Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2020

Informatik DZ Information
Detaillierte Informationen zum Ausbildungsgang auf: www.didaktischeausbildung.ethz.ch
Fachwissenschaftliche Vertiefung mit pädagogischem Fokus
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
272-0300-00LAlgorithmik für schwere Probleme Information
Findet dieses Semester nicht statt.
Diese Lerneinheit beinhaltet die Mentorierte Arbeit Fachwissenschaftliche Vertiefung mit pädagogischem Fokus Informatik A n i c h t !
W5 KP2V + 1U + 1A
KurzbeschreibungDiese Lerneinheit beschäftigt sich mit algorithmischen Ansätzen zur Lösung schwerer Probleme, insbesondere mit exakten Algorithmen mit moderat exponentieller Laufzeit und parametrisierten Algorithmen.

Eine umfassende Reflexion über die Bedeutung der vorgestellten Ansätze für den Informatikunterricht an Gymnasien begleitet den Kurs.
LernzielAuf systematische Weise eine Übersicht über die Methoden zur Lösung schwerer Probleme kennen lernen. Vertiefte Kenntnisse im Bereich exakter und parameterisierter Algorithmen erwerben.
InhaltZuerst wird der Begriff der Berechnungsschwere erläutert (für die Informatikstudierenden wiederholt). Dann werden die Methoden zur Lösung schwerer Probleme systematisch dargestellt. Bei jeder Algorithmenentwurfsmethode wird vermittelt, was sie uns garantiert und was sie nicht sichern kann und womit wir für die gewonnene Effizienz bezahlen. Ein Schwerpunkt liegt auf exakten Algorithmen mit moderat exponentieller Laufzeit und auf parametrisierten Algorithmen.
SkriptUnterlagen und Folien werden zur Verfügung gestellt.
LiteraturJ. Hromkovic: Algorithmics for Hard Problems, Springer 2004.

R. Niedermeier: Invitation to Fixed-Parameter Algorithms, 2006.

M. Cygan et al.: Parameterized Algorithms, 2015.

F. Fomin, D. Kratsch: Exact Exponential Algorithms, 2010.
272-0302-00LApproximations- und Online-Algorithmen Information W5 KP2V + 1U + 1AH.‑J. Böckenhauer, D. Komm
KurzbeschreibungDiese Lerneinheit behandelt approximative Verfahren für schwere Optimierungsprobleme und algorithmische Ansätze zur Lösung von Online-Problemen sowie die Grenzen dieser Ansätze.
LernzielAuf systematische Weise einen Überblick über die verschiedenen Entwurfsmethoden von approximativen Verfahren für schwere Optimierungsprobleme und Online-Probleme zu gewinnen. Methoden kennenlernen, die Grenzen dieser Ansätze aufweisen.
InhaltApproximationsalgorithmen sind einer der erfolgreichsten Ansätze zur Behandlung schwerer Optimierungsprobleme. Dabei untersucht man die sogenannte Approximationsgüte, also das Verhältnis der Kosten einer berechneten Näherungslösung und der Kosten einer (nicht effizient berechenbaren) optimalen Lösung.
Bei einem Online-Problem ist nicht die gesamte Eingabe von Anfang an bekannt, sondern sie erscheint stückweise und für jeden Teil der Eingabe muss sofort ein entsprechender Teil der endgültigen Ausgabe produziert werden. Die Güte eines Algorithmus für ein Online-Problem misst man mit der competitive ratio, also dem Verhältnis der Kosten der berechneten Lösung und der Kosten einer optimalen Lösung, wie man sie berechnen könnte, wenn die gesamte Eingabe bekannt wäre.

Inhalt dieser Lerneinheit sind
- die Klassifizierung von Optimierungsproblemen nach der erreichbaren Approximationsgüte,
- systematische Methoden zum Entwurf von Approximationsalgorithmen (z. B. Greedy-Strategien, dynamische Programmierung, LP-Relaxierung),
- Methoden zum Nachweis der Nichtapproximierbarkeit,
- klassische Online-Probleme wie Paging oder Scheduling-Probleme und Algorithmen zu ihrer Lösung,
- randomisierte Online-Algorithmen,
- Entwurfs- und Analyseverfahren für Online-Algorithmen,
- Grenzen des "competitive ratio"- Modells und Advice-Komplexität als eine Möglichkeit, die Komplexität von Online-Problemen genauer zu messen.
LiteraturDie Vorlesung orientiert sich teilweise an folgenden Büchern:

J. Hromkovic: Algorithmics for Hard Problems, Springer, 2004

D. Komm: An Introduction to Online Computation: Determinism, Randomization, Advice, Springer, 2016

Zusätzliche Literatur:

