Praktische Informatik 3 (WS2001/2002)

Hier findet ihr Inhaltliches, Organisatorisches, Details zu Scheinen und Fachgesprächen, Kopien der Vorlesungsfolien und Aufgabenzettel, ein Literaturverzeichnis, etwas über Haskell-Software, Links über Haskell, und Haskell in Space.

Inhaltliches

Funktionale Sprachen erlauben eine wesentlich abstraktere Programmierung als ihre imperativen Gegenstücke. Das Programm spezifiziert eher, was zu tun ist, nicht wie (mit welcher Reihenfolge von Zustandsveränderungen (also Zuweisungen)) es zu tun ist. Dieser Abstraktionsgewinn erlaubt es, in Konzepten und Algorithmen zu denken, nicht in Klassenstrukturen und geschweiften Klammern.

Aus diesem Grunde sollte jeder Informatiker zumindest eine funktionale Sprache einmal kennengelernt haben - wie zum Beispiel die in dieser Veranstaltung verwendete Sprache Haskell.

Bei der funktionalen Programmierung werden Programme als Funktionen modelliert, die eine Eingabe auf eine Ausgabe abbilden. Dieser unschuldige Satz hat weitreichende Konsequenzen. Zum ersten bedeutet es nämlich, daß unsere Programme zustands- und variablenfrei sind; eine Funktion f muß nämlich für eine Eingabe a immer dasselbe Ergebnis liefern, und kann nicht in Abhängigkeit von einem globalen oder internen Zustand ein anderes Ergebnis zurückgeben.

Diese Eigenschaft (auch referentielle Transparenz genannt), zusammen mit den anderen Eigenschaften funktionaler Programmiersprachen, wie (strenge) Typisierung, Funktionen höherer Ordnung und algebraischen Datentypen, machen funktionale Programme elegant, kurz, mathematischen Betrachtungen (Korrektheitsbeweisen) zugänglich und vor allem ganz anders als imperative oder objektorientierte Programme, wie wir sie in PI1/PI2 kennengelernt haben.

Gliederung

Um zu demonstrieren, dass funktionale Programmiersprachen nicht nur elegant und abstrakt, sonder auch eminent nützlich sind, werden wir nach Weihnachten diese Konzepte dann anwenden, und zwar im Bereich der Animation und Grafik --- die sogenannte funktionale reaktive Programmierung.

Organisatorisches

Termine

Neben der Vorlesung werden vier Tutorien angeboten:

Di	08-10	MZH 6240	Christoph Grimmer (crimson)
Do	13-15	MZH 7210	Peter König (pkoenig)
Do	13-15	MZH 7200	Rafael Trautmann (pirate)
Do	13-15	Sportturm C5130	Thomas Meyer (mclee)

Entgegen den Angaben im Vorlesungsverzeichnis wurden die zwei Tutorium am Dienstag morgen zusammengelegt, und wegen des großen Andrangs ein Zusatztutorium am Donnerstag nachmittag eingerichtet.

Übungsbetrieb

Die Übungsblätter werden in den Tutorien besprochen. Ab dieser Besprechung ist eine Woche (ab Weihnachten zwei Wochen) Zeit zur Bearbeitung der Übungsblätter; danach werden die Übungsblätter in den Tutorien beim Tutor abgegeben.

Scheinkriterien

1. Von den n ausgegebenen Übungsblättern müssen n-1 bestanden werden, wobei ein Übungsblatt als bestanden gilt, wenn mindestens 40% der Punkte erreicht werden.
2. Insgesamt müssen bei den n-1 besten Übungsblättern im Schnitt 60% der Gesamtpunktzahl erreicht werden. (Der Schnitt bezieht sich auf n-1 Blätter, nicht auf alle.)
3. Gegebenfalls findet in folgende Fällen am Ende des Semesters ein Prüfungsgespräch statt:
   • Auf Wunsch des Studenten, oder
   • nach Maßgabe des Tutors (dieser stellt die Individualität der Leistung fest).

Scheinrelevanz

Kurz gesagt kann also gewählt werden zwischen

• entweder prüfungsrelevante Studienleistung in PI3 sowie erfolgreiche Teilnahme an SWP
• oder prüfungsrelevante Studienleistung in SWP.

Man beachte ferner, dass die Veranstaltung PI3 in ihrer jetzigen Form den Inhalt abdeckt, der früher in PI1 gelehrt wurde. Daher können Studenten, die schon in PI1 funktionale Programmierung (entweder in Haskell oder in Scheme) gemacht haben, den PI3-Schein nicht in das Vordiplom einbringen.

Studienbegleitende Leistungsnachwiese

• Im oberen Teil:
  • oben links: Fachbereich 3
  • Euren Name, Matrikelnummer
  • Titel der Lehrveranstaltung: Praktische Informatik 3
  • Veranstaltungskennziffer: 03-533
  • WS 01/02
  • Wochenstunden:2+2
• Die folgenden sind in dem unteren Teil ("nicht vom Studenten auszufüllen"):
  • Gruppenleistung ankreuzen
  • Inhalt und Form der Leistung: Erfolgreiche Bearbeitung von Übungsblättern
  • Prüfungsgebiet: Praktische Informatik

Fachgespräche

• Es soll der Überprüfung der Individualität der Leistung dienen und keine mündliche Prüfung sein.
• Der Zeitraum ist ca. fünf bis zehn Minuten pro Teilnehmer.
• Der Inhalt ist der Inhalt der Übungsblätter, und dazu relevanter Übungsstoff.
• Die erste Frage ist immer: "Was ist ein funktionales Programm"?

