(Plan)
Oberseminar Mechanische Computer und Puzzles
Wir betrachten Rechengeräte und Rätsel, bei denen
mechanische Bauteile bewegt werden.
Das war in der Frühgeschichte der Informatik die einzige
Möglichkeit, Computer zu bauen, und kann auch heute noch gut
zur Illustration und zur Unterhaltung dienen.
Mögliche Seminarthemen (mit konkreten Beispielen)
sind
- mechanische handgesteuerte Rechengeräte (Leibniz)
- mechanische programmgesteuerte Rechengeräte (Zuse
Z1)
- pneumatische Logik-Schaltungen (Dreloba)
- Verschiebe-Rätsel (John Conway: Century Puzzle, Nob
Yoshigahara: Rush Hour, Vier und mehr Türme von Hanoi)
- Umordnungs-Rätsel (Rubik-Würfel)
- Knoten-Entwirr-Rätsel (Toysntech: Loony Loop
Puzzle)
- Überdeckungs- und Packungs-Aufgaben (Pentominos,
Kreispackungen)
Es werden dadurch Kenntnisse aus diesen Bereichen der
Informatik und Mathematik aufgefrischt und angewendet:
- Modellierung und Spezifikation
- Rechnerarchitektur
- diskrete Mathematik und Kombinatorik (Permutationen,
endliche Gruppen)
- Geometrie
- Komplexitätstheorie (Zeit- und Platzkomplexität)
- Constraint-Programmierung
- heuristische Suche (derzeit “KI” genannt)
Im jeweiligen Vortrag soll das Objekt
- tatsächlich vorgeführt werden (falls beschaffbar)
(ergänzend wird eine Exkursion zu einem technischen Museum
angestrebt)
- mathematisch exakt modelliert werden
- exakt (auf Papier) oder mit Computerhilfe (Simulation)
gelöst werden.
Dazu sollen wissenschaftliche Quellen ausgewertet werden
(also nicht: Videos und Wikipedia. Diese kann man jedoch
benutzen, um Originalquellen zu finden.)
Geräte, Quellen und Quellen-Sammlungen (Beispiele)
- Konrad Zuse: Z1 (1936) (Konrad Zuse Internet Archive http://zuse.zib.de/z1), Nachbau (1986) im
Technikmuseum Berlin (https://technikmuseum.berlin/ausstellungen/dauerausstellungen/informatik/),
derzeit in Rekonstruktion (https://www.f05.uni-stuttgart.de/informatik/fachbereich/computermuseum/symposium-bit-archaeologie/)
- B. Hofmann, A. Schwarz, W. Ufer: Application of Fluidic
Elements for Realizing Ternary Functions, (1975) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474667017675037
(ein solcher pneumatischer Rechner steht im Automatikmuseum
der HTWK https://www.htwk-leipzig.de/hochschule/standorte-lageplan/ueber-unsere-gebaeude/automatikmuseum
- Elwyn R. Berlekamp, John H. Conway, Richard K. Guy:
Winning Ways Band 4 (A. K. Peters, 2000)
- David Eppstein: Computational Complexity of Games
and Puzzles (2016) https://www.ics.uci.edu/~eppstein/cgt/hard.html
- Daniel Bump: Mathematics of Rubik’s Cube (2011)
http://sporadic.stanford.edu/bump/match/rubik.html
- Donald Knuth: Dancing Links (2000) https://arxiv.org/abs/cs/0011047
- Erich Friedman: Math Magic Packing Archive
(2022) https://erich-friedman.github.io/mathmagic/archivepack.html
- Herbert Bruderer: Meilensteine der Rechentechnik, de
Gruyter 2020; insbesondere Band 1
- Hans-Joachim Vollrath: Verborgene Ideen (Historische
mathematische Instrumente), Springer 2013; insbesondere
Kapitel 3
Simulations- oder Lösungsprogramme sollen selbst
geschrieben werden. Ersatzweise kann open-source Quelltext
benutzt werden - der auch verstanden wurde. Das kann z.B.
dadurch gezeigt werden, daß der Quelltext modifiziert
wird.