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Modul (9 Credits)

Modelle der Informatik

Name im Diploma Supplement
Models in Computing
Verantwortlich
Voraus­setzungen
Siehe Prüfungsordnung.
Workload
270 Stunden studentischer Workload gesamt, davon:
  • Präsenzzeit: 90 Stunden
  • Vorbereitung, Nachbereitung: 120 Stunden
  • Prüfungsvorbereitung: 60 Stunden
Dauer
Das Modul erstreckt sich über 1 Semester.
Qualifikations­ziele

Die Studierenden

  • kennen die grundlegenden Modellierungstechniken und Formalismen der Informatik, die sich in der praktischen Anwendung bewährt haben
  • kennen die Grundlagen aus der Mathematik und der theoretischen Informatik, auf denen eine Modellspezifikation aufbaut, und können diese Grundlagen zur formal korrekten Spezifikation von Modellen zielgerichtet anwenden
  • sind in der Lage, auf der Grundlage von formal korrekt spezifizierten Modellen Aussagen abzuleiten
  • verfügen über die Kompetenz, Algorithmen zur Modellanalyse aus den formalen Grundlagen abzuleiten und die Algorithmen korrekt auszuführen
  • können die vermittelten Modellierungstechniken auf praktische Probleme übertragen und zugehörige Lösungsverfahren anwenden
  • besitzen die Kompetenz eigenständig Modelle für informatische Sachverhalte zu konstruieren, zu analysieren und Schlussfolgerungen abzuleiten
  • verfügen über weiterentwickelte modellbasierte Problemlösungsfähigkeiten bezüglich der behandelten Modelle
  • sind in der Lage, (elementare) Modellierungswerkzeuge zur Problemlösung auf den Gebieten Formale Sprachen, endliche Automaten und Aussagenlogik einzusetzen und die erzielten Ergebnisse zu bewerten
  • beherrschen weiterführende Modelle der Informatik hinsichtlich ihrer formalen Grundlagen und sind in der Lage, diese zur Modellspezifikation und –analyse zielgerichtet einzusetzen
  • können nebenläufige Systeme durch Petrinetze beschreiben und sowie Petrinetze durch formales Vorgehen analysieren, um Beschränktheits-, Invarianz-, Lebendigkeits- und Sicherheitseigenschaften nachzuweisen
  • verfügen über fundierte Kenntnisse in der UML, deren Begriffe und Notationen sowie die UML Diagrammtypen und können diese zur Modellierung von Systemen und in Projekten praktisch einsetzen
  • besitzen in Bezug auf die weiterführenden Modelle die Kompetenz, eigenständig Modelle für informatische Sachverhalte zu konstruieren, zu analysieren und Schlussfolgerungen abzuleiten
Praxisrelevanz

Modelle sind die grundlegenden Artefakte der Informatik. Sie werden in zahlreichen Prozessen der Entwicklung von Hardware- und Softwaresystemen verwendet.

Prüfungs­modalitäten

Zum Modul erfolgt eine modulbezogene Prüfung in der Gestalt einer Klausur (in der Regel: 120 bis 150 Minuten).

Vom Dozierenden wird zu Beginn der Veranstaltung festgelegt, ob die erfolgreiche Teilnahme Prüfungsvorleistung oder aber Bestandteil der Prüfung wird. Ist letzteres der Fall, so bilden die Teilleistungen zusammen mit der Abschlussprüfung eine zusammengesetzte Prüfung mit einer Endnote. Bestandene Prüfungsvorleistungen/Teilleistungen haben nur Gültigkeit für die Prüfungen, die zu der Veranstaltung im jeweiligen Semester gehören.

Verwendung in Studiengängen
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik 1.-2. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014 Pflichtbereich Informatik 3. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 2 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013 Pflichtbereich 1.-6. FS, Pflicht
  • WiInf-Ba-2010-V2013 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik 2.-3. FS, Pflicht
Bestandteile
Name im Diploma Supplement
Models in Computing
Anbieter
Lehrperson
SWS
4
Sprache
deutsch
Turnus
Wintersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

