INFORMATYKA KLUCZ DO ZROZUMIENIA KARIERY DOBROBYTU



Podobne dokumenty
Przeszłość i Przyszłość Informatyki

Przeszłość i przyszłość informatyki

Komputery, obliczenia, algorytmy Tianhe-2 (MilkyWay-2), system Kylin Linux, Tflops, kw

Między przeszłością a przyszłością komputerów i informatyki

Informatyka klucz do zrozumienia, kariery, dobrobytu

CZY WSZYSTKO MOŻNA POLICZYĆNA KOMPUTERZE

Czy wszystko można policzyć na komputerze

Dr inż. Grażyna KRUPIŃSKA. D-10 pokój 227 WYKŁAD 1 WSTĘP DO INFORMATYKI

CZY WSZYSTKO MOŻNA POLICZYĆ NA KOMPUTERZE

tom1 Podstawy algorytmiki. Zastosowania informatyki

Zbiór wykładów Wszechnicy Popołudniowej. Podstawy algorytmiki. Zastosowania informatyki

Algorytmy w teorii liczb

PROSTE RACHUNKI WYKONYWANE ZA POMOCĄ KOMPUTERA

Wykład I: Kodowanie liczb w systemach binarnych. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Wszechnica Popołudniowa: Tendencje w rozwoju informatyki i jej zastosowań Informatyka klucz do zrozumienia, kariery, dobrobytu. Maciej M.

algorytm przepis rozwiązania przedstawionego zadania komputer urządzenie, za pomocą którego wykonywane są algorytmy

Architektura komputerów Historia systemów liczących

Zaawansowane algorytmy i struktury danych

Luty 2001 Algorytmy (7) 2000/2001

Informatyka na WPPT. prof. dr hab. Jacek Cichoń dr inż. Marek Klonowski

L6.1 Systemy liczenia stosowane w informatyce

Projekt informatyka + jako outreach czyli wyjście uczelni poza uczelnię. Maciej M. Sysło Uniwersytet Wrocławski, UMK w Toruniu

Technologie cyfrowe. Artur Kalinowski. Zakład Cząstek i Oddziaływań Fundamentalnych Pasteura 5, pokój 4.15

kształcenia pozaszkolnego WMiI Uni Wrocław, WMiI UMK Toruń

PORZĄDEK WŚRÓD INFORMACJI

TEORETYCZNE PODSTAWY INFORMATYKI

12:00 1 MAJA 2015, CZWARTEK

Technologie Informacyjne

Informatyka bez komputera. Janusz S. Wierzbicki

Historia komputera. Architektura komputera Historia komputera. Historia komputera. Historia komputera. Historia komputera

Informatyka bez komputera. Katarzyna Olędzka

Logarytmy. Historia. Definicja

Aktywizacja uczniów w ramach kształcenia pozaszkolnego. Maciej M. Sysło WMiI Uni Wrocław, WMiI UMK Toruń

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Historia informatyki

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

KOŁO MATEMATYCZNE LUB INFORMATYCZNE - klasa III gimnazjum, I LO

Wydział Matematyki Stosowanej. Politechniki Śląskiej w Gliwicach

JAKIE IDEE WPŁYNĘŁY NAJSILNIEJ NA ROZWÓJ I EWOLUCJĘ INFORMATYKI?

Komputery. Komputery. Komputery PC i MAC Laptopy

Techniki multimedialne

Zadanie 1. Potęgi (14 pkt)

Algorytmy i struktury danych. Wykład 4

Porównanie czasów działania algorytmów sortowania przez wstawianie i scalanie

Informatyka. Prowadzący: Dr inż. Sławomir Samolej D102 C, tel: , WWW: ssamolej.prz-rzeszow.

Kod U2 Opracował: Andrzej Nowak

Dla człowieka naturalnym sposobem liczenia jest korzystanie z systemu dziesiętnego, dla komputera natomiast korzystanie z zapisu dwójkowego

Wybrane wymagania dla informatyki w gimnazjum i liceum z podstawy programowej

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa

Podstawy Informatyki. Podstawy Informatyki. Warunki zaliczenia. Program wykładów. Metalurgia, I rok. Czym jest informatyka? Z czego się uczyć?

