Nicht-Numerische Informationsverarbeitung: Beiträge Zur Behandlung Nicht-Numerischer Probleme Mit Hilfe Von Digitalrechenanlagen

ISBN-13: 9783709182031 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 510 str.

R. Gunzenhauser

Opis

Die nicht-numerische Informationsverarbeitung mit Hilfe von Rechen automaten begann in den fruhen funfziger Jahren. 1950 befasste sich SHANNON mit Schachprogrammen, 1952 schrieb RUTISHAUSER seine bahnbrechende Arbeit uber automatische Rechenplanfertigung und begrundete damit die Entwicklung der formalen Sprachen. Etwa um die gleiche Zeit veroffentlichte D. H. LEHMER, angeregt durch die Bedurfnisse der Kernphysiker, die bis jetzt gebrauchlichste Methode zur Erzeugung von Zufallszahlen auf Rechenautomaten. Damit standen Zufallszahlen auch fur nicht-numerische Anwendungen zur Verfugung. 1953 wurde die Sprache FORTRAN publiziert, 1960 die Sprache ALGOL. Im gleichen Jahr liess H. WANG 220 Satze aus den Principia mathematica in 3 Minuten von einem Rechenautomaten beweisen, 196:3 entstanden die ersten Computographien von }( NAKE. Die Anregung, das rasch wachsende Gebiet in einer deutschen Buchveroffent lichung darzustellen, geht auf Herrn Direktor Dr. W. SCHWABL vom Springer Verlag Wien zuruck. Bald zeigte sich hierbei, dass ein einzelner Autor nicht imstande sein wurde, das Gebiet in seiner ganzen Vielfalt darzustellen, und zwar selbst dann nicht, wenn die rein kommerzielle nicht-numerische Datenverarbeitung ausgeklammert wurde. Damit entstand der Gedanke, eine Arbeitsgemeinschaft von Autoren ins Leben zu rufen, die jeweils eine zusammenfassende Darstellung uber ihr eigenes Arbeitsgebiet geben sollten."

Spis treści

I. Einführung.- 1. Die Wechselwirkung zwischen Ziel, Methode und Werkzeug.- 2. Systematischer Überblick über Bereiche der nicht-numerischen Informationsverarbeitung.- 3. Überblick über den Inhalt des vorliegenden Bandes.- II. Digitalrechner und Zufallsgeneratoren: Grundlagen der Informationsverarbeitung.- A. Aufbau, Arbeitsweise und Programmierung digitaler Rechner als Werkzeuge der nicht — numerischen Datenverarbeitung.- 1. Programmgesteuerte Ziffernrechenautomaten.- 2. Verschlüsselung von Information.- 3. Bearbeitung von Information.- 4. Speicherwerk.- 5. Programmiersprachen.- 6. Zusammenwirken von Mensch und Maschine.- Literatur.- B. Zufallsgeneratoren.- 1. Analoge Zufallsgeneratoren.- 1.1. Wirklichkeit und Modell.- 1.2. Konstruktion der Zufallsmaschine.- 1.3. Intuitive Begriffe der Zufälligkeit.- 1.4. Kampf gegen Bias.- 1.5. Zufallsgenerator und Meßgenauigkeit.- 1.6. Naive Zufallsmaschinen.- 1.7. Andere analoge Zufallsgeneratoren für Zufallszahlentafeln.- 1.8. Analoge Zufallsgeneratoren in Rechenanlagen.- 2. Stochastischer Modellprozeß eines analogen Zufallsgenerators.- 2.1. Wahrscheinlichkeitstheoretische Modellintention.- 2.2. Alphabet des Zufallsgenerators und Ensemble der Ziffernausstöße.- 2.3. Ereignisstruktur und ihre Wahrscheinlichkeitsbewertung.- 2.4. Stochastischer Modellprozeß.- 3. Test des stochastischen Modellprozesses. Statistischer Begriff der Zufallszahlentafel.- 3.1. Statistische Modellinterpretation.- 3.2. Modell-Test.- 3.3. Test der Zifferngleichverteilung.- 3.4. Statistischer Begriff der Zufallszahlentafel.- 4. Digitale Pseudo-Zufallsgeneratoren.- 4.1. Statistische Mechanik eines Zufallsgenerators.- 4.2. Folgengeneratoren für gleichverteilte und weiße Folgen.- 4.3. Anpassung von Folgengeneratoren an Ziffernrechner.- 4.4. Ein digitaler Pseudo-Zufallsgenerator für Analogrechner.- 4.5. Quasi-Zufallsgeneratoren.- 5. Transformation von Zufallszahlen.- 5.1. Transformation durch Verteilungsumkehrung.- 5.2. Zufallszahlen aus Zufallsziffern. Umbasieren von Zufallsziffern.- 5.3. Herstellung normal verteilter Zufallszahlen.- 5.4. Hybride Zufallsgeneratoren.- Literatur.- III. Logische Entscheidungsverfahren auf Rechenanlagen.- A. Algebraisch strukturelle Verfahren.- Einleitung: Sinn und Zweck der algebraisch strukturellen Verfahren.- 1. Eingabe von Formeltexten.- 1.1. Maschinen-interne Darstellung von Buchstaben und Zeichen.- 1.2. Maschinen-interne Darstellung von Formeln.- 1.3. Das Einleseprogramm für Formeltexte.- 1.4. Beispiel.- 2. Verarbeitung von Zahlen.- 2.1. Betrag in Worten.- 2.2. Römische Ziffern.- 3. Algebra.- 3.1. Klammerausdrücke.- 3.2. ALPAK-System für Polynome.- 3.3. Binomial-Ausdrücke.- 3.4. Komplexe Zahlen.- 3.5. Potenzen komplexer Zahlen.- 3.6. Matrizen-Kalkül.- 3.7. Matrizen-Kalkül mit komplexen Matrix-Elementen.- 4. Analysis.- 4.1. Differentiation.- 4.1.1. Vorläufer-Programme.- 4.1.2. Polynom-Differentiation.- 4.1.3. Allgemeine Differentiation mittels Hilfsmatrix.- 4.1.4. Allgemeine Differentiation durch Formelzerlegung.- 4.2. Integral-Berechnung (Quadratur).- 4.2.1. Quadratur von Polynomen.- 4.2.2. Quadratur durch Probieren.- 4.2.3. Quadratur durch Analyse und Rückführung auf Grundintegrale.- 4.2.4. Quadratur durch Analyse mit anschließendem Tabellenlesen.- 4.2.5. Quadratur bei beliebigem Integranden.- 4.3. Integration von Differentialgleichungen.- 5. Heuristische Formelfindung.- 6. FORMAC.- Literatur.- B. Methoden der Formelübersetzung.- 1. Einleitung.- 2. Formeln und ihre Beschreibung.- 3. Darstellung von Formeln im Maschinencode.- 4. Begleitwertverfahren.- 4.1. Das klassische Begleitwertverfahren.- 4.2. Das reduzierte Begleitwertverfahren.- 4.3. Sequentielle Begleitwertverfahren.- 4.3.1. Das Verfahren von Wegstein.- 4.3.2. Quasi-sequentielle Begleitwertverfahren.- 4.3.3. Das minimale Begleitwertverfahren.- 5. Die Methode von Lukasiewicz.- 6. Die sequentielle Formelübersetzung.- 6.1. Das Verfahren von Bauer und Samelson.- 6.2. Andere sequentielle Methoden.- 7. Syntaktische Verfahren.- 7.1. Die Übersetzung arithmetischer Ausdrücke mit Hilfe rekursiver Unterprogramme.- 7.2. Compiler-Compiler.- 8. Die Übersetzung verallgemeinerter Ausdrücke.- 8.1. Die Behandlung eingliedriger Operationen.- 8.2. Die Behandlung dreigliedriger Operationen.- 9. Die Übersetzung logischer Ausdrücke.- Literatur.- C. Die schachspielende Maschine.- 1. Einführung.- 2. Spieltheoretische Grundlagen.- 3. Angenäherte Bewertungsfunktionen und Strategien.- 4. Zufällige Strategien und ihre Bedeutung.- 5. Die Realisierung eines Schachprogramms auf der Rechenanlage TR 4.- 5.1. Programmaufbau.- 5.2. Die Realisierung der Schachregeln.- 5.3. Bewertungsprogramme.- 5.4. Die Strategie des Schachprogramms der TR 4.- 5.5. Ergebnisse und Beispiele.- 5.6. Problemanalysen.- Literatur.- IV. Simulationsmodelle auf Rechenanlagen.- A. Simulationsmodelle in der soziologischen Forschung.- 1. Vorbemerkungen.- 2. Simulation von sozialpsychologischem Verhalten in kleinen Gruppen.- 3. Simulation von Präsidentschaftswahlen.- 4. Simulation der Stadtentwicklung.- Literatur.- B. Simulation von Nachrichtenvermittlungssystemen.- 1. Einleitung.- 2. Künstlicher Verkehr.- 2.1. Das Verfahren mit Ruf- und Endezahlen.- 2.1.1. Reiner Zufallsverkehr 1. Art.- 2.1.2. Erweiterung auf Zufallsverkehr 2. Art.- 2.1.3. Richtungswahl.- 2.2. Zeittreues Testverfahren.- 2.2.1. Rufe.- 2.2.2. Belegungsdauern.- 3. Nachbildung der Koppelanordnung.- 3.1. Wegestruktur und Wegesuche.- 3.2. Wartespeicher und Abfertigungsdisziplin.- 4. Messungen.- 4.1. Verlust- und Wartewahrscheinlichkeit.- 4.2. Verteilung in einem Bündel.- 4.3. Überlaufverkehr.- 4.4. Mittlere Wartezeit und Wahrscheinlichkeitsverteilung der Wartezeiten.- 4.5. Angebot.- 5. Flußdiagramm.- 5.1. Eigentliche Verkehrssimulation (Ruf- und Endezahlen).- 5.2. Eigentliche Verkehrssimulation (zeittreues Verfahren).- 5.3. Rahmenprogramm.- 6. Spezielle Anordnungen.- 6.1. Mischungen.- 6.2. Gemischter Extern- und Internverkehr.- 6.3. Ein Wartezeitproblem.- 7. Schlußfolgerungen.- Literatur.- C. Simulation des Straßenverkehrs.- 1. Einleitung.- 1.1. Verfahren zur Lösung von Straßenverkehrsproblemen.- 1.2. Geschichtliches.- 2. Verkehrssimulation an einer sowie an mehreren Kreuzungen.- 2.1. Darstellungsmöglichkeiten des Verkehrs auf einem Digitalrechner.- 2.2. Simulation des Straßenverkehrs an einer Kreuzung.- 2.3. Simulation des Straßenverkehrs auf einer Straße mit mehreren Kreuzungen.- 2.4. Simulation des Straßenverkehrs in einem Straßennetz.- 3. Simulation des Straßenverkehrs auf einer Landstraße.- 3.1. Problemstellung.- 3.2. Das Modell.- 3.3. Ergebnisse.- 3.4. Bemerkungen.- Literatur.- V. Planung und Steuerung mit Rechenanlagen.- A. Verkehrssignalsteuerung mit Hilfe von Ziffernrechenanlagen.- 1. Einleitung.- 2. Aufbau und Wirkungsweise von Verkehrssignalanlagen.- 3. Praktische Erfahrungen bei der Verkehrssteuerung mit Digitalrechnern.- 4. Die Aufgaben eines Rechners bei der Steuerung von Verkehrssignalanlagen.- 5. Die Programmierung von Digitalrechnern zur Steuerung von Verkehrssignalanlagen.- 5.1. Festzeitsteuerung.- 5.1.1. Die Steuerung der Signalgeber jeder Kreuzung nach einem fest vorgegebenen Signalzeitplan.