Ok, dann einen wunderschönen guten Morgen.
Das hier ist so eine Wortwolke, wenn man die mal über das Skript
laufen lässt, welche Begriffe alle vorkommen werden.
Und alle diese Begriffe werden Sie nach Ende dieser Vorlesung genau
kennen und genau definieren können und mit denen arbeiten können und
werden mit denen Sachen aufbauen können in der Informatik.
Und Sie sehen schon, diese Vorlesung Informatik ist zu 80%
theoretische Informatik und zu 20% technische Informatik.
Und es gibt Leute, denen liegt theoretische Informatik nicht.
Die stellen sich das so vor, ich gehe an den Computer und hacke in
eine App rein und das ist Informatik.
Und Sie werden relativ schnell lernen, das ist nicht Informatik am
KIT.
Informatik, wie wir sie hier betreiben, ist eine Wissenschaft und sie
geht über das reine, wir programmieren mal etwas hinaus.
Dass Sie etwas programmieren können, ist wichtig.
Das müssen Sie können.
Das ist das Handwerkszeug.
Es nützt Ihnen nichts, wenn Sie die tollsten theoretischen Ideen
haben, aber Sie nicht hinterher in einem Programm umsetzen können,
weil Programm ist das, was der Rechner ausführt.
Aber wir machen das Ganze ein bisschen systematischer, als wir
schreiben da mal was hin.
Und müssen verschiedene Konstrukte kennenlernen, um das, was wir in
der Informatik machen wollen, irgendwie mathematisch ausdrücken zu
können und damit mathematisch arbeiten zu können.
Und dementsprechend werden Sie kennenlernen sowas wie Sprachen und
Sprache ist einer der ganz großen Begriffe.
Und Sprache ist nicht das, was Sie hier gleich meinen, sondern Sprache
ist das, was wir eine formale Sprache nennen.
Und Sie werden auch sowas kennenlernen, wie was ist ein Algorithmus
und was ist formal ein Algorithmus.
Und hinterher bei Programmieren wissen Sie dann, wie Sie einen
Algorithmus in einem Programm umsetzen.
Hier lernen Sie, wie Sie sicherstellen können, dass der Algorithmus
auch das macht, was er machen soll.
Und Sie werden lernen, genau angeben zu können, wie schnell und mit
welchem Ressourcenverbrauch macht denn der Algorithmus das, was er
machen soll.
Und Sie werden auch solche Sachen kennenlernen, wie, okay, mein Chef
hat mir jetzt die Aufgabe gegeben, ich soll ein
Programmverifikationstool schreiben und dieses
Programmverifikationstool soll für jedes Programm, das man da
reingibt, das irgendeiner in der Firma geschrieben hat, soll sagen, ob
das für jede Eingabe hält, dieses Programm oder nicht.
Und wenn Sie hier aus der Vorlesung rauskommen, dann werden Sie nicht
das können.
Dann werden Sie dieses Programmverifikationstool nicht schreiben
können.
Denken Sie sich, warum erzählt er mir, was ich nicht kann?
Das ist eine wichtige Sache, die Sie lernen werden, was nämlich nicht
geht, was ein Algorithmus nicht kann.
Sondern Sie werden Ihrem Chef sagen können, lieber Chef, das ist
Blödsinn, wir wissen aus der Wissenschaft, dass das nicht geht.
Dass man kein Programm schreiben kann, das verifizieren kann, ob jedes
beliebige Programm anhält oder nicht.
Dieses Problem ist unentscheidbar, das wäre reine Zeitverschwendung zu
versuchen, so ein Programm zu schreiben.
Wir müssen uns was anderes ausdenken.
Und das sind alles so Dinge, die Sie jetzt kennenlernen werden.
Und bevor es losgeht, gibt es noch einen kleinen Prolog.
Wir wollen Sie nicht entlassen.
Heute, ohne dass wir uns nicht ein bisschen überlegt haben, warum
machen wir das Ganze und warum ist das Ganze so spannend und so
interessant.
Und eine Sache, die ganz wichtig ist für die Informatik, das können
Sie sich vielleicht schon denken, Sie sind in einem Feld, das sich
rapide ändert, also das sich wirklich sehr, sehr, sehr schnell ändert.