Wsparcie uczelni dla idei nauczania wszystkich uczniów informatyki i programowania: outreach, studia podyplomowe

WYKAZ PRZEDMIOTÓW I PLAN REALIZACJI

Liczba godzin w semestrze II r o k. Nazwa modułu. PLAN STUDIÓW (poziom studiów) I STOPNIA studia (forma studiów) stacjonarne

3a. Wstęp: Elementarne równania i nierówności

Ataki na RSA. Andrzej Chmielowiec. Centrum Modelowania Matematycznego Sigma. Ataki na RSA p. 1

Popularyzacja matematyki (dyskretnej) poprzez informatykę (komputykę)

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podsumowanie wyników ankiety

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

EGZAMIN - Wersja A. ALGORYTMY I STRUKTURY DANYCH Lisek89 opracowanie kartki od Pani dr E. Koszelew

Współczesna problematyka klasyfikacji Informatyki

Historia komputera. Lubię to! - podręcznik

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa

Jeśli czas działania algorytmu zależy nie tylko od rozmiaru danych wejściowych i przyjmuje różne wartości dla różnych danych o tym samym rozmiarze,

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa i multimedia

Analiza algorytmów zadania podstawowe

Złożoność obliczeniowa algorytmu ilość zasobów komputera jakiej potrzebuje dany algorytm. Pojęcie to

Elementy historii INFORMATYKI

O informatyce i jej historii. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 2. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

Budowa pierwszych komputerów i ich zastosowanie w matematyce

Systemy liczenia. 333= 3*100+3*10+3*1

Luty 2001 Algorytmy (1) 2000/2001 1

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW INFORMATYKA

Wprowadzenie do informatyki i użytkowania komputerów. Kodowanie informacji System komputerowy

Okręgowa Komisja Egzaminacyjna w Krakowie 1

Analiza algorytmów zadania podstawowe

Programowanie Niskopoziomowe

Piotr Chrząstowski-Wachtel Uniwersytet Warszawski. Al Chwarizmi i trzy algorytmy Euklidesa

TECHNIKI ALGORYTMICZNE przybliżone i dokładne

Rozkład materiału do zajęć z informatyki. realizowanych według podręcznika

Wstęp do informatyki- wykład 1 Systemy liczbowe

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 5. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

Algorytmy równoległe: ocena efektywności prostych algorytmów dla systemów wielokomputerowych

Podstawy programowania. Podstawy C# Przykłady algorytmów

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Informatyka kwantowa. Zaproszenie do fizyki. Zakład Optyki Nieliniowej. wykład z cyklu. Ryszard Tanaś. mailto:tanas@kielich.amu.edu.

Efekt kształcenia. Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną w zakresie algorytmów i ich złożoności obliczeniowej.

1. Liczby wymierne. x dla x 0 (wartością bezwzględną liczby nieujemnej jest ta sama liczba)

Dla wielu osób informatyka, określana w tej pracy mianem komputyka 2 (ang. computing),

KARTA PRZEDMIOTU. 1. Informacje ogólne. 2. Ogólna charakterystyka przedmiotu. Algorytmy i struktury danych, C3

Program nauczania przeznaczony dla IV etapu edukacyjnego.

Matematyczne Podstawy Informatyki

1. Logarytm 2. Suwak logarytmiczny 3. Historia 4. Budowa suwaka 5. Działanie suwaka 6. Jak mnożyć na suwaku 7. Jak dzielić na suwaku 8.

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa, Inżynieria oprogramowania, Technologie internetowe

d. Główny sterownik pamięci operacyjnej na płycie głównej komputera

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LISTA KURSÓW PLANOWANYCH DO URUCHOMIENIA W SEMESTRZE ZIMOWYM 2015/2016

Nowa podstawa programowa przedmiotu informatyka w szkole ponadpodstawowej

Transkrypt:

INFORMATYKA KLUCZ DO ZROZUMIENIA KARIERY DOBROBYTU Maciej M. Sysło Uniwersytet Wrocławski Uniwersytet UMK w Toruniu syslo@ii.uni.wroc.pl http://mmsyslo.pl/ informatyka + 1

Źródło tytułu wykładu W 1971 roku ukazała się książka: Andrzej Targowski Informatyka klucz do dobrobytu wtedy czytelników interesowało głównie, jak osiągnąć dobrobyt dzisiaj wiemy, że droga do dobrobytu wiedzie przez zrozumienie informatyki i obranie odpowiedniej kariery, przykłady: krajowy: Maciej Popowicz Nasza klasa światowy: Mark Zukerberg Facebook światowy: R. Rivest, A. Shamir, L. Adleman RSA Donald E. Knuth The Art of Computer Programming??? wolne miejsce??? czy P = NP informatyka + 2