- 5.1.2. Die Entgegennahme von Anweisungen der Bedienungsperson durch den Rechner.- 5.1.3. Das Ein-, Um- und Ausschalten von Kreuzungen.- 5.1.4. Registrierung aller Schaltvorgänge, Meßwerte und Störungsmeldungen von den Kreuzungsgeräten.- 5.1.5. Die Eingabe und Änderung von Signalzeitplänen.- 5.2. Verkehrsabhängige Steuerung zur Optimierung des Verkehrsablaufs.- 5.2.1. Die verkehrsabhängige Signalplanauswahl.- 5.2.2. Verkehrsabhängige Modifikation der Signalzeitpläne.- 5.2.3. Verkehrsstrategie.- 6. Schlußbetrachtung.- Literatur.- B. Automatisierung im industriellen Bereich (Werkzeugmaschinensteuerung, Fertigungssteuerung).- 1. Der Datenfluß im Fertigungsbetrieb.- 1.1. Die Struktur der Fertigungsbetriebe.- 1.2. Die Automatisierung der Fertigungsbetriebe.- 2. Maschinelles Programmieren numerisch gesteuerter Arbeitsmaschinen.- 2.1. Ablauf des maschinellen Programmierens.- 2.2. Programmiersprachen für numerisch gesteuerte Fertigungsmaschinen.- 2.2.1. Geometrische Definitionen.- 2.2.2. Technologische Definitionen.- 2.2.3. Bearbeitungsdefinitionen.- 2.2.4. Exekutivanweisungen.- 2.3. Ein Programmierbeispiel.- 2.4. Die Arbeiten des Prozessors.- 2.5. Die Leistungen des Postprozessors.- 2.6. Gebräuchliche Programmiersprachen.- 3. Maschinelle Fertigungssteuerung.- 3.1. Aufgaben und Abgrenzung.- 3.2. Auskunftssysteme.- 3.2.1. Die Verschlüsselung.- 3.2.2. Die Datenerfassung.- 3.2.3. Organisation der Datenbank.- 3.2.4. Dienstprogramme.- 4. Steuerimgssysteme.- 4.1. Fertigungssteuerung im Breitbandwalzwerk.- 4.2. Fertigungssteuerung bei Montagebetrieben.- C. Planung und Überwachung von Projekten mit Hilfe von Computern.- 1. Das Problem und seine Begriffe.- 1.1. Einführung und Abgrenzung.- 1.2. Tätigkeiten und Ereignisse.- 1.3. Größenordnung von Projekten und Stellung des Computers.- 1.4. Eine erste Einteilung der Planungsmodelle.- 2. Die Daten der Planung und Überwachung.- 2.1. Allgemeines.- 2.2. Der Projektkalender.- 2 3. Die Projektstammdaten.- 2.3.1. Projektnummer und Identifizierungsdaten.- 2.3.2. Ereignisdaten.- 2.3.3. Budgetdaten.- 2.3.4. Kapazitätsdaten.- 2.3.5. Kontroll- und Steuerdaten.- 2.3.6. Umfang eines Stammsatzes.- 2.4. Die Tagesdaten.- 3. Die Planung der Daten.- 4. Techniken der Projektplanung.- 4.1. Zeitplanungsmodelle.- 4.1.1. Netzwerktechnik.- 4.1.2. Die Berechnung im Netzplan.- 4.1.3. Critical Path Method (CPM).- 4.1.4. Program Evaluation and Review Techniques (PERT).- 4.1.5. Metra-Potential Method (MPM).- 4.1.6. Zusammenfassung.- 4.2. Kostenplanungsmodelle.- 4.2.1. Die Budgetierung.- 4.2.2. Geschäftspläne (Business plans).- 4.2.3. Zeit-Kostenplanungsmodelle.- 4.2.4. Least Cost Estimation und Scheduling (LESS).- 4.2.5. PERT/COST.- 4.3. Kapazitätsplanungsmodelle.- 4.3.1. Kapazitätsterminierung.- 4.3.2. Kombinierte Modelle.- 4.4. Engineering Control System (ECS).- 4.5. Das integrierte System.- 5. Abschließende Bemerkungen.- 5.1. Standardprogramme (packages).- 5.2. Adresstechniken, Informationssystem und Projektverwaltung.