Vorlesungsfolien:

• [1] vom 22.10.01.
• [2] vom 29.10.01.
  Dazu die Quellen: Factorials.hs, Nim.hs, Palindrome.hs.
• [3] vom 05.11.01.
  Dazu die Quellen: Library.hs, Queens.hs, Sorting.hs.
• [4] vom 12.11.01.
  Dazu die Quellen: Sorting.hs. (Achtung, die ursprüngliche Version von qsortBy hatte einen Fehler. Dieses ist die korrigierte Version.)
• [5] vom 19.11.01.
  Dazu die Quellen: Primes.hs, Index.hs.
• [6] vom 26.11.01.
  Dazu die Quellen: Trees.hs (binäre, geordnete, ausgeglichene Bäume), Lecture6.hs (sonstiges).
• [7] vom 03.12.01.
  Dazu die Quellen: Store1.hs, Store2.hs, Queue.hs, Set.hs, RelGrph.hs.
• [8] vom 10.12.01.
  Dazu die Quellen: Slides8.hs, Parsing.hs, ExprParse.hs.
• [9] vom 17.12.01.
  Dazu die Quellen: Nim.hs, Slides9.hs (wc, Kontrollstrukturen, IO im Eigenbau).
  
• [10] vom 07.01.02.
  Dazu die Quellen: HelloWorld.hs, Balls.hs, Geometry.hs, GeoEx.hs.
  Ferner die Quellen und das Handbuch für die Hugs Graphics Library. Diese Version von HGL benötigt Hugs vom Dezember 2001 (lokale Kopie hier).
• [11] vom 14.01.02.
  Dazu die Quellen: Geometry.hs (neue Version), SimpleAnim.hs, Space.hs.
• [12] vom 21.01.02.
  Dazu die Quellen: Animation.hs.
• [13] vom 28.01.02.
  Dazu die Quellen: Slides13.hs (die verschiedenen Farben, der schwingende Ball und der springende Ball), Pong.hs.
  Beide benötigen Geometry.hs (siehe oben) und Fal.hs, die Implementation der reaktiven funktionalen Animation, welche wiederum Memo.hs benötigt.
• [14] vom 04.02.02.
  

Übungsblätter

• [0], ausgegeben am 22.10.01.
• [1], ausgegeben am 29.10.01.
• [2], ausgegeben am 05.11.01.
• [3], ausgegeben am 12.11.01.
  Alternative Version mit besserer Definition: [3a], ausgegeben am 16.11.01.
  
• [4], ausgegeben am 19.11.01.
• [5], ausgegeben am 26.11.01.
• [6], ausgegeben am 03.12.01.
• [7], ausgegeben am 17.12.01.
• [8], ausgegeben am 14.01.02.

Simon Thompson:
Haskell: The Craft of Functional Programming
Zweite Auflage
Addison-Wesley Publishing Company, 1999
ISBN 0-201-34275-9

Wer's gern bunt und multimedial mag, dem sei folgendes Buch ans Herz gelegt:

Paul Hudak:
The Haskell School of Expression
Cambridge University Press, 2000
ISBN 0-521-64408-9

Dieses Buch ist etwas formaler als die beiden vorherigen, und betont eher den Aspekt der formalen, korrekten Programmentwicklung:

Richard Bird: Introduction to Functional Programming using Haskell.
Prentice Hall Series in International Computer Science.
Prentice Hall, 1998.
ISBN 0-13-484346-0

/usr/local/lang/hugs

Es gibt auch mehrere Haskell-Compiler, der Glasgow Haskell Compiler hat sogar eine Hugs vergleichbare, interaktive Kommandozeilenschnittstelle. Für den anfänglichen Übungsbetrieb sind diese zwar etwas zu schwergewichtig, aber später werden wir sie vielleicht benutzen.

Links zu Haskell und Hugs

• Die Haskell Homepage. Anlaufpunkt für alle Haskell-Resourcen weltweit.
• Eine Einführung in die Programmiersprache Haskell(auch als Postscript und PDF).
• Das Handbuch für Hugs (auch als Postscript)
• Die Sprachdefinition: der Haskell 98 report (auch als Postscript oder PDF); vielleicht etwas schwerverdaulich
• Die Standardbüchereien: der Haskell 98 library report (auch als Postscript oder PDF); leider Hugs implementiert nicht alle Module der Standardbücherei.
• Die Homepage der Hugs Graphics Library.
• Der Index der lokal verfügbaren Dokumentation über Haskell und Werkzeuge dazu.
• Ein deutschsprachiger Haskell-Kurs (von Ralf Hinze, Uni Bonn).
• Vorlesungsfolien für eine frühere Vorlesung (PI1, WS98/99).