Plan Różne twarze informatyki Informatyka co to jest? Informatyka a komputery informatyka uniwersytecka a informatyka techniczna kryzys studiów informatycznych przyczyny i działania Czy informatyka ma historię i co z niej wynika Kariery z klasą i z kasą David Huffman Claude Shanonn Maciej Popowicz, Mark Zukerberg, Wyzwania liczby pierwsze P = NP problemy łatwe a problemy trudne problem komiwojażera informatyka + 3

Informatyka co to jest? historia (połowa lat 60. XX w.): informatyka, informatique (Francja, decyzja Parlamentu), Infomatik (Niemcy) Computer Science kraje angielskojęzyczne jedna z definicji: dziedzina wiedzy i działalności zajmująca się algorytmami pierwszy algorytm: Euklides, 300 p.n.e. Dość ograniczone spojrzenie, ale zawiera wszystko: programowanie i języki programowania do zapisywania algorytmów komputer urządzenie, które wykonuje tylko programy, a każdy program to zapis algorytmu komunikacja i sieć algorytmy komunikacyjne, komunikacja algorytmów informatyka + 4

Informatyka co to jest? Obecnie, jako kierunek studiowania w USA, computer science jest jedną z 5 dziedzin tzw. computing komputyki: Computer Engineering sprzęt Information Systems systemy informacyjne Information Technology technologia informacyjna (zastosowania informatyki) Software Engineering produkcja oprogramowania Computer Science studia podstawowe, uniwersyteckie Computing komputyka zastąpiło Computer Science computational thinking w edukacji myślenie komputacyjne informatyka + 5

Myślenie komputacyjne Logo IBM z 1924 r: computational thinking kompetencje budowane na mocy i ograniczeniach komputerowego przetwarzania informacji w różnych dziedzinach. informatyka + 6

Kryzys kształcenia informatycznego Kryzys kształcenia informatycznego w USA (w UK): liczba nowych studentów na informatyce uniwersyteckiej spadła w 2007 o 49% w porównaniu do 2001/2002 liczba absolwentów spadła o 43% między 2003/04 a 2006/07 Eurostat: 5% osób w Polsce (16-74) umie programować, a w UE 9% W Polsce zauważa się podobną tendencję, spowodowaną dodatkowo: niżem (okresowy spadek) powstawaniem kolejnych szkół prywatnych Z drugiej strony rośnie zapotrzebowanie na informatyków, luki zapełniane przez absolwentów z Indii (przenoszenie Doliny Krzemowej do Indii) i Chin. informatyka + 7

Powody kryzysu Powody: uczniowie posmakowali dość technologii informacyjnej i chcą zająć się czymś innym TI jako informatyka dla wszystkich zmniejszony nacisk na przedmiot informatyka w szkołach uczniowie (nie tylko uczniowie) nie odróżniają stosowania (narzędzi informatycznych) od ich studiowania jak to działa i dlaczego? Inicjatywy zaradcze: Polska: stypendia dla studentów na kierunkach zamawianych outreach wyjście naprzeciw do szkół Informatyka + informatyka + 8

Informatyka a komputery Opinie: Informatyka jest w takim sensie nauką o komputerach, jak biologia jest nauką o mikroskopach, a astronomia nauka o teleskopach. [a więc, komputer narzędziem] [Edgar Dijkstra, Algorytm Dijkstry] Najlepszym sposobem przyspieszania komputerów jest obarczanie ich mniejszą liczbą działań [Ralf Gomory, IBM] [nacisk na doskonalsze i szybsze algorytmy] Ile i co potrafią dzisiaj komputery np. przewidywanie pogody informatyka + 9

Co to jest computer? 1969: komputer: 1. osoba, która oblicza; 2. urządzenie stosowane do obliczeń Człowiek!!! informatyka + 10

Pierwsze wystąpienie computer? 1892 Firma Rapid Computer w Chicago, wytwarzała urządzenie do liczenia, zwane comptometer 11 informatyka + 11 11

Krótka historia komputerów: Ludzie, idee, maszyny Urządzenia do indywidualnego użytku: od palców u rąk przez IBM PC (chip) gadżety (na chipach) Komputery (mainframe centralne): maszyny różnicowa i maszyna analityczna Ch. Babbage a (XIX w.) po superkomputery (także na chipach) 12 informatyka + 12 12

Urządzenia do indywidualnego użytku 1617 1623 13 informatyka + 13

Do 1972 roku a później 40 mln 1 mld w 2008 Kalkulator wyparł urządzenia, które przyczyniły się do jego powstania!!! informatyka + 14