- 5.3. Rückblick.- Literatur.- D. Die Erstellung von Stundenplänen auf Rechenanlagen.- 1. Einleitung.- 2. Beispiele für Stundenplanprobleme.- 2.1. Schulstundenpläne.- 2.2. Hochschulpläne.- 2.3. Prüfungspläne.- 2.4. Student Sectioning.- 2.5. Dienstpläne.- 2.6. Ausbildungspläne.- 3. Maschinelle Stundenplanerstellung.- 3.1. Formulierung des Problems.- 3.2. Darstellung in der Rechenanlage.- 3.3. Lösungsmethoden.- 3.4. Beispiel.- 4. Programme zur Stundenplanerstellung.- 4.1. Überblick.- 4.2. Heuristische Verfahren für Schul- und Hochschulpläne.- 4.3. Mathematisch orientierte Lösungsverfahren.- 4 4. GASP.- 4.5. Student Sectioning.- 4.6. Aufstellung von Prüfungsplänen.- 5. Ergebnisse.- Literatur.- VI. Sprachbearbeitung und Dokumentation mit Rechenanlagen.- A. Maschinelle Analyse natürlicher Sprachen.- 1. Einleitung.- 2. Automatische Stilanalyse.- 3. Linguistische Automation.- 3.1. Untersuchung linguistischer Einheiten.- 3.2. Automatische syntaktische Analyseverfahren.- 3.2.1. Abhängigkeitsgrammatik.- 3.2.2. IC-Grammatik.- 3.2.3. DC-Grammatik.- 3.2.4. Transformationsgrammatik.- 4. Automatische Dokumentation.- 5. Frage-Antwort-Systeme.- 6. Maschinelle Sprachübersetzung.- Literatur.- B. Aufbau und Anwendungsmöglichkeiten elektronischer Wörterbücher.- 1. Einführung.- 2. Die Unzulänglichkeiten schalttafelgesteuerter Lochkartenmaschinen.- 3. Aufbau des Wörterbuches.- 3.1. Struktur einer Wortstelle — die Stichworteinheit.- 3.2. Typisierung von Informationseinheiten.- 3.3. Zeichenvorrat, Zeichenhierarchie, Sortierung.- 4. Herstellung von Wortlisten.- 5. Die Wörterbuchbefragung — Herstellung textbezogener Fachwortlisten.- 5.1. Identifizierung der Abfragen und Übertragung auf Lochstreifen.- 5.2. Übernahme der Abfragen auf Magnetband und alphabetische Sortierung.- 5.3. Vergleich des Abfragenbandes mit dem Wörterbuchband.- 5.4. Rücksortierung und Ausgabe der Ergebnisse.- 5.5. Vollautomatische Herstellung textbezogener Fachwortlisten.- 6. Die Wörterbuchüberarbeitung.- 7. Schluß.- Literatur.- C. Maschinelle Sprachübersetzung.- 1. Überblick.- 1.1. Zum gegenwärtigen Stand.- 1.2. Die Struktur des Übersetzungsprozesses.- 1.3. Das LIMAS-System.- 2. Daten und Datenstrukturen.- 2.1. Grammatische Strukturbeschreibung.- 2.2. Lineare Darstellung (Codierung) von Daten.- 3. Linguistische Datenverarbeitung.- 3.1. Der Grammatikkode.- 3.2. Darstellung der Verarbeitungsvorgänge während des Übersetzungsprozesses.- 3.3. Reversible Arbeitsweise.- 4. Folgerungen.- Literatur.- D. Stilistische Textbeschreibung mit statistischen Methoden.- 1. Einführung.- 2. Beschreibung der Analyse.- 3. Darstellung von Ergebnissen.- 3.1. Maschinelle Silbenzählung.- 3.2. Längenuntersuchungen.- 3.2.1. Wortlängen.- 3.2.2. Satzlängen.- 4. Interpretation.- Literatur.- E. Dokumentation und elektronische Datenverarbeitungssysteme.- 1. Einführung.- 2. Konventionelle Dokumentation.- 3. Nicht-konventionelle Dokumentation.- 4. Gezielte Verteilung von Informationen.- 5. Schlußbemerkungen.- Literatur.- F. Maschinelle Datenverarbeitung in Bibliotheken mit Hilfe von Rechenanlagen.- 1. Einleitung.- 2. Allgemeine Probleme des Computereinsatzes in Bibliotheken.- 3. Erwerbungsabteilung und Zeitschriftenstelle.- 3.1. Monographienakzession.- 3.2. Zeitschriftenbearbeitung.- 4. Katalogisierung.- 4.1. Allgemeines.- 4.2. Datenerfassung bei der Titelaufnahme und Sortierprobleme.- 4.3. Einzelne Anwendungsbeispiele.- 4.4. Katalogvervielfältigung und Druckprobleme.- 5. Ausleihe.- 6. Integrierte Systeme.- 7. Automatisierung der Library of Congress und Projekt INTREX.- 8. Schlußbemerkung.- Literatur.- VII. Informationsverarbeitung mit Rechenanlagen.- A. Verarbeitung, Erkennung und Erzeugung von Zeichenmustern.- 1. Allgemeines.- 2. Darstellung bildhafter Zeichenmuster.- 2.1. Bilddarstellung mit veränderter Bildredundanz.- 2.2. Bilddarstellung mit reduziertem Informationsgehalt.- 3. Bildverarbeitung ohne wesentliche Änderung des Bildinformationsgehaltes.- 3.1. Lokale bildverarbeitende Operationen.- 3.2. Nichtlokale bildverarbeitende Operationen.- 4. Bildverarbeitung mit Reduktion des Bildinformationsgehaltes.- 4.1. Methoden der Objekt-(Zeichen-) Filterung.- 4.2. Verarbeitungsmethoden der Zeichen.- 4.2.1. Lokale informationsreduzierende Bildoperationen.- 4.2.2. Einige nichtlokale Methoden zur Erkennung handschriftlicher Zeichen.- 5. Einfluß von Maschinenparametern auf die Bildverarbeitung.- 6. Ein-Ausgabe bildhafter Zeichenmuster.- 7. Spezielle Ein-Ausgabegeräte für bildhafte Zeichenmuster.- Literatur.- B. Informationsverarbeitung bei der Briefsortierung.- 1. Manuelle Briefbearbeitung.- 2. Informationseingabe bei der teilautomatischen Briefbearbeitung.- 3. Steuerung des Brieflaufes.- 4. Speicherung von Informationen für die Briefsortierung.- 5. Ausführung spezieller technischer Einheiten.- 6. Ausblick.- Literatur.- C. Erzeugung ästhetischer Objekte mit Rechenanlagen.- 1. Historischer Überblick.- 2. Bemerkung zum Verhältnis zwischen Wirklichkeit und mathematischem Modell.- 3. Können Computer Kunst erzeugen ?.- 4. Voraussetzungen aus der Informationsästhetik.- 5. Ein Modell für den Vorgang der künstlerischen Produktion.- 6. Definition eines „ästhetischen Programms“.- 7. Einführung von Zufallszahlen. Deutung als stochastischer Prozeß.- 8. Stufeneinteilung der Computer-Produktion.- 9. Ein Beispiel.- 10. Schlußbemerkung.- Literatur.- D. Digitalrechner als Lehrautomaten.- 1. Einleitung.- 2. Warum sind Digitalrechner als Lehrautomaten geeignet ?.- 2.1. Die Aufgabe der Ein- und Ausgabeeinheiten.- 2.2. Die Aufgabe der Speicherwerke.- 2.3. Die Aufgabe des Befehlswerks.- 2.4. Die Aufgaben des Rechenwerks.- 2.5. Die Programmierung von Lehrautomaten.- 3. Vorteile von Datenverarbeitungsanlagen bei der Darbietung von Lehrprogrammen.- 4. Über Versuche mit Digitalrechnern als Lehrautomaten.- 5. Über spezielle Lehrautomaten.- 6. Schlußbemerkungen.- Literatur.- Namenverzeichnis.