Algoritmiek,

voorjaar 2019

Het eerstejaarsvak Algoritmiek is verplicht voor alle studenten Informatica, Bioinformatica, Informatica en Economie, en voor studenten die een dubbele propedeuse Wiskunde/Informatica doen. Het vak levert 6 EC op.

Praktische informatie

Docent: Rudy van Vliet
te vinden op: kamer 140 van het Snellius
telefoon: 071-527 2876
email: rvvliet(at)liacs(dot)nl
Assistenten werkcollege en practicum: ...
Onderwijsvorm: hoorcollege, werkcollege en drie programmeeropdrachten
Collegetijden: hoorcollege vrijdag, meestal van 11.00-12.45 uur van Rudy van Vliet;
werkcollege vrijdag, meestal van 13.30-15.15 uur van de assistenten;
van 8 februari tot en met 24 mei 2019. Het eerste hoorcollege, op vrijdag 8 februari, is vanwege de diesviering al om 09.00 uur, en het werkcollege om 11.00 uur. Op de vrijdagen 15 maart en 19 april zijn er om diverse redenen geen colleges van dit vak.

Zowel hoorcollege als werkcollege is in principe in een collegezaal (meestal in de De Sitterzaal). Alleen op vier vrijdagen vindt het werkcollege plaats in de computerzaal.

Voorkennis voor dit vak is het college Programmeermethoden. Het college dat op Algoritmiek aansluit heet Datastructuren. Dit wordt gegeven in het najaar (derde semester van de studie Informatica (en Economie/Biologie)).

Inhoud van het vak

Algoritmiek gaat uiteraard over algoritmen. Het vak behandelt diverse algemene algoritmische methoden voor het oplossen van problemen, alsmede enkele bekende algoritmen zoals het algoritme van Dijkstra. Elke methode wordt geillustreerd aan de hand van bekende of minder bekende voorbeelden. Probleemoplossingsmethoden die worden behandeld zijn o.a.:

toestand-actie-ruimte/state space tree (als hulp bij het probleemoplossen),
brute force,
exhaustive search (waaronder depth first search en breadth first search),
verdeel en heers,
backtracking,
dynamisch programmeren,
gretige algoritmen,
en branch-and-bound.

Verder wordt de sorteermethode heapsort behandeld, en komt het begrip complexiteit (om de efficientie van algoritmen te beschrijven en te vergelijken) zijdelings aan de orde.

Voor globale informatie over het vak in studiejaar 2018-2019 wordt men verwezen naar de algemene webpagina.

Doelstelling

Het leren toepassen van diverse probleemoplossingsmethoden.
Het leren en bestuderen van enige concrete algoritmen.
Het ontwerpen van algoritmen.

Materiaal

In het studiejaar 2018/2019 werd evenals in de voorgaande jaren gebruik gemaakt van het volgende boek: Anany Levitin, Introduction to The Design and Analysis of Algorithms, third edition (Pearson, 2012). Of de internationale editie van hetzelfde boek (ISBN: 978-0-273-76411-3).

De bij het college behorende slides zijn hieronder nog te bekijken.

Programma

Het programma van colleges en werkcolleges is hieronder nog na te kijken. Voor elke week wordt vermeld welke onderwerpen aan de orde zijn gekomen, met de bijbehorende hoofdstukken uit het boek en de gebruikte slides. Op de laatste pagina van de slides staat overigens doorgaans ook welke stof uit het boek bij het betreffende college hoort. Ten slotte vind je hieronder de bij het werkcollege behandelde opgaven, met (soms) antwoorden.

Datum	Onderwerp	Slides	Boek	Werkcollege
8 februari	Introductie	slides1	1.1, 1.2, 1.4 (t/m graafrepresentaties)	opgaven1, antwoorden opgaven 2,6-9
15 februari	Grafen en bomen	slides2	1.4, 4.5 (subpar `Searching and Insertion in a BST')	opgaven2
22 februari	Complexiteit, toestand-actie-ruimte	slides3	slides, 2.1-2.3, 4.5 (subpar `The Game of Nim') en 6.6 (subpar `Reduction to Graph Problems')	opgaven3, antwoorden opgaven 1-3,5 (presentatie Jan van Rijn uit 2011), antwoorden opgave 4,6-8, toestand-actie-ruimte bij opgave 4
1 maart	Toestand-actie-ruimte, brute force	slides4	3 inl., 3.1-3.3, slides	Programmeeropdracht 1
8 maart	Exhaustive search	slides5	3.4, 3.5, slides	opgaven5, antwoorden5
22 maart	Backtracking	slides6	12 inl., 12.1, slides	opgaven6, antwoorden6, SST opgave 7, SST opgave 8
5 april	Verdeel en heers	slides7	5.inl, 5.1, 5.2, 5.4, 5.5 (geen Strassen en convex hull), 4 inl., 4.1	Programmeeropdracht 2
12 april	Rest decrease and conquer, dynamisch programmeren	slides8	slides; 5.3, 4.2, 4.4 (geen Russian peasant), 4.5 (inl + Binary Search Tree), 8 inl.	opgaven7, enkele antwoorden
26 april	Dynamisch programmeren	slides9	slides; 8.2, voorbeeld 2 in 8.1	opgaven9, antwoorden opgaven 2,3,6, antwoorden opgaven 4 en 5ac (presentatie Jan van Rijn uit 2011), antwoord opgave 7
3 mei	Gretige algoritmen, algoritme van Dijkstra	slides10	slides, 9 inl., 9.2 t/m blz. 353, 9.3	opgaven10, antwoorden van opgaven 1,2,4-7
10 mei	Algoritme van Dijkstra, gretige algoritmen	slides11	slides, 9.1, 9.2 (inclusief implementatie Union Find), 9.3	Programmeeropdracht 3
17 mei	Branch & bound	slides12	12.2	opgaven12, antwoorden van opgaven 1,2,3
24 mei	oud tentamen oefenen	Tentamen van 9 juli 2018

Tentamenstof

De tentamenstof bestaat uit: alles wat we gedurende het semester hebben behandeld. Dat komt op het volgende neer:

De hierboven gegeven slides bij de hoorcolleges. Alleen slides 17 t/m 20 van hoorcollege 3 (over complexiteit-en-recursie) hoef je niet te kennen.
De hierboven vermelde delen uit de derde editie van het boek van Anany Levitin.
De opgaven die bij het werkcollege zijn behandeld, en die je hierboven nog kunt vinden.
Alles wat bij hoor- en werkcollege en de programmeeropdrachten aan de orde is gekomen.
Uiteraard moet je behandelde ontwerptechnieken voor algoritmes ook op nieuwe problemen kunnen toepassen.
In afwijking van de tentamenstof van eerdere jaren hebben we dit jaar:
- wel topologisch sorteren, het algoritme van Prim en de implementatie van het algoritme van Kruskal behandeld,
- niet de heap en heapsort behandeld.

Opgaven

Tijdens werkcolleges zijn opgaven gemaakt, meestal op papier, soms achter de computer. Deze opgaven zijn hierboven in de tabel opgenomen.

Tweede werkcollege

Tijdens het tweede werkcollege is er een practicumopdracht gedaan in de computerzalen van het Snellius. Daarvoor kon je gebruik maken van het volgende framework. Volg de volgende stappen om te beginnen:

Download het framework, en zet het in de gewenste directory.
Pak het framework uit (onder Linux kan dat bijvoorbeeld met "tar xvfz bomenpracticum.tar.gz").
Ga naar de directory "bomenpracticum" (onder Linux kan dat bijvoorbeeld met "cd bomenpracticum").
Bekijk het bestand "readmelinux.txt" voor de precieze bedoeling en werking van het programma.

De opgaven staan hierboven in de tabel met het programma van colleges en werkcolleges. Bewerk "boom.cc" zoals aangegeven in de twaalf opgaven.

De liefhebbers kunnen ook zelf bomen maken om uit te proberen. Zie voor de gewenste codering van de bomen het bestand "readmelinux.txt".

Programmeeropdrachten

Bij het vak horen drie programmeeropdrachten in de programmeertