Studienreihe Informatik – serie

I am honored to introduce readers to this extraordinary volume, the first in the annual International Perspectives Series: Psychiatry, Psychology, and Neurosciences. This particular volume on the Recent Advances In Schizophrenia stems from the Third Annual Pennsylvania Conference on Schizophrenia, held in March, 1988. At that international meeting, some of the most esteemed researchers in the field surveyed our current under­ standing of schizophrenia. Collectively, their presentations capture the excitement of a research field launching into a stage of rapid worldwide advancement. The last decade has seen an enormous refocusing of scientific effort on schizophrenia, directed, in large measure, by the National Institute of Mental Health (NIMH). Our understanding of this mysterious, disabling disorder in all its diversity has been enhanced by a host of technologies, including new neuroimaging techniques, cognitive psychology, molecular genetics, and anatomical, biochemical, and molecular neuropathology. The resulting growth spurt in our knowledge constitutes the essence of the conference and of this volume. As the following pages amply docu­ ment, it has been a decade of great progress, one in which we can take great pride. The science of our field has matured to the point that a major research thrust is now feasible-one likely to have enormous benefits for schizophrenic patients and their families. It is a very exciting time to be in this field and to participate in accelerating its advances.

Dieses Buch vermittelt Techniken zur Formalisierung der Semantik (Bedeutungsinhalte) von Programmiersprachen. Zunächst werden unterschiedliche Formalisierungsansätze (die operationelle, denotationelle und axiomatische Semantik) vorgestellt und diskutiert. Anschließend wird die mathematische Theorie der semantischen Bereiche entwickelt, die bei der zur Zeit wichtigsten, der denotationellen Methode, Anwendung findet. Danach wird schrittweise eine umfassende, PASCAL-orientierte Programmiersprache entwickelt und die Semantik der einzelnen Sprachkonstrukte denotationell spezifiziert. Die Fortsetzungssemantik (continuation semantics) wird dabei systematisch erklärt und verwendet. Schließlich wird auf die Anwendung dieser Techniken eingegangen, insbesondere im Rahmen des Compilerbaus und als Grundlage zur Entwicklung funktionaler Programmiersprachen. Das Wissen, das in diesem Buch vermittelt wird, ermöglicht es, selbständig die Semantik neuer, unterschiedlicher Sprachkonstrukte formal zu definieren und damit umzugehen, und natürlich vorgegebene formale Beschreibungen zu verstehen. Dies ist besonders wichtig bei der Entwicklung neuer Sprachen, beim Beweisen von Programmeigenschaften und beim Compilerbau.

1 d Petrinetze sind für den Entwurf und die Analyse nicht-sequentieller (paralleler) Prozesse und Systeme geeignet. Insbesondere im Hardware- und Software-Entwurf und in der Systemspezifikation werden sie erfolgreich angewendet. Das Buch führt in die grundlegenden Begriffe und Methoden des Gebietes ein. In drei Teilen werden Netze aus Bedingungen und Ereignissen, Stellen/Transitionen-Netze und schließlich Netze mit beliebigen (individuellen) Marken behandelt. Bei den Analysemethoden werden Fakten, Synchronieabstände und Invarianten ausführlich besprochen - also Methoden, die nicht auf sequentiellen Realisierungen paralleler Prozesse beruhen. Der dritte Teil behandelt den Fakten- und Invariantenkalkül für Prädikat/Ereignis-Netze. Das Buch gibt eine geschlossene, einheitliche Darstellung der Grundbegriffe und typischen Anwendungen der Netztheorie. Es bereitet den Leser darauf vor, Petrinetze angemessen anzuwenden und die Spezialliteratur zu lesen.

