer Änderung der Strategie muss nur das entsprechende Programm geändert werden, dem Entwickler bleibt der manuelle Test erspart. Automatische Methoden zur Plausibilitätsprüfung vermeiden Probleme durch Fehler bei der Dateneingabe von Hand. Die programmgesteuerte Erstellung aussagekräftiger Protokolle und Grafiken macht die Fülle der bei der Parametrisierung und Evaluierung eines Kraftfeldes anfallenden Informationen für den Benutzer überschaubar. Probleme und deren Zusammenhang können so leichter erfasst werden. Für das MOMO-Kraftfeld konnten auf diese Weise verbesserte und neue Parameter für Wasserstoffbrücken abgeleitet werden, zwei empirische Punktladungsmodelle und deren Verträglichkeit mit zwei quantenchemischen Modellen verbessert und prinzipielle Probleme bei deren Vereinbarkeit erkannt werden sowie die automatische Parametrisierung von Bindungslängen, Bindungswinkeln und Torsionswinkeln ermöglicht werden. Bei Letzterem konnte jedoch keine Verbesserung gegenüber den Originalparametern erreicht werden, was nicht weiter verwunderlich ist, da diese seit Jahrzehnten entwickelt worden sind, wohingegen Wasserstoffbrücken und Partialladungen erst später hinzugekommen sind und nicht so umfangreich wie die bindenden Kraftfeldterme getestet wurden. Voraussetzung für die hier gewählte Vorgehensweise, alle Arbeiten weitgehend zu automatisieren und Strategien immer in Programme umzusetzen, waren sehr umfangreiche Programmierarbeiten. Ziel war es, auf einfache Weise die Steuerung des Kraftfeldes aus kleineren Programmen, die spezielle Probleme bearbeiten, zuzulassen. Durch die Nutzung zahlreicher Open-Source-Projekte, die gemeinsam die gewünschte Funktionalität zur Verfügung stellen, konnte der Aufwand auf die dazu passende Implementierung des MOMO-Kraftfeldes und das Verbinden mit der von diesen Projekten bereitgestellten Software beschränkt werden. Der Kern des MOMO-Kraftfeldes wurde aus Geschwindigkeitsgründen in der Compilersprache C geschrieben, Datenein- und -ausgabe und die Programme zur Parametrisierung und Auswertung wurden in Python geschrieben.Force fields are empiric models and hence need parameterization. In my doctoral thesis I developed some tool for automating this process for selected force-field terms. The programs provided cover hydrogen bonding, atomic point-charge models and bonded force-field terms. Reference data are prepared in customized XML-files; special python scripts use them to find new parameters making use of evolutionary algorithms. Even though the reference data are rather sparse the programs are still useful for improving and evaluating the force field in certain areas

Modellierung stationärer Zustände von metabolischen Netzwerken: Methoden, Anwendungen, Thermodynamik

Eines der ehrgeizigsten Ziele theoretischer biochemischer Forschung ist die Simulation einer kompletten Zelle. Mit der Aussicht, durch die Metabolom-, Proteom- und weitere systemische Analysen in naher Zukunft umfassende und quantitative Informationen über den Zustand der Zelle zu erhalten, hat dieser Forschungszweig deutlichen Auftrieb bekommen. Für die möglich werdende Integration von laborpraktischem und Computerexperiment auf diese Weise ist ein neues Wort geprägt worden: Systembiologie. Es existieren viele Ansätze, um dieses Ziel zu erreichen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der kinetischen Simulation von metabolischen Netzwerken. Das Erreichen eines Fließgleichgewichtszustandes stand dabei im Vordergrund. Dazu wurde die Eignung verschiedener Methoden evaluiert: die Integration von Differentialgleichungen, die Simulation farbiger Petrinetze und die Lösung algebraischer Gleichungen. Es konnte gezeigt werden, dass die Integration von Differentialgleichungen die am besten geeignete Methode für große Netzwerke ist. Bezogen auf die Modellformulierung konnten Erfolge bei der Unterstützung der Netzwerkrekonstruktion und bei der Einarbeitung von thermodynamischen Parametern erzielt werden. Bei der Simulation der Modelle wurde besonderer Wert auf die Behandlung und Identifikation der Systemgrenzen und ihren Einfluss auf die Simulationsergebnisse gelegt. Es wurden Modelle der Glykolyse, des Citratcyclus und des Zentralstoffwechsels von Corynebacterium glutamicum mit allen Zu- und Abflüssen, die für das Wachstum der Zelle relevant sind, simuliert