Co pozostało sprzed 1972 rok, logarytm Logarytm (John Napier, 1614) Ułatwia obliczanie iloczynów i ilorazów suwak logarytmiczny (1632) log a*b = log a + log b zamiast mnożenia wykonujemy dodawanie Spostrzeżenie: logarytm i algorytm to anagramy Suwaki logarytmiczne urządzenia do obliczania iloczynów i funkcji: Skala 30 cm Skala 1,5 m Skala 12 m informatyka + 15

Potęgowanie Chcemy obliczyć: x 123456789123456789123456788912345 algorytmem ze szkolnej matematyki: x n = x*x*x* *x n 1 mnożeń czyli: 12345678912345678912345678912344 mnożeń Ile to potrwa na superkomputerze, który wykonuje 10 15 = 1 000 000 000 000 000 000 operacji na sekundę? potrwa: 3*10 8 lat! informatyka + 16

Co pozostało sprzed 1972 rok, logarytm Logarytm Inne algorytmy dziel i zwyciężaj: przeszukiwanie binarne n liczb złożoność: log n podnoszenie do potęgi algorytm rekurencyjny Algorytm szkolny: x 5 = x*x*x*x*x Algorytm rekurencyjny: Potega (x, n) { x n } if n = 1 then Potega := x else if n parzyste then Potega := Potega (x, n/2)^2 {x n = (x n/2 ) 2 } else Potega := Potega (x, n 1)*x {x n = (x n 1 )x} Liczba kroków związana z liczbą bitów w rozwinięciu n, czyli ok. log n informatyka + 17

Co pozostało sprzed 1972 rok, logarytm Logarytm Potęgowanie konsekwencje Algorytm szkolny: x 5 = x*x*x*x*x 4 mnożenia Algorytm rekurencyjny: Potega (x, n) { x n } ok. 2 logn mnożeń Zastosowania w kryptografii, RSA Podnoszenie dużych liczb do dużych potęg. Mały przykład: 1234567890987654321234567890987654321123456789987654321 1234567890 12345678909876543211234567890987654321123456789098765432112345678901 Jeszcze mniejszy przykład: x 12345678901234567890123456789012345 szkolny algorytm 10 8 lat alg. rek. 200 mnożeń informatyka + 18

Kompresja Morse jej ojcem Kody: ASCII a: 01100001 b: 01100010 d: 01101100 k: 01101011 r: 01110010 Huffman 0 1110 110 1111 10 Praca magisterska,1952 011101001111011001110100 abrakadabra 88 znaków 24 znaki informatyka + 19

Pierwsze ręczne procesory tekstu 1875 informatyka + 20

Pierwsze ręczne procesory tekstu Fonty to pomysł z najstarszych maszyn do pisania Przełom XIX/XX Klawiatura QWERTY Lata 60-80, XX w. Wymienne fonty informatyka + 21

Rozgrzewka Co ci dwaj Panowie, stojący na tle komputera ENIAC, trzymają w rękach? Mysz? Jedną liczbę? Jedną cyfrę? Klawiaturę? Cyfra dziesiętna: 0, 1, zbudowana z 22 lamp!!! informatyka + 22

Komputery duże Charles Babbage, XIX w. II Wojna Światowa H. Hollerith, XIX/XX w. Początki IBM Z4 K. Zuse Colossus Superkomputer 2009 10 15 oper/sek 23 informatyka + 23

Do 2??? roku? Od kiedy??? Współczesna technologia Nowa technologia??? Jaka nowa technologia zostanie stworzona na IBM PC, która wyprze PC? Skąd bierze się różnica między przeszłością i przyszłością? Dlaczego pamiętamy przeszłość, a nie pamiętamy przyszłości? [Stefan W. Hawking, Krótka historia czasu] Współczesny Memex? (V. Bush, 1945) informatyka + 24

Akcenty polskie A. Stern, mechaniczny kalkulator, XIX w. Polish notation J. Łukasiewicz Kalkulator Feliks Feliks Dzierżyński Początki kryptografii komputerowej Arytmetyka ( 2), UMC 1, 10 Z. Pawlak 25 informatyka + 25

Maszyny ogólnego przeznaczenia PL 1. Generacja lampy 2. Generacja tranzystory 3. Generacja układy scalone 2. Generacja tranzystory informatyka + 26

Kariery z przełożeniem na klasę 1. David Huffman (1952) praca magisterska na temat kompresji, idea wzięta od Morse a jeden z najbardziej popularnych algorytmów kompresji 2. Claude Shannon (1935) realizacja algebry Boole a w postaci układów przełączających Najważniejsza praca dyplomowa XX w informatyka + 27

Kariery z przełożeniem także na dużą kasę 1. Steve Jobs i Steve Wozniak, Apple (1983) 2. Bill Gates & comp. Microsoft (1975) 3. Jeff Bezos i Amazon (1994) księgarnia internetowa, a ostatnio Kindle e-czytnik e-książek 4. e-bay, Allegro aukcje internetowe wszystko da się sprzedać 5. Skype 6. Nasz klasa studenci z Uwr., praca mgr. Macieja Popowicza 7. Facebook Mark Zukerberg 8. Twitter 9. informatyka + 28

Wyzwania społecznościowe 1. Szukanie dużych liczb pierwszych liczb Mersenea http://www.mersenne.org/ 50 000/100 000 $ rezydentne oprogramowanie do pobrania ze strony, obliczenia w wolnym czasie komputera 2. Inne obliczenia gridowe (rozproszone na sieci komputerów) rozkłady liczb na czynniki, np. rozkład 139 cyfrowej liczby w ciągu kilku tygodni pracy kilkuset komputerów 3. 27.07.2010: światowy rekord sortowania posortowano 10 15 danych w ciągu 60 sek. 4. Analiza danych z Kosmosu próby znalezienia sygnałów życia, nowych gwiazd, informatyka + 29

Wyzwania 1900 rok: D. Hilbert przedstawia najważniejsze problemy w matematyce. Wynikiem ważne odkrycia: Kurt Gödel (1931) nie wszystko da się udowodnić w matematyce Allan Turinga (1935) nie wszystko da się policzyć na komputerze 2000 rok; Clay Institute, MIT: 7 matematycznych problemów milenijnych, każdy po 1 000 000 $ za rozwiązanie (jeden już rozwiązano 2 lata temu). Wśród nich jeden problem informatyczny: czy P = NP? 6 sierpnia 2010 ukazał się dowód, że ta równość nie zachodzi, ale jest coraz więcej wątpliwości, czy jest poprawny informatyka + 30

Idea P = NP Klasa P problemy, które mają algorytmy o złożoności wielomianowej porządkowanie, NWD, wartość wielomianu, podnoszenie do potęgi, Klasa NP problemy, które mają wielomianowy algorytm sprawdzania, czy rozwiązanie jest poprawne dla tych problemów nie jest znany algorytm o złożoności wielomianowej: istnienie cyklu Hamiltona w grafie, istnienie kolorowania k kolorami, problem komiwojażera (TSP), Konsekwencje P = NP mało prawdopodobne, bo dla tysięcy problemów z NP nie udało się podać algorytmu wielomianowego P NP bezpieczna kryptografia korzyści z tego, że nie wszystko można łatwo policzyć (kod RSA) informatyka + 31

Problemy trudne najkrótsza trasa premiera Problem: Znajdź najkrótszą trasę dla Premiera przez wszystkie miasta wojewódzkie Premier jako komiwojażer Rozwiązanie: Premier zaczyna w Stolicy a inne miasta może odwiedzać w dowolnej kolejności. Tych możliwości jest: 15*14*13*12*11* *2*1 = 15! (15 silnia) W 1990 roku było: 48*47*46* *2*1 = 48! (48 silnia) informatyka + 32

Problemy trudne najkrótsza trasa premiera Wartości funkcji n! Rosną BARDZO SZYBKO Prezydent Stanów Zjednoczonych ma problem ze znalezieniem najkrótszej trasy objazdu Stanów. Na superkomputerze o mocy 1 PFlops ile trwa obliczanie n! 15! = 1307674368000/10 15 sek. = ok. 0.01 sek. 48! = 1,2413915592536072670862289047373*10 61 /10 15 = 3*10 38 lat 25! = 15511210043330985984000000/10 15 sek. = 15511210043 sek. = = 179528 dni = 491 lat informatyka + 33

Problemy trudne najkrótsza trasa premiera Trudno sprawdzić, jak dobre jest to rozwiązanie w stosunku do najlepszego, bo go nie znamy. Zły wybór Algorytmy przybliżone szukania rozwiązań: 1. Metoda zachłanna najbliższy sąsiad mogą być bardzo złe 2. Meta-heurystyki: algorytmy genetyczne krzyżowanie i mutowanie rozwiązań algorytmy mrówkowe modelowanie feromonów informatyka + 34

TSP TSP w USA Światowy TSP przez 1,904,711 miasta. Znaleziono rozwiązanie o długości: 7,516,353,779, które jest tylko o 0.076% dłuższe od optymalnego informatyka + 35