Dieses Buch, in dessen Titel sich "Einführung in die Programmierung" und "Programmierung mit Modula-2" verbinden, wendet sich sowohl an den Programmieranfänger, als auch an den erfahrenen Programmierer, der die Sprache Modula-2 erlernen will. Einerseits vermittelt es ein solides Grundwissen der Programmiertechnik und führt in zeitgemäße Methoden des Programmentwurfs ein, andererseits gibt es eine handbuchartige Beschreibung der Programmiersprache Modula-2 und übt ihren methodischen Gebrauch an vielen Beispielen ein. Die von Niklaus Wirth stammende Programmiersprache Modula-2 hat, im Gegensatz zu Programmiersprachen wie Ada, COBOL oder PL/I, einen geringen Sprachumfang und ist daher leicht erlernbar. Trotzdem enthält sie alle Sprachelemente, die zur Formulierung kompliziertester Algorithmen und zur Realisierung der modernen Konzepte des Software Engineering erforderlich sind. Modula-2 zeichnet sich durch einen systematischen Aufbau aus, ermöglicht das Schreiben gut lesbarer Programme, unterstützt moderne Prinzipien des Software Engineering und eignet sich zur Implementierung auf Mikrocomputern; all dies macht die Sprache zu einem wertvollen Instrument auch zur Einführung in die Grundlagen der Programmierung. Die meisten Kapitel und viele Abschnitte enthalten Übungsaufgaben, die dem Leser helfen sollen, das erlernte Wissen zu vertiefen und seinen Wissensstand zu überprüfen. Das Buch unterscheidet sich von vielen Büchern über Programmiersprachen vor allem dadurch, daß das Hauptgewicht nicht auf der Programmiersprache selbst, sondern auf der Programmiermethodik liegt. In der bereits 1 1/2 Jahre nach Erscheinen des Buches vorliegenden 2. Auflage wurden alle bekanntgewordenen Fehler und Unklarheiten beseitigt.

In diesem Lehrbuch werden die grundlegenden Begriffe der Theoretischen Informatik - Berechenbarkeit, Entscheidbarkeit, rekursive Funktionen, Regelsprachen, Turingmaschinen, Komplexität - auf der Basis der Programmiersprache PASCAL motiviert, abgeleitet und in einer einheitlichen Betrachtungsweise dargestellt. Ferner wird die Äquivalenz verschiedener Ansätze zu einer Theorie der Berechenbarkeit - Programme, rekursive Funktionen, Regelsprachen und Turingmaschinen - als weiteres zentrales Konzept herausgestellt. Während in den Kapiteln 1-7 qualitative Aspekte der Berechenbarkeit behandelt werden, ist Kapitel 8 den quantitativen Aspekten gewidmet. Die Komplexität, d.h. Zeit- bzw. Speicheraufwand für eine Berechnung, ist sowohl abhängig von dem zugrundeliegenden Berechnungsmodell als auch von dem zu lösenden Problem, da für ein bestimmtes Problem gewisse Schranken nicht unterschritten werden können. Bei einem so weitgespannten Gebiet wie der Theoretischen Informatik müssen zwangsläufig manche Einschränkungen bei der Stoffauswahl gemacht werden. So wird z.B. Semantik nur informell behandelt, Parallelität nur ansatzweise betrachtet oder Automatentheorie nur am Rand gestreift. Ziel der Stoffauswahl war es, ein möglichst umfassendes Bild der Theoretischen Informatik zu bieten und ein Fundament für weitergehende Studien zu legen. Das Buch setzt Grundkenntnisse aus den Anfängervorlesungen über Analysis und Lineare Algebra voraus. Um den Leser mit der Terminologie in diesem Buch vertraut zu machen, sind im Anhang diese mathematischen Grundlagen in knapper Form zusammengestellt.

Das vorliegende Buch ist eine Einführung in die wesentlichen Problembereiche der KI-Programmierung. Dabei dienen Sprachentwicklung, -implementierung und -benutzung als neuartige einheitliche Sichtweise. Die Grundidee ist, daß jedem Problem ein angepaßtes Verarbeitungsmodell (eine abstrakte Maschine) entspricht, das gefunden und mit Hilfe einer zugeordneten Programmiersprache operabel gemacht werden kann. Programmiersprachen können jedoch auch uminterpretiert werden, indem ihnen konzeptionell ein neues Verarbeitungsmodell zugrundegelegt wird. Diese Ausdrucksvielfalt führt zu verschiedenen "Programmierstilen". Um den angehenden KI-Programmierer zu befähigen, mit KI-Programmiersprachen (Wissensrepräsentationsformalismen) umzugehen, sie zu verstehen und zu implementieren, wird eine Reihe von etablierten bzw. zeitweise wichtigen Sprachen dargestellt. Das Besondere an diesem Sprachspektrum ist die Vielfalt der Verarbeitungsmodelle, auf denen die Sprachen beruhen, und die Unterschiedlichkeit der Programmierstile, denen der Programmierer folgen kann. Im vorliegenden 1. Band werden Funktions-, Muster-, Operator- und Logik-orientierte Formen der Programmierung behandelt und an einem durchgehenden Problembeispiel vorgestellt. Im 2. Band werden moderne Konzepte und Methoden im Vordergrund stehen.