A. Borodin, R. El-Yaniv: Online Computation and Competitive Analysis, Cambridge University Press, 1998
272-0400-00LMentorierte Arbeit Fachwissenschaftliche Vertiefung mit pädagogischem Fokus Informatik A Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W+2 KP4AJ. Hromkovic, G. Serafini
KurzbeschreibungIn der mentorierten Arbeit in FV verknüpfen die Studierenden gymnasiale und universitäre Aspekte des Fachs mit dem Ziel, ihre Lehrkompetenz im Hinblick auf curriculare Entscheidungen und auf die zukünftige Entwicklung des Unterrichts zu stärken.
Angeleitet erstellen sie Texte, welche die anvisierte Leserschaft, in der Regel gymnasiale Fachlehrpersonen, unmittelbar verstehen.
LernzielDas Ziel ist, dass die Studierenden
- sich in ein neues Thema einarbeiten, indem sie Materialien beschaffen und die Quellen studieren und so ihre Fachkompetenz gezielt erweitern können.
- selbständig einen Text über den Gegenstandentwickeln und dabei einen speziellen Fokus auf die mathematische Verständlichkeit in Bezug auf den Kenntnisstand der anvisierten Leser/Leserinnen legen können.
- Möglichkeiten berufsbezogener fachlicher Weiterbildung ausprobieren.
InhaltThematische Schwerpunkte:
Die mentorierte Arbeit in FV besteht in der Regel in einer Literaturarbeit über ein Thema, das einen Bezug zum gymnasialem Unterricht oder seiner Weiterentwicklung hat. Die Studierenden setzen darin Erkenntnisse aus den Vorlesungen in FV praktisch um.

Lernformen:
Alle Studierenden erhalten ein individuelles Thema und erstellen dazu eine eigenständige Arbeit. Sie werden dabei von ihrer Betreuungsperson begleitet. Gegebenenfalls stellen sie ihre Arbeit oder Aspekte daraus in einem Kurzvortrag vor. Die mentorierte
Arbeit ist Teil des Portfolios der Studierenden.
SkriptEine Anleitung zur mentorierten Arbeit in FV wird zur Verfügung gestellt.
LiteraturDie Literatur ist themenspezifisch. Sie muss je nach Situation selber beschafft werden oder wird zur Verfügung gestellt.
Voraussetzungen / BesonderesDie Arbeit sollte vor Beginn des Praktikums abgeschlossen werden.
252-0408-00LCryptographic Protocols Information W6 KP2V + 2U + 1AM. Hirt, U. Maurer
KurzbeschreibungThe course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc.
LernzielIndroduction to a very active research area with many gems and paradoxical
results. Spark interest in fundamental problems.
InhaltThe course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc.
Skriptthe lecture notes are in German, but they are not required as the entire
course material is documented also in other course material (in english).
Voraussetzungen / BesonderesA basic understanding of fundamental cryptographic concepts
(as taught for example in the course Information Security or
in the course Cryptography Foundations) is useful, but not required.
263-0007-00LAdvanced Systems Lab Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Only for master students, otherwise a special permission by the study administration of D-INFK is required.
W8 KP3V + 2U + 2AM. Püschel, C. Zhang
KurzbeschreibungThis course introduces the student to the foundations and state-of-the-art techniques in developing high performance software for mathematical functionality occurring in various fields in computer science. The focus is on optimizing for a single core and includes optimizing for the memory hierarchy, for special instruction sets, and the possible use of automatic performance tuning.
LernzielSoftware performance (i.e., runtime) arises through the complex interaction of algorithm, its implementation, the compiler used, and the microarchitecture the program is run on. The first goal of the course is to provide the student with an understanding of this "vertical" interaction, and hence software performance, for mathematical functionality. The second goal is to teach a systematic strategy how to use this knowledge to write fast software for numerical problems. This strategy will be trained in several homeworks and a semester-long group project.
InhaltThe fast evolution and increasing complexity of computing platforms pose a major challenge for developers of high performance software for engineering, science, and consumer applications: it becomes increasingly harder to harness the available computing power. Straightforward implementations may lose as much as one or two orders of magnitude in performance. On the other hand, creating optimal implementations requires the developer to have an understanding of algorithms, capabilities and limitations of compilers, and the target platform's architecture and microarchitecture.

This interdisciplinary course introduces the student to the foundations and state-of-the-art techniques in high performance mathematical software development using important functionality such as matrix operations, transforms, filters, and others as examples. The course will explain how to optimize for the memory hierarchy, take advantage of special instruction sets, and other details of current processors that require optimization. The concept of automatic performance tuning is introduced. The focus is on optimization for a single core; thus, the course complements others on parallel and distributed computing.

Finally a general strategy for performance analysis and optimization is introduced that the students will apply in group projects that accompany the course.
Voraussetzungen / BesonderesSolid knowledge of the C programming language and matrix algebra.
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