Die Informatik ist eine sehr junge Wissenschaft.
Diese Fakultät gibt es seit den 70er Jahren.
Vergleichen Sie das mal mit dem Feld der Medizin, das es seit
Tausenden von Jahren gibt.
Wir sind noch sehr jung und vieles ändert sich sehr schnell, gerade in
der praktischen Anwendung.
Hier sind so mal ein paar Aussagen aus der Vergangenheit, wo jemand
versucht hat, eine Vorhersage zu treffen, was so die Informatik
angeht.
Und wir wollen mal gucken, ob wir dem ganzen Namen zuordnen können.
Erstes Zitat von 1943.
Meiner Meinung nach gibt es vielleicht einen Weltmarkt für fünf
Computer insgesamt.
Kann sich irgendjemand vorstellen, wer das gesagt hat?
Nein, das hat nicht Alan Turing gesagt.
Warum hat das nicht Alan Turing gesagt?
Jetzt eine ganz wichtige Sache.
Genau, Alan Turing hat das genaue Gegenteil gesagt und warum?
Alan Turing war ein Genie.
Der würde so eine Aussage nie machen.
Also Alan Turing war jemand, der würde so...
Das war wirklich ein Visionär, das ist einer, auf den können Sie sich
verlassen.
Das hier kommt auch von jemandem Wichtiges und Berühmtes, aber als
jemand, da kann man sich nicht so drauf verlassen.
Genau, Watson, TJ Watson war es das.
Wer war TJ Watson?
Warum ist das jemand, der wichtig ist?
Ja, Gründer nicht ganz von IBM, aber war damals der
Vorstandsvorsitzende von IBM.
Wer ist der Gründer von IBM?
Die Gebrüder Hollerith.
Das waren zwei Deutsche, die haben das schon... IBM gibt es schon ein
bisschen länger.
Die haben damit angefangen, Zählmaschinen für den Zensus, für die
Volkserhebung in den USA zu sammeln, weil die müssen dann laut
Verfassung alle zehn Jahre Volkszählung durchführen.
Und irgendwann haben sie gemerkt, dass die Auswertung der letzten
Volkszählung länger als zehn Jahre gedauert hat.
Das heißt, es stand schon die nächste Volkszählung an, bevor sie die
letzte überhaupt ausgewertet hatten.
Und dann haben sie angefangen, das Ganze zu mechanisieren, da halt mit
Maschinen dran zu gehen.
Und das war die Firma IBM von Hollerith, die International Business
Machines.
So haben die mal angefangen.
Aber 1943 waren die schon relativ dick im Geschäft.
Und das war die Voraussage von Forschungsvorsitzenden von IBM.
Wir wissen alle, IBM hat sich schon häufiger mal bei Dingen getäuscht.
Dann 1949.
Die Computer der Zukunft werden wahrscheinlich nicht mehr als 1,5
Tonnen wiegen.
Das ist so ein bisschen das Fall, weil Unrecht hat er ja nicht gehabt.
Kann sich einer vorstellen, wo das vielleicht herkommt.
Ich kenne die Person nicht, ich kenne aber ungefähr die Quelle, wo es
her ist.
Genau, das wurde in einem Magazin produziert mit dem Namen Popular
Mechanics.
Das ist insofern interessant, weil da sieht man, da war am Anfang viel
noch so mit mechanischem Rechnen.
Deswegen war man als Wissenschaftler noch nicht etabliert, sondern war
in irgendwelchen komischen anderen Wissenschaften zugeordnet und halt
da bei Mechanik.
Aber Mechanik ist eine der ersten wichtigen Anwendungen, wo man viel
mit Informatik macht.
Dann 1977.
There is no reason for any individual to have a computer in their
home.
Also es gibt keinen Grund, warum irgendeiner ein Computer zu Hause
haben wollte.
Manchmal wünscht man sich, der hätte Recht gehabt.
Und was hat der gute Mann gemacht?
Warum ist der wichtig?
Warum?
Ja, und wo hat der gearbeitet?