Das vorliegende Buch ist der 2. Teil einer Einführung in die wesentlichen Problembereiche der KI-Programmierung. Dabei dienen Sprachentwicklung, -implementierung und -benutzung als neuartige einheitliche Sichtweise. Die Grundidee ist, daß es zu jedem Problem ein angepaßtes Verarbeitungsmodell (eine abstrakte Maschine) gibt, das mit Hilfe einer zugeordneten Programmiersprache operabel gemacht werden kann. Programmiersprachen können jedoch auch uminterpretiert werden, indem ihnen konzeptionell ein neues Verarbeitungsmodell zugrunde gelegt wird. Diese Ausdrucksvielfalt führt zu verschiedenen "Programmierstilen". Um den angehenden KI-Programmierer mit KI-Programmiersprachen (Wissensrepräsentationsformalismen) und ihrer Implementierung vertraut zu machen, wird eine Reihe etablierter oder zeitweise wichtiger Sprachen vorgestellt. Das Besondere an diesem Sprachspektrum ist die Vielfalt der Verarbeitungsmodelle, auf denen die Sprachen beruhen, und die Unterschiedlichkeit der Programmierstile, denen der Programmierer folgen kann. Im ersten Band werden Funktions-, Muster-, Operator- und Logik-orientierte Formen der Programmierung behandelt und an einem durchgehenden Problembeispiel vorgestellt. Im vorliegenden zweiten Band stehen Relations-, Regel-, Plan-, Anweisungs- und Objekt-orientierte Formen sowie die ATN-Programmierung (Augmented Transition Networks) im Vordergrund.

Dieses Buch beschreibt die grundlegenden Verfahren zur Tolerierung von Fehlern, die in Rechensystemen auftreten. Besondere Beachtung finden Fehlertoleranz-Maßnahmen für verteilte Systeme, da diese eine zunehmende Bedeutung erlangen. Die Ansätze zur Vermeidung von Zuverlässigkeitsengpässen durch Fehlertoleranz-Instanzen, die selbst fehlertolerant sind, werden ausführlich diskutiert. Die Darstellung ist weniger auf die Beschreibung existierender fehlertoleranter Rechensysteme ausgerichtet als vielmehr auf eine systematische, weitgehend implementierungsunabhängige Klassifikation der verschiedenen Schritte zur Fehlertoleranz und ihrer Varianten. Es wird ein Überblick gegeben, der die Entwurfsalternativen bei der Realisierung von Fehlertoleranz-Verfahren aufzeigt und ihre Auswirkungen auf Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und andere Eigenschaften eines Rechensystems verdeutlicht.

Ein breiter Einsatz von Expertensystemen wird zur Zeit am st{rksten durch das Fehlen einer Theorie behindert, die be- sagt, f}r welche Problemklassen welche Probleml|sungsmetho- den verf}gbar sind. Dieses Buch begr}ndet eine solche Theorie. Es vermittelt den aktuellen Stand der Identifizie- rung,Umsetzung und Integration von L|sungsmethoden f}r die grundlegenden Problemklassen in Expertensystemen: Klassifi- kation (Diagnostik), Konstruktion und Simulation.

Expertensysteme er|ffnen dem Computer neue Anwendungsfelder, da die Programme leistungsf{higer werden und mit geeigneten Expertensystemwerkzeugen auch ohne spezielle Programmier- kenntnisse entwickelt und gewartet werden k|nnen. Die Kern- idee ist die saubere Trennung zwischen allgemeinen Problem- l|sungsstrategien und anwendungsspezifischem Wissen. Dieses Buch gibt eine profunde Einf}hrung in die derzeitig verf}g- barenTechniken und in Aspekte des betrieblichen Einsatzes.