ΑΝΑΖΗΤΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ Μια σύντομη περιήγηση στην Επιστήμη της Πληροφορικής Αφηγητής: Μάριος Δικ. Δικαιάκος Πανεπιστήμιο Κύπρου

ΕΝΟΤΗΤΑ 1η Το θεμελιώδες πρόβλημα και τα βασικά υποδείγματα

Τα “εσώψυχα” των Ψηφιακών Υπολογιστών Βασικό στοιχείο Βασικές λειτουργίες Άνοιγμα Κλείσιμο Έλεγχος Αντιστροφή Επεξεργασία και αποθήκευση δυαδικών ψηφίων

Το θεμελιώδες πρόβλημα Τι είναι αυτό που μετατρέπει απλές λειτουργίες ηλεκτρονικών διακοπτών σε πολύπλοκες υπολογιστικές διαδικασίες που δίνουν χρήσιμες λύσεις; Η απάντηση κρύβεται πίσω από τις θεμελιακές έννοιες της Επιστήμης των Υπολογιστών (Πληροφορικής), που αφορούν: –Στην οργάνωση απλών ηλεκτρονικών στοιχείων σε ισχυρούς Η/Υ (αρχιτεκτονική). –Στην ανεύρεση και τη θεωρητική θεμελίωση λύσεων διαφόρων υπολογιστικών προβλημάτων που επιλύουμε με Η/Υ (αλγορίθμων). –Στην κωδικοποίηση των αλγορίθμων με τρόπο ικανό να καθοδηγήσει κατάλληλα τη λειτουργία των Η/Υ (προγράμματα).

Ας μιλήσουμε λίγο για… μαγειρική Συστατικά Συνταγή Φούρνος, Κουζινικά ΠρόγραμμαΥλικό Υπολογισμός Είσοδος Έξοδος

Παρατήρηση 1η: αλγόριθμοι και προγράμματα Η συνταγή (αλγόριθμος) είναι ένα αφαιρετικό “νοητικό” κατασκεύασμα: –παραμένει η ίδια ανεξαρτήτως του πώς μεταφέρεται στον μάγειρα (προφορικά ή γραπτά, στα ελληνικά ή στα αγγλικά κοκ) Για να χρησιμοποίησει ο μάγειρας κάποια συνταγή, αυτή πρέπει να του δοθεί με κάποιο τρόπο (π.χ. σε έντυπη μορφή), σε κατανοητή γλώσσα και με πραγματοποιήσιμες οδηγίες (πρόγραμμα- λογισμικό).

Παρατήρηση 2η: Η δύναμη της “αφαίρεσης” “…Βάλτε 20 γραμμάρια σοκολάτας και 2 κουτάλια νερού σε ένα βραστήρα. Όταν λιώσει, ανακατέψτε με μια κουταλιά άχνη ζάχαρης. Προσθέστε 1 κουταλάκι βούτυρο. Βάλτε στην άκρη τη λιωμένη σοκολάτα. Χτυπήστε 1 κρόκο αυγού για περίπου 5 λεπτά…” Απόσπασμα εντολών ‘προγράμματος’ που περιγράφει την προετοιμασία μούς σοκολάτας

Η δύναμη της “αφαίρεσης” (συνέχεια) “…Βάλτε 20 γραμμάρια σοκολάτας και 2 κουτάλια νερού σε ένα βραστήρα. Όταν λιώσει, πάρτε 4 γραμμάρια άχνη ζάχαρης και ρίξτε τα μέσα στο δοχείο της λιωμένης σοκολάτας. Πιάστε ένα κουτάλι της σούπας, βυθίστε το στη σοκολάτα και κάνετε κυκλικές κινήσεις μέχρι να διαλυθεί η ζάχαρη στη λιωμένη σοκολάτα. Προσθέστε 1 κουταλάκι βούτυρο. Βάλτε στην άκρη τη λιωμένη σοκολάτα. Χτυπήστε κρόκο αυγού για περίπου 5 λεπτά…” Ο μάγειρας γνωρίζει πως να ανακατεύει μια κουταλιά ζάχαρης με λιωμένη σοκολάτα. Δεν χρειάζεται πιο λεπτομερείς εντολές. Τι λέτε για τη συνταγή “Φτιάξε μους σοκολάτας” ;

Παρατήρηση 3η: Το επίπεδο της “αφαίρεσης” Η εξειδίκευση των εντολών που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή ενός αλγορίθμου καθορίζεται από: –Τις δυνατότητες τού χρησιμοποιούμενου ‘υλικού’ –Την ανάγκη οι αλγόριθμοι να είναι κατανοητοί από τους ανθρώπους Διαφορετικές κατηγορίες προβλημάτων συνδυάζονται με διαφορετικά είδη εντολών και διαφορετικά επίπεδα εξειδίκευσης τους.