Der hat bei der Digital Electrics Company, auch DEC genannt,
gearbeitet.
Die kennen Sie nicht mehr.
Die waren aber noch dick im Geschäft, als ich noch so ungefähr
angefangen habe.
Also ich kenne DEC noch und die Großrechner, die DEC gebaut hat.
Die gibt es leider nicht mehr.
Die haben halt auch den Trend zum Personalcomputer verschlafen.
Und dann das Letzte, das kennen wahrscheinlich alle.
640 Kilobyte RAM sollten genug sein für jeden.
Genau, das war Bill Gates.
Er bestreitet, dass er das jemals gesagt hätte.
Aber es kann durchaus sein.
Was sollte nach aktuellem Stand Ihr Bestreben sein in Ihrer Karriere
als angehender Informatiker?
Was sollte in 50 Jahren passieren?
In 50 Jahren sollte ich hier unten stehen und Ihr Zitat da oben.
Dann wissen Sie, dass Sie es geschafft haben.
Mal irren kann sich jeder.
Aber so berühmt zu werden wie diese Leute, das ist nicht ganz so
einfach.
Genau.
Und wenn man sich jetzt anschaut, wie ist denn der Trend
weitergegangen?
Also im Jahr 2000 gab es schon mehr PCs als Fernseher.
Wir befinden uns jetzt so langsam in einem Bereich, da waren sie noch
sehr, sehr, sehr klein.
Und damals war, und das war eine Sensation, dass es plötzlich mehr PCs
als Fernseher verkauft wurden.
Das ist absoluter Irrsinn.
Das hätte sich nie jemand vorgestellt.
In den 80er Jahren.
Völliger Blödsinn.
Dann geht es schnell weiter.
Ende 2012 gab es etwa 30 Millionen Smartphones in Deutschland.
Inzwischen gibt es deutlich mehr als doppelt so viele.
Also ich glaube, auf jeden kommen so im Schnitt zwei bis drei
Smartphones in Deutschland, wenn man die alle zusammenfällt.
Und dann kommt etwas, das sollte Sie als Wissenschaftler
interessieren.
Alles, was wir seit bisher gemacht haben, ist so eine
Computerarchitektur.
Die hat sich seit 100 Jahren mehr oder minder nicht groß verändert.
Sagen wir mal, hat sich seit 60 Jahren nicht groß verändert.
Die Art und Weise, wie wir rechnen, ist ein Computer, der ist
verknüpft mit einem Begriff, der steht vorhin in der Wolke, einer
Turing -Maschine.
Benannt nach dem Genie Alan Turing.
Und der hat gewusst, wovon er geredet hat.
Und der hat gezeigt, dass diese Turing-Maschine, ein theoretisches
Konzept, alles das berechnen kann, was ein PC berechnen kann.
Was so der Rechner, wie wir ihn kennen heutzutage, berechnen kann,
kann man alles mit einer Turing-Maschine machen.
Und dementsprechend alles, was man zeigen kann, was bei einer Turing
-Maschine nicht funktioniert, funktioniert nicht mit einem PC, kann
man schön so theoretische Untersuchungen anstellen.
Was ist möglich, was geht nicht.
Was ist eine Turing-Maschine?
Und das, was ich Ihnen jetzt sage, merken Sie sich gut.
Und erinnern mich daran, wenn wir in der zweiten Hälfte der Vorlesung
zu einer Turing-Maschine kommen werden.
Wir werden miteinander Turing-Maschine spielen.
Und ich werde Ihnen eine Turing-Maschine zeigen, bestehend aus einem
Filzstift und einer Rolle Toilettenpapier.
Das sind die beiden Zutaten, die Sie brauchen für eine Turing
-Maschine.
Und damit können Sie alles das machen, was Sie mit einem ganz normalen
PC machen können.
Und das gibt Ihnen vielleicht so ein bisschen den Eindruck, dass das
ja wohl noch nicht alles sein kann.
Und dieses, das kann ja wohl noch nicht alles sein, da kommen wir
jetzt langsam hin.
Und da kommen wir zum Beispiel in den Bereich des Quantencomputings.
