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Algorithmen und Berechenbarkeit / Formale Methoden
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Berechenbarkeit und Komplexität
Ergänzungen zu Algorithmen, Berechenbarkeit und Komplexität
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Logik und Diskrete Strukturen
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BSc, Master-, Student-, Diplomathesis
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Berechenbarkeit und Komplexität

Vorlesung

Prof. Dr. Ulrich Diekert

Lernziele
Die Teilnehmer beherrschen wichtige theoretische Grundlagen der Informatik und können Probleme in Kategorien einordnen wie entscheidbar/unentscheidbar oder effizient lösbar (durch deterministische/nichtdeterministische Berechnungen).

Inhalt
Gleichwertigkeit der verschiedenden Konkretisierungen des Algorithmenbegriffs, Churchsche These, Grenzen zwischen Entscheidbarbkeit und Unentscheidbarkeit. Turing-Berechenbarkeit, Halteproblem, Satz von Rice. Wichtige Komplexitätsklassen, P-NP-Problem, NP-Vollständigkeit, Satz von Cook.

Termine

Zeit Raum Termine
Mo 9:45–11:15 V38.04 wöchentlich ab dem 17.10.
Am 12.12. findet keine Vorlesung statt.
Di 9:45–11:15 V38.04 14-täglich ab dem 18.10.
Vsl. Termine für 2011: 18.10., 8.11., 22.11., 6.12., 20.12.
Vsl. Termine für 2012: 17.1., 31.1. (Scheinklausur)

Hinweise

  • Hinweis aus aktuellem Anlass: In der Modulprüfung am 22.08.2012 sind keine Hilfsmittel zugelassen!
  • Um an der Modulprüfung “Berechenbarkeit und Komplexität” teilzunehmen, benötigen Sie den Übungsschein dieser Veranstaltung.
  • Falls Sie einen benoteten Schein benötigen (z.B. Lehramt oder Nebenfach), melden Sie sich bitte beim Übungsleiter.
  • Am 12.12. findet keine Vorlesung statt.
  • Am 31.01.2012 findet die Scheinklausur statt.
  • Die Scheinklausur ist korrigiert. Die Ergebnisse hängen am schwarzen Brett des FMI aus (neben Zimmer 1.101). Einsicht ist am Dienstag dem 7.02. ab 10:30 Uhr in Zimmer 1.156.
  • Die Scheine sind fertig. Die Liste der Matrikelnummern, die einen Schein erhalten hängt am schwarzen Brett des FMI aus (neben Zimmer 1.101). Bitte holen Sie den Schein in Zimmer 1.156 ab.
  • Die Scheinklausur zum Üben gibt es hier.
  • Die Ergebnisse der Klausur vom 16.03. hängen am schwarzen Brett des FMI (zwischen Zimmer 1.105 und Zimmer 1.101) aus.

Scheinkriterien

Einen Schein erhält, wer

  • ≥ 50% der Punkte aus den Hausübungen erreicht und
  • ≥ 50% aller Votierpunkte von Blatt 1 bis 6 erreicht.

Einen Schein erhält auch, wer die Scheinklausur besteht.

Skript

Zur Vorbereitung können die Materialen der Diplomvorlesung Komplexitätstheorie dienen: [kt_folien]: /files/ti/teaching/w11/buk/KT_folien.pdf [kt_script]: /files/ti/teaching/w11/buk/KT_skript.pdf [infos]: http://fachschaft.informatik.uni-stuttgart.de/studium/skripte/index.php [fachschaft]: http://fachschaft.informatik.uni-stuttgart.de/

  • [Folien zur Komplexitätstheorie][kt_folien] (Stand 26.07.2011).
  • [Skript zur Komplexitätstheorie][kt_script] (Stand 10.12.2007).
  • Das alte Skript zur Komplexitätstheorie in der Version vom WS 2004/05 kann im Kopierlädle erworben werden. [Genaue Infos][infos] hat die [Fachschaft][fachschaft].

Ergänzungen

Jürn Laun

Webseite der Ergänzungen

Übungen

Alexander Lauser

Übungsgruppen

Die Übungen beginnen in der zweiten bzw. dritten Semesterwoche und finden jeweils alle 14 Tage statt.

Gruppe Zeit Beginn Raum Tutor Besprechung
Blatt 0 Blatt 1 Blatt 2 Blatt 3 Blatt 4 Blatt 5 Blatt 6
1 Mo 15:45–17:15 24.10. V38.03 Matheis 24.10. 7.11.2) 21.11.3) 5.12.3) 19.12.3) 16.01. 30.01.
2 Di 15:45–17:15 25.10. 0.124 Lauser 25.10. 8.11. 22.11. 6.12. 20.12. 17.01. 31.01.
3 Mi 11:30–13:00 26.10. 0.124 Matheis 26.10. 9.11. 23.11. 7.12. 21.12. 18.01. 1.02.
4 Mi 15:45–17:15 26.10. 0.108 Wächter 26.10. 16.11.1) 23.11. 7.12. 21.12. 18.01. 1.02.
5 Mo 15:45–17:15 31.10. V38.03 Matheis 31.10. 14.11. 28.11. 12.12. 9.01. 23.01. 6.02.

1) Dieser Termin wurde aufgrund der Informatik Kontaktmesse um eine Woche nach hinten verschoben.
2) Die Besprechung von Blatt 1 für Gruppe 1 wurde in Raum 0.108 verlegt.
3) Diese Termine finden in Raum 0.447 statt.

Die Anmeldung zu den Übungen ist abgeschlossen. Wenn Sie an den Übungen teilnehmen wollen, aber noch in keiner Übungsgruppe eingetragen sind, melden Sie sich beim Übungsleiter.

Übungsblätter

Weihnachtsmarkt

Am 12.12. sind alle Studenten herzlich eingeladen, gemeinsam mit den Tutoren auf dem Stuttgarter Weihnachtsmarkt Glühwein zu trinken.

Treffpunkt (1): Nordausgang des Informatikgebäudes (vor der Fachschaft) um 17:30 Uhr.
Treffpunkt (2): Das Ende der Schulstraße beim Marktplatz - siehe hier - um 18:00 Uhr.

Links

Prüfungsklausuren früherer Jahrgänge (teilweise mit Lösungsvorschlägen). Diese sind jedoch hauptsächlich aus den Diplomstudiengängen und daher nur begrenzt relevant.

Literatur

Die Vorlesung baut im Wesentlichen auf dem Buch von Uwe Schöning und dem Skript zur Komplexitätstheorie von Volker Diekert auf:

  • Uwe Schöning: Theoretische Informatik – kurzgefasst, 5. Auflage, Spektrum, 2008. (Die 4. Auflage von 2001 ist auch ok.)
  • Volker Diekert: [Komplexitätstheorie][ktskript], Skript vom Sommersemester 2011.
  • Volker Diekert: [Folien zur Vorlesung Komplexitätstheorie/[kt_folien], Folien vom Sommersemester 2011.

Zur weiterführenden Lektüre sei empfohlen:

  • John E. Hopcroft, Rajeev Motwani, Jeffrey D. Ullman: Einführung in die Automatentheorie, Formale Sprachen und Komplexitätstheorie, Addison-Wesley, 2002.
  • Christos Papadimitriou: Computational Complexity. Addison-Wesley, 1994.

News

[Jun’23] The paper “Parallel algorithms for power circuits and the word problem of the Baumslag group” by Caroline Mattes and Armin Weiß has been accepted at Computational Complexity.

[Oct’22] The paper “Lower Bounds for Sorting 16, 17, and 18 Elements” by Florian Stober and Armin Weiß has been accepted at ALENEX 2023.

[Sep’22] The paper “Conelikes and Ranker Comparisons” by Viktor Henriksson and Manfred Kufleitner has been accepted at LATIN 2022.

[Sep’22] The paper “Improved Parallel Algorithms for Generalized Baumslag Groups” by Caroline Mattes and Armin Weiß has been accepted at LATIN 2022.

[Apr’22] The paper “Reachability Games and Parity Games” by Volker Diekert and Manfred Kufleitner has been accepted at ICTAC 2022.

[Apr’22] The paper “Satisfiability Problems for Finite Groups” by Pawel M. Idziak, Piotr Kawalek, Jacek Krzaczkowski and Armin Weiß has been accepted at ICALP 2022.

[Mar’22] The paper “The Power Word Problem in Graph Products” by Florian Stober and Armin Weiß was accepted at DLT 2022.

[Nov’20] Volker Diekert is Partner Investigator in the Australian ARC grant “Geodetic groups: foundational problems in algebra and computer science” at University of Technology Sydney.

[Apr’20] The paper “Groups with ALOGTIME-hard word problems and PSPACE-complete circuit value problems” by Laurent Bartholdi, Michael Figelius, Markus Lohrey and Armin Weiß has been accepted at CCC 2020.

[Apr’20] The paper “Hardness of equations over finite solvable groups under the exponential time hypothesis” by Armin Weiß has been accepted at ICALP 2020.

[Dec’19] The paper “An Automaton Group with PSPACE-Complete Word Problem” by Jan Philipp Wächter and Armin Weiß has been accepted at STACS 2020.

[Nov’19] Carlos Camino was awarded the stuvus Special Prize for exceptional commitment in teaching.

[Jun’19] The paper “The power word problem” by Markus Lohrey and Armin Weiß has been accepted at MFCS 2019.

[May’19] The paper “On the Average Case of MergeInsertion” by Florian Stober and Armin Weiß has been accepted at IWOCA 2019.

[Oct’18] The paper “Worst-Case Efficient Sorting with QuickMergesort” by Stefan Edelkamp and Armin Weiß has been accepted at ALENEX 2019.

[Jun’18] At CCC 2018, Lukas Fleischer received a Best Student Paper Award for his submission “On the Complexity of the Cayley Semigroup Membership Problem”.

[Jun’18] The paper “Testing Simon’s congruence” by Lukas Fleischer and Manfred Kufleitner was accepted at MFCS 2018.

[Jun’18] The paper “The Intersection Problem for Finite Semigroups” by Lukas Fleischer was accepted at DLT 2018.

[Apr’18] The paper “The isomorphism problem for finite extensions of free groups is in PSPACE” by Géraud Sénizergues and Armin Weiß was accepted at ICALP 2018.

[Apr’18] The paper “On the Complexity of the Cayley Semigroup Membership Problem” by Lukas Fleischer was accepted at CCC 2018.

[Jan’18] On March 24-29, 2019 Volker Diekert, Markus Lohrey, Olga Kharlampovich and Alexei Miasnikov will organize the Schloss Dagstuhl Seminar “Algorithmic Problems in Group Theory”.

[Dec’17] The paper “The Intersection Problem for Finite Monoids” by Lukas Fleischer and Manfred Kufleitner was accepted at STACS 2018.

[Jun’17] At the 12th International Computer Science Symposium in Russia (CSR), Lukas Fleischer and Manfred Kufleitner received a Best Paper Award for their publication “Green’s Relations in Finite Transformation Semigroups”, and Armin Weiss received a Best Paper Award for “The conjugacy problem in free solvable groups and wreath product of abelian groups is in $\text{TC}^0$ \text{TC}^0 “ which is joint work with Alexei Miasnikov and Svetla Vassileva.