Η “αφαίρεση” στην πράξη Για να βρεις τον μέσο όρο Ν αριθμών πρόσθεσε τους και διαίρεσε δια Ν. float avg(float a[]) { int i; float av=0; for (i=0; i<a.length; i++) av = av + a[i]; return av/a.length; } Πρόγραμμα: περιγραφή του αλγορίθμου με μια αυστηρά ορισμένη γραμματική, κατανοητή από τον άνθρωπο. Διαδοχικοί μετασχηματισμοί του προγράμματος μετασχηματίζουν υψηλού επιπέδου λειτουργικότητες σε απλές λειτουργίες του υλικού των Η/Υ Πρόγραμμα 3,14 2 float avg(float af[]) { 0:fconst_0 1:fstore_3 2:iconst_0 3:istore_2 4:iload_2 5:aload_1 6:arraylength 7:icmpge 22 10:fload_3 11:aload_1 12:iload_2 13:faload 14:fadd 15:fstore_3 16:iinc :goto 4 22:fload_3 23:freturn }

Παρατήρηση 4η: ο παράγοντας του χρόνου Τι θα συνέβαινε αν είχατε ένα εργαστήριο ζαχαροπλαστικής; Η συνταγή (αλγόριθμος) δεν αλλάζει. Αλλάζει όμως η ποσότητα των πρώτων υλών, η ποσότητα του αποτελέσματος, και ο χρόνος της προετοιμασίας του αποτελέσματος (υπολογισμού). Συστατικά Συνταγή Φούρνος, Κουζινικά

Το θεμελιώδες πρόβλημα: ανασκόπηση Είσοδος Αλγόριθμος κ. Πρόγραμμα ‘Εξοδος Υλικό Η/Υ Υπολογισμός

Τα βασικά υποδείγματα Θεωρητική Πληροφορική: –Ασχολείται με τον σχεδιασμό και τη μελέτη των αλγορίθμων, τη βαθύτερη κατανόηση της έννοιας του υπολογισμού. Π.χ. τι καθιστά ένα υπολογιστικό πρόβλημα εύκολο, δύσκολο ή άλυτο και γιατί; –Χρησιμοποιεί θεωρητικούς φορμαλισμούς και ερευνητικές μεθόδους δανεισμένες από τα (διακριτά) μαθηματικά.

Τα βασικά υποδείγματα (συνέχεια) Πειραματική Πληροφορική: –Ασχολείται με τον σχεδιασμό, την κατασκευή και την αξιολόγηση υπολογιστικών συστημάτων: επεξεργαστές, κυκλώματα, δίκτυα, λογισμικό, ρομπότ, υπολογιστές κλπ. –Στα συστήματα αυτά ενσωματώνονται νέες επιστημονικές ιδέες, και με τη χρήση των συστημάτων αυτών γίνεται η αξιολόγηση των νέων ιδεών, σε σχέση με προηγούμενα συστήματα-ιδέες. –Συχνά ενσωματώνουν την υλοποίηση θεωρητικών πορισμάτων.

Παράδειγμα: παίζοντας με πλακάκια Μας δίνεται ένας πεπερασμένο σύνολο από διαφορετικά έγχρωμα πλακάκια. Επιτρέπεται να τοποθετούμε δύο πλακάκια δίπλα- δίπλα μόνο αν οι ακμές τους έχουν το ίδιο χρώμα. Δεν επιτρέπεται να περιστρέψουμε τα πλακάκια. Διαθέτουμε απεριόριστο αριθμό από κάθε είδος. ΟΚΟΧΙ

Παράδειγμα: παίζοντας με πλακάκια Μας δίνεται ένας αριθμός από πλακάκια διαφορετικών χρωμάτων και δύο σημεία στο επίπεδο Α και Β. Αναζητάμε έναν αλγόριθμο που να μπορεί να λύσει το ακόλoυθο πρόβλημα: Μπορούμε να συνδέσουμε τα Α και Β με ένα “φιδάκι” από πλακάκια, όταν το φιδάκι επιτρέπεται να “πάει” οπουδήποτε στο επίπεδο: ΝΑΙ ή ΟΧΙ ? B A

Παράδειγμα: παίζοντας με πλακάκια ??????? Πρόγραμμα ΝΑΙ/Ο ΧΙ AB

Παράδειγμα: παίζοντας με πλακάκια Αποδεικνύεται ότι υπάρχει λύση (αλγόριθμος) όταν το φιδάκι μπορεί να επεκταθεί ελεύθερα σε ολόκληρο το επίπεδο. Αν όμως χωρίσουμε το επίπεδο στα δύο και περιορίσουμε την κίνηση του φιδιού στο μισό επίπεδο τότε αποδεικνύεται ότι δεν υπάρχει αλγόριθμος που να μπορεί να μας πει ΝΑΙ ή ΟΧΙ!!

ΕΝΟΤΗΤΑ 2η Διαδικτυακές αναζητήσεις ή ψάχνοντας ψύλλους στ’ άχυρα

Ο Βάννεβαρ Μπούς και η μηχανή ΜΕΜΕΞ Vannevar Bush ( ) Memex: –Ένα γραφείο που ‘αποθηκεύει’ 1 δις βιβλία, εφημερίδες και άλλα έγγραφα, και τις μεταξύ τους παραπομπές. –Ενσωματωμένη κάμερα για λήψη και αποθήκευση εικόνων. –Ένα κασετόφωνο για λήψη και αποθήκευση ήχων. –Δυνατότητα “σχολιασμού” εγγράφων, με πρόσθεση παραπομπών ανάμεσα σε σχετικά έγγραφα. –Δυνατότητα αναζήτησης κειμένων, είτε ακολουθώντας κάποια παραπομπή είτε με αναζήτηση λέξεων κλειδιών.

Το ΜΕΜΕΞ είναι εδώ! Το Διαδίκτυο αυξάνεται με εκπληκτικούς ρυθμούς [περισσότερες από 8 Δις ιστοσελίδες]. Σχεδόν όλη η επιστημονική βιβλιογραφία είναι στο Διαδίκτυο - κάθε δέκα χρόνια διπλασιάζεται η δημοσιευμένη στο Διαδίκτυο βιβλιογραφία. Μεγάλες βιβλιοθήκες (LOC) έχουν περισσότερες δικτυακές από πραγματικές επισκέψεις. Όμως (όπως είχε προβλέψει ο Μπούς): –Δεν είναι εύκολο να βρίσκουμε τις πληροφορίες που ζητάμε. –Πολλές πληροφορίες που θα θέλαμε δεν είναι ακόμα στο Διαδίκτυο.

Το Διαδίκτυο πριν 6 χρόνια

Παγκόσμιος Ιστός Πληροφοριών (World-Wide Web)

Αναζήτηση δια της πλοηγήσεως

Η πλοήγηση δεν είναι αρκετή! Πώς θα βρoύμε πληροφορίες για κάτι, όταν: –Δεν ξέρουμε από που να ξεκινήσουμε? –Η πλοήγησή μας πρέπει να καλύψει ένα τεράστιο αριθμό ιστοσελίδων (8 δις!). Παράδειγμα: θέλουμε να μάθουμε για την αναστήλωση της Ακρόπολης των Αθηνών

Αναζητήσεις με λέξεις-κλειδιά

Η λειτουργία της αναζήτησης στον Παγκόσμιο Ιστό: ευρετήριο Ευρετήριο

Ακρόπολη Αθήνα Αναστήλωση

Ευρετήριο Ακρόπολη Αθήνα Αναστήλωση

Το πρόβλημα της αναζήτησης ??????? Πρόγραμμα Είσοδος??? ?? Σταχυολόγηση Ευρετηριασμός

Η δομή του Παγκόσμιου Ιστού (Web)

Τι έχουμε μπροστά μας? Από την αναζήτηση σε ιστοσελίδες με χρήση λέξεων-κλειδιών… Σε συστήματα που θα μπορούσαν να απαντήσουν σε ερωτήσεις και να συνοψίζουν πληροφορίες για όλα τα θέματα: –Όσο καλά και γρήγορα μπορεί να το κάνει ένας ειδικός σε κάθε θέμα. –Όχι μόνο για κείμενα αλλά και για εικόνες, βίντεο, ήχους, κλπ

Πηγές “Computers LTD. What they really can’t do” David Harel, Oxford University Press. “What Next? A Few Remaining Problems in Information Technology,” Jim Gray, 1998 ACM Turing Award Lecture.

Απεικόνιση προγράμματος σταχυολόγησης