Als ich studiert habe, und ich habe 1997 studiert, habe ich im vierten
Semester, dementsprechend 1998 im Sommersemester, das erste Mal was
über Quantencomputer gehört.
Das war noch eine ganz tolle Sache.
Wir hatten damals einen Professor, der hat sich da so ein bisschen für
interessiert.
Der hat sich für alles interessiert, was so richtig abgefahren, so
richtig freaky war.
Und da war halt Quantencomputer eine der Sachen, der fand die
Sachklasse.
Und wir arme Viersemester mussten uns das über Quantencomputer
anhören.
Und dann hat er über Quantencomputer vorgetragen und dann hat er auch
so Leute eingeladen, die halt mal was über Quantencomputer erzählt
haben.
Und dann saßen wir da völlig eingeschüstert im Hörsaal und bei uns war
noch mehr Platz.
Und dann saßen plötzlich neben uns so Leute im Anzug mit Bart und
Brille, so 50-Jährige.
Ich fand das so interessant, dass irgendwie Dozenten aus ganz
Deutschland und teilweise auch aus Europa und so hingekommen sind, um
mal diese Vorlesung zu hören.
Das waren so die Anfänge von Quantencomputing.
Und jetzt 2015 hat die NASA erstmals einen richtig funktionierenden
Quantencomputer, programmierbaren Quantencomputer vorgestellt, der von
der kanadischen Firma gemacht wurde.
Und ich bin mir ziemlich sicher, im Laufe Ihres Studiums werden Sie
deutlich mehr über Quantencomputer noch hören als ich.
Und wenn Ihr Studium vorbei ist, kommen wir vielleicht langsam an dem
Punkt, wo vielleicht Quantencomputer angefangen werden, sich zu
verbreiten.
Und das wird große, große Umwälzungen mit sich bringen, je nachdem,
wenn man die Quantencomputer zum Beispiel richtig macht und das
hinkriegt, dass die programmiert vernünftig werden können und dass sie
zu vernünftigen Kosten in vernünftiger Größe hergestellt werden
können, sodass Sie da etwas machen können.
Der Hack von WPA2, der jetzt die letzten Tage in der Zeitung statt,
wer hat das alles gelesen?
Die, die die Hand nicht oben haben, Tageszeitung von gestern,
vorgestern zur Hand nehmen, heise irgendwas.
Wichtig, WPA2 hat im Protokoll eine Schwachstelle, dass sich die
Verschlüsselung umgehen kann.
Wenn wir Quantencomputer haben, ist das Ganze alles Kinderkram.
Wenn wir Quantencomputer haben, wird es viele Verschlüsselungen geben,
die nicht mehr sicher sind.
Dafür werden wir andere Verschlüsselungen haben, die deutlich sicherer
sein werden.
Und wenn Sie jetzt einfach nur mal schauen, so von 2000 bis 2015, von
2012 bis 2017, das sind so fünf Jahre, die da passiert sind und da ist
eine rasante Entwicklung.
Und wenn Sie jetzt daran denken, wenn Sie so in sechs Jahren Ihren
Masterabschluss machen werden, dann wird unter Umständen das Gebiet
wieder komplett anders aussehen, das nächste große Ding wird passiert
sein.
Und deswegen machen wir hier eine sehr fundamentale Ausbildung, weil
es nützt Ihnen nichts, wenn Sie den alten, heute den aktuellen Stand
der Technik lernen.
Das bringt Ihnen nichts, das Wissen ist ruckizuckig veraltet.
Sie müssen lernen, jederzeit in der Lage zu sein, mit dem Stand der
Technik mitzuhalten.
Minimalziel, Bachelor, eigentliche Ziel und das ist der Anspruch des
KITs als Ganzes.
Hier geht keiner raus ohne Master.
Bachelor, das nehmen wir nicht so richtig ernst.
Hier geht keiner raus und macht nicht den Master.
Und wenn Sie den Master machen, dann sind Sie derjenige, der diese
Entwicklung vorantreiben wird.
Dann sind Sie derjenige, der das nächste wichtige Große erfinden wird.
Und diese Voraussetzungen geben wir Ihnen.