Lineare Algebra, insbesondere Matrizen und Gleichungssysteme 

Lehrinhalte
  • Formale Sprachen: Buchstaben, Wörter, Sprachen, Klassen von unendlichen Sprachen, Grammatiken: Definitionen, Chomsky-Hierarchie, BNF, EBNF, Endliche Automaten und reguläre Sprachen: Moore- und Mealy-Automaten, Deterministische und Nichtdeterministische Automaten, Turingmaschine, reguläre und kontextfreie Sprachen, Ableitungsbäume, Scanner und Parser.
  • Logik: Aussagenlogik, logische Ausdrücke und Wahrheitstafeln, Tautologien, de Morgansche Regeln, Beweismethoden, aussagenlogische Resolution, Normalformen, Resolvierung von Begründungen, Grundzüge der Prädikatenlogik, Einführung in die Temporale Logik.
  • Bäume, Graphen und Netzwerke: Definitionen von Bäumen, binäre Suchbäume, Baumdurchlauf, ausgeglichene Bäume, Mehrwegbäume, Definitionen von Graphen, Euler- und Hamilton-Graphen, Knotenfärbung, Schwacher und starker Zusammenhang, Tiefen- und Breitendurchlauf, Spannbäume, Minimale Spannbäume, kürzeste Wege (Dijkstra-Algorithmus), Anwendungen, z.B. Routing in Rechnernetzen, Netzwerke und Flüsse.
  • Petri-Netze: Definition von Petri-Netzen, Stellen/Transitionsnetze, Lebendigkeit, Beschränktheit, S- und T-Invarianten, Erreichbarkeit, Modelle für wechselseitigen Ausschluss, Produzent/Konsument-Problem und Leser/Schreiber-Problem, Bedingungs/Ereignisnetze, Farbige Petri-Netze, Petri-Netze mit Verbotskanten, Vergröberung/Verfeinerung und Faltung/Entfaltung von Petri-Netzen, Varianten von Petri-Netzen ohne/mit individuellen Marken.
  • Objektorientierte Modellierung mit Unified Modeling Language (UML): Klassen-, Use-Case-, Aktivitäts-, Paket-, Sequenz-, Komponentendiagramm, Zustandsautomat; Assoziation, Aggregation, Komposition, Vererbung.
  • Ausblick auf weitere Aspekte der theoretischen Informatik
Literaturangaben
  • Müller-Clostermann, B.: Skriptum "Modelle der Informatik" (siehe Moodle)
  • Hedstück, U.: Einführung in die Theoretische Informatik - Formale Sprachen und Automatentheorie, Oldenbourg, 2002 (176 Seiten), in ca. 50 Exemplaren in der Lehrbuchsammlung (am Campus Essen)
  • Schöning, U.: Theoretische Informatik - kurzgefasst, Heidelberg 2001 (4. Auflage, 198 Seiten)
  • Kelley, J: Logik im Klartext, Pearson Studium, München 2003, in ca. 50 Exemplaren in der Lehrbuchsammlung am Campus Essen
  • Baumgarten, B.: Petri-Netze: Grundlagen und Anwendungen; Spektrum-Akademischer Verlag, 1997
  • Rupp, C., Queins, S., die Sophisten: UML 2 glasklar: Praxiswissen für die UML-Modellierung, 2012 (4. Auflage)
Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Modelle der Informatik" 1.-2. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014 Pflichtbereich Informatik Modul "Modelle der Informatik" 3. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 2 Modul "Modelle der Informatik" 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013 Pflichtbereich Modul "Modelle der Informatik" 1.-6. FS, Pflicht
  • WiInf-Ba-2010-V2013 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Modelle der Informatik" 2.-3. FS, Pflicht
Vorlesung: Modelle der Informatik (WIWI‑C0864)
Name im Diploma Supplement
Models in Computing
Anbieter
Lehrperson
SWS
2
Sprache
deutsch
Turnus
Wintersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

keines

Lehrinhalte

Aufgaben und Beispiele zum Stoff der Vorlesung

Literaturangaben

Übungsblätter im Semester online erhältlich.

Siehe Literaturangaben der Vorlesung.

Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Modelle der Informatik" 1.-2. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014 Pflichtbereich Informatik Modul "Modelle der Informatik" 3. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 2 Modul "Modelle der Informatik" 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013 Pflichtbereich Modul "Modelle der Informatik" 1.-6. FS, Pflicht
  • WiInf-Ba-2010-V2013 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Modelle der Informatik" 2.-3. FS, Pflicht
Übung: Modelle der Informatik (WIWI‑C0865)
Modul: Modelle der Informatik (WIWI‑M0173)