Visual Programming and Visualization of Programming

Abstract:
Learning programming is a difficult task and many students fail to complete introductory computer science courses. The talk will describe our research into two approaches to improve learning of programming.
Scratch is a visual programming environment intended for young people. They construct programs by dragging-and-dropping blocks labeled with commands and operations; the programs control the animation of sprites which provides a motivating context. We found that even middle-school students (age group 12-14) are capable of developing non-trivial software and, furthermore, they find it easier to learn professional programming languages when they reach secondary school. However, Scratch can cause students to develop bad programming habits that may be difficult to overcome and teachers must ensure that this doesn’t happen.
The other approach is to visualize the execution of programs written as text in professional programming languages. The Jeliot program animation system automatically generates detailed animations of programs written in the Java. Jeliot significantly facilitates learning because it provides a graphic display of the dynamic aspects of program execution that are hidden within the computer. An investigation into the use of Jeliot by secondary-school teachers showed a wide range of engagement, from full integration into the teaching practice to rejection caused by psychological factors.

Short CV:
Mordechai (Moti) Ben-Ari is a full professor in the Department of Science Teaching of the Weizmann Institute of Science, where he heads the computer science education group. He is the author of numerous textbooks, including Principles of Concurrent and Distributed Computation, and Mathematical Logic for Computer Science. His group, in collaboration with the University of Eastern Finland, developed the Jeliot program animation system. In 2004, he received the ACM/SIGCSE Award for Outstanding Contributions to Computer Science Education, and in 2009 he was elected as a Distinguished Educator of the ACM.

 

 

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Teaching Concurrency and Nondeterminism with Spin

Abstract:
Spin is a model checker that is widely used for verification of concurrent and distributed systems. The talk will present techniques and tools for teaching concurrency and nondeterminism using Spin. Spin can replace concurrency simulators and can also generate scenarios that demonstrate errors like race conditions and starvation. The implementation of nondeterministic algorithms and finite automata in Spin will be described, together with the use of search diversity to demonstrate random algorithms and parallelism. The tools to be presented are: jSpin, a development environment for Spin; VMC, a tool that generates a diagram of the state space of a model; VN for visualizing nondeterminism; Erigone, a reimplementation of Spin designed for pedagogical use.

Short-Bio:
Mordechai (Moti) Ben-Ari is a full professor in the Department of Science Teaching of the Weizmann Institute of Science, where he heads the computer science education group. He is the author of numerous textbooks, including Principles of Concurrent and Distributed Computation, and Mathematical Logic for Computer Science. His group, in collaboration with the University of Eastern Finland, developed the Jeliot program animation system. In 2004, he received the ACM/SIGCSE Award for Outstanding Contributions to Computer Science Education, and in 2009 he was elected as a Distinguished Educator of the ACM.

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Rückblick: Algorithmen zum Verkleinern von digitalen Videos [Slides, Video]

Der Rückblick zum TEWI-Kolloquium von Prof. Wolfgang Effelsberg am 23.07.2012 beinhaltet die Videoaufzeichnung sowie die Folien:

Video:

[iframe height=“350″ src=“https://video.aau.at/video.php?video=ftf_effelsberg.mp4″]

Slides:

erfordert dabei ein kleines Videoformat. Aber ein Großteil der digitalen Videos wird nach wie vor für ein großes Ausgabeformat gedreht, zum Beispiel für den PC-Bildschirm oder ein für ein HD-Fernsehgerät. Wie also kann man im Nachhinein aus großformatigen Videos kleinformatige erzeugen?
Wir stellen im Vortrag zunächst die nahe liegenden Techniken Scaling und Cropping kurz vor und argumentieren, dass diese in der Regel zu unbefriedigenden Resultaten führen. Ein neuerer Algorithmus ist das Seam Carving, bei dem man senkrechte und waagrechte Trajektorien minimaler Energie durch das Bild bestimmt und diese einzeln entfernt. Dabei bleiben die vom Betrachter als wichtig angesehenen Teile des Bildes in der Regel erhalten. Wir erklären zunächst das Seam Carving für Standbilder und erweitern den Algorithmus dann für Videos. Abschließend gehen wir näher auf eine Optimierung ein, die gerade Linien durch ein Bild beim Seam Carving besser erhält als der Standard-Algorithmus.

Kurz-Bio: Wolfgang Effelsberg erhielt 1976 das Diplom in Elektrotechnik an der Technischen Universtität Darmstadt und promovierte dort 1981 im Fach Informatik. Von 1981-1984 arbeitete er als Assistant Professor an der University of Arizona in Tucson und als Post-Doctoral Fellow bei IBM Research in San Jose, Kalifornien. Von 1984 bis 1989 war er am Europäischen Zentrum für Netzwerkforschung der IBM in Heidelberg tätig. 1989 nahm er einem Ruf an die Universität Mannheim an, wo er seither die Arbeitsgebeite Rechnernetze, Multimediatechnik und E-Learning in Forschung und Lehre vertritt.

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Algorithmen zum Verkleinern von digitalen Videos

Abstract: Die wachsende Leistungsfähigkeit von Multimedia-Handys (Smart Phones) und die zunehmende Bandbreite im Mobilfunk machen die Übertragung und Darstellung von Videos auf Handys problemlos möglich. Der Formfaktor der mobilen Endgeräte erfordert dabei ein kleines Videoformat. Aber ein Großteil der digitalen Videos wird nach wie vor für ein großes Ausgabeformat gedreht, zum Beispiel für den PC-Bildschirm oder ein für ein HD-Fernsehgerät. Wie also kann man im Nachhinein aus großformatigen Videos kleinformatige erzeugen?
Wir stellen im Vortrag zunächst die nahe liegenden Techniken Scaling und Cropping kurz vor und argumentieren, dass diese in der Regel zu unbefriedigenden Resultaten führen. Ein neuerer Algorithmus ist das Seam Carving, bei dem man senkrechte und waagrechte Trajektorien minimaler Energie durch das Bild bestimmt und diese einzeln entfernt. Dabei bleiben die vom Betrachter als wichtig angesehenen Teile des Bildes in der Regel erhalten. Wir erklären zunächst das Seam Carving für Standbilder und erweitern den Algorithmus dann für Videos. Abschließend gehen wir näher auf eine Optimierung ein, die gerade Linien durch ein Bild beim Seam Carving besser erhält als der Standard-Algorithmus.

Kurz-Bio: Wolfgang Effelsberg erhielt 1976 das Diplom in Elektrotechnik an der Technischen Universtität Darmstadt und promovierte dort 1981 im Fach Informatik. Von 1981-1984 arbeitete er als Assistant Professor an der University of Arizona in Tucson und als Post-Doctoral Fellow bei IBM Research in San Jose, Kalifornien. Von 1984 bis 1989 war er am Europäischen Zentrum für Netzwerkforschung der IBM in Heidelberg tätig. 1989 nahm er einem Ruf an die Universität Mannheim an, wo er seither die Arbeitsgebeite Rechnernetze, Multimediatechnik und E-Learning in Forschung und Lehre vertritt.

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Rückblick: Smart Grids [Slides]

Der Rückblick zu den TEWI-Kolloquien von Dr. Martin Sachenbacher am 14.05.2012 und Jun.-Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff am 09.05.2012 beinhaltet die Folien:

Slides

Slides

Slides

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The Potential of Neuro-Computing for Enabling „Real-Time“ Computational Engineering

Abstract: This lecture will address the following specific questions and issues:

  • What is computational engineering?
  • What does “real-time” mean, and under which specific (industrial/practical) circumstances is a real-time computational engineering needed? Some selected examples from traffic telematics and machine vision will be provided
  • How far do traditional and even some new high-performance computing paradigms fail to satisfy the hard requirements of real-time computational engineering?
  • What is neuro-computing? And what are the major related issues?
  • How far does neuro-computing offer a great potential to satisfy the hard requirements of real-time computational engineering?
  • What are synergetic ties with other computational intelligence instruments like genetic algorithms, particle swarm optimization, etc.?
  • Some illustrative neuro-computing examples involving cellular neural networks
  • Hardware and software related implementation issues. Which inspiration does the old “analog computing” paradigm offer?
  • OUTLOOK: Overview of some interesting case studies and other potential industrial, graph theory and computer engineering applications

Keywords: Neuro-computing, Realtime computational engineering, Cellular neural networks, High-performance computing paradigms, Complexity reduction

 

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Rückblick: Eine Formel verändert die Welt [Slides, PDF]

Der Rückblick zum TEWI-Kolloquium von Prof. Johannes Huber am 21.06.2012 beinhaltet die Folien sowie eine schriftliche Ausarbeitung:

Slides

PDF:

Abstract: Am Beispiel der Kapazitätsformel für den Additive White Gaussian Noise (AWGN–) Kanal wird gezeigt, welche grundsätzliche Bedeutung der Informationstheorie nach C.E. Shannon beim Übergang vom Industrie– zum Informationszeitalter in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zukommt. Hierzu werden exemplarisch Konzepte zur Ableitung informationstheoretischer Theoreme behandelt. Aus der Kapazitätsformel werden einfache Beziehungen zum Zusammenhang zwischen Information und Energie sowie elementare Existenzschranken für analoge und digitale Informationsübertragungssysteme abgeleitet. Allgemeine Betrachtungen zur Bedeutung theoretischer Grundlagen für technische Entwicklungen und eine Würdigung des Widmungsträgers schließen den Beitrag ab. Die Ausführungen sind so gestaltet, dass sie für ein breites, nicht speziell mathematisch–naturwissenschaftlich gebildetes Publikum verständlich sein sollten, weshalb auch strenge mathematische Beweisführungen vermieden werden. Zweck dieses Beitrages ist es, Methoden und Denkrichtungen aufscheinen zu lassen, auf denen unsere moderne Informationstechnik beruht.

Kurzbio: Johannes Huber ist seit November 1991 Professor für Nachrichtentechnik und Leiter des Lehrstuhls für Informationsübertragung an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. In der Forschung ist Prof. Huber unter Anderem auf den Gebieten Informations- und Codierungstheorie, Modulationsverfahren, Entzerrungs- und Detektions-verfahren für die digitale Übertragung über dispersiv verzerrende Kanäle, MIMO-Übertragungsverfahren aktiv. Er hat zwei Monographien verfasst und ist Autor und Co-Autor von ca. 260 wissenschaftlichen Beiträgen für Fachzeitschriften und zu internationalen Konferenzen.

Publikationen, die Prof. Huber verfasst bzw. mit verfasst hat, wurden mit dem Preis der deutschen informationstechnischen Gesellschaft in den Jahren 1988, 2000 und 2006 ausgezeichnet. 2004 erhielt er den Innovationspreis der Vodafone-Stiftung für Mobilfunk. In den Jahren 2003 und 2010 wurde ihm der EEEfCOM Innovationspreis verliehen.

Prof. Huber ist Mitglied des Fachausschusses 5.1 „Informations- und Systemtheorie“ der deutschen Informationstechnischen Gesellschaft (ITG), Fellow of the IEEE, Corresponding Fellow of the Royal Society of Edinburgh und ordentliches Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.

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Rückblick: Pulp: An Adaptive Gossip-Based Dissemination Protocol for Multi-Source Message Streams [Video, Slides]

Der Rückblick zum TEWI-Kolloquium von Pascal Felber am 06.06.2012 beinhaltet die Videoaufzeichnung sowie die Folien:

Video:

[iframe height=“350″ src=“https://video.aau.at/video.php?video=ftf_felber2.mp4″]

Slides:

Pulp exploits the efficiency of push approaches, while limiting redundant messages and therefore imposing a low overhead, as pull protocols do. Pulp leverages the dissemination of multiple messages from diverse sources: by exploiting the push phase of messages to transmit information about other disseminations, Pulp enables an efficient pulling of other messages, which themselves help in turn with the dissemination of pending messages. We deployed Pulp on a cluster and on PlanetLab. Our results demonstrate that Pulp achieves an appealing trade-off between coverage, message redundancy, and propagation delay.

CV: Pascal Felber received his M.Sc. and Ph.D. degrees in Computer Science from the Swiss Federal Institute of Technology. From 1998 to 2002, he has worked at Oracle Corporation and Bell-Labs (Lucent Technologies) in the USA. From 2002 to 2004, he has been an Assistant Professor at Institut EURECOM in France. Since October 2004, he is a Professor of Computer Science at the University of Neuchâtel, Switzerland, working in the field of dependable and distributed systems. He has published over 80 research papers in various journals and conferences.

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Rückblick: Analyzing Software Architectures: A Semantic Model [Video, Slides]

Der Rückblick zum TEWI-Kolloquium von Ali Mili am 15.06.2012 beinhaltet die Videoaufzeichnung sowie die Folien:

Video:

[iframe height=“350″ src=“https://video.aau.at/video.php?video=ftf_mili.mp4″]

Slides:

Abstract: Ideally, we want to think of the software architecture phase of a product lifecycle as the phase when the non functional attributes of the product are determined; a disciplined approach to software architecture consists in identifying the non functional attributes that we want to optimize for the product at hand, and architecting the system accordingly, perhaps at the expense of other desirable but less important attributes. Yet, most current architectural description languages offer no means to represent non functional attributes of architectural components, and (to the best of our language) none offer any means to (automatically) reason about them. In this talk, we discuss our work in defining an architectural description language as an extension of ACME, and in designing a compiler for this language that enables us to compute system-wide attributes from component-level attributes. The talk concludes with a demo of the tool on a sample software architecture.

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The Knowledgable Software Engineer

Software systems need to change in order to stay successful on the market. This is a fact proven by the Laws of Software Evolution. Creating and maintaining software systems is mastering change and system complexity. Collaboration platforms, such as Google Code and github, are used by the majority of software engineers to develop and manage software projects. They record data about software projects and systems in a number of repositories, such as source control systems, mailing lists, and defect tracking systems, that researchers can use to study the evolution (history) of software systems. In this presentation, I will show how we can leverage the rich knowledge stored in these repositories to help softwareengineers to develop software faster and with better quality. I will do this by presenting an example of my recent research in which I used data from software repositories to predict the defect-prone source files. Furthermore, I will outline my vision in this research area as well as my plans for teaching in order to educate the knowledgeable future software engineers.

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