Und diese Voraussetzungen, der erste Schritt wird sein, die Vorlesung
Grundbegriffe der Informatik und die Mathematikvorlesung.
Also, kommen wir zum Schluss für heute.
Wir machen dann nächste Vorlesung, machen wir richtig weiter.
Sie werden was lernen über Graphen und Grammatiken und Übersetzung.
Jetzt denken Sie alle, verdammt, ich habe doch Latein abgewählt und
Deutschleistungskurs habe ich auch nicht gemacht.
Und das ist das Interessante, natürliche Sprache und formale Sprachen
sind zwar ähnlich, aber nicht das Gleiche.
Aber viele Sachen, die man in der Informatik für künstliche Sprachen
macht, die haben ihren Weg in die Linguistik gefunden.
Und viele Linguistiker haben Konzepte erstellt, die ganz wichtig sind
in der Informatik.
Dadurch, dass sie menschliche Sprache formalisiert haben, haben sie
uns die Werkzeuge gegeben, Programmiersprachen zum Beispiel zu
formalisieren.
Wir werden uns beschaffen mit endlichen Automaten.
Sie werden eine Turingmaschine kennenlernen.
Sie werden kennenlernen, wie ein heutiger Prozessor so im Prinzip
funktioniert.
Sie werden kennenlernen den Begriff des Algorithmus und was es heißt,
wie komplex das ist, was so ein Algorithmus berechnet.
Wie kann ich das überhaupt messen?
Wie lange dauert das?
Wie komplex ist das Problem?
Wie rechenintensiv ist der Algorithmus?
Wie kann ich es vielleicht geschickter machen, dass ich schneller
rechne?
Und ganz wichtig dabei ist, dass wir viel mit Definitionen und
Beweisen arbeiten werden.
Das ist zwar mühsam, aber extrem, extrem wichtig.
Sie mögen mich dann für einen Erbsenzähler halten.
Der Grund, warum ich da ein Erbsenzähler bin, ist, Ihr Rechner, den
Sie hinterher programmieren und mit dem Sie Sachen lösen wollen, ist
noch ein viel schlimmerer Erbsenzähler, als ich das bin.
Der kann nur mit wirklich präzisen Definitionen und Formalismen
umgehen.
Das Ding ist ein kompletter Fachidiot, der nicht mitdenkt, sondern bei
dem muss alles bis ins i-Tüpfelchen ausspezifiziert sein, in einer
mathematischen Weise und das werden Sie lernen.
Und genauso werden Sie lernen, dann Dinge, Aussagen, die Sie hinterher
verwenden wollen, auch zu beweisen, damit Sie nur mit Dingen arbeiten,
von denen Sie auch sicher sind, dass die richtig sind.
Und um das zu machen, brauchen wir ein paar Konzepte aus der
Mathematik.
Sie müssen lernen, präzise zu formulieren und argumentieren.
Sie müssen in der Lage sein, Beweise so hinzuschreiben, dass der
Gegenüber sie nachvollziehen kann und mit Ihnen übereinstimmt, dass
das, was Sie da behaupten und meinen bewiesen zu haben, auch richtig
ist.
Und Sie müssen halt Formalismen kennenlernen, die man auch auf Rechner
übertragen kann und im Idealfall sollten diese Formalismen knapp,
präzise und verständlich sein.
Das heißt, nicht in epischer Breite, so kurz wie möglich, so genau wie
möglich, aber gleichzeitig noch so, dass andere Leute das auch bitte
schön verstehen können.
Und ganz wichtig, Sie sollen nicht nur Stoff lernen, Sie sollen
Fähigkeiten haben, Kompetenzen mitnehmen.
Alles das, was Sie hier lernen, müssen Sie hinterher auch anwenden
können.
Sie werden das üben müssen und Sie werden es anwenden können, um damit
auch was Richtiges zu machen.
Und spätestens im Programmieren werden Sie viele der Dinge, die Sie
hier lernen, auch im Programmieren anwenden können.
Da werden Sie sehen, wie sich die theoretische Informatik in die
angewandte Informatik übersetzen lässt.
Gut, damit sei es das für heute gewesen.
Wir sehen uns dann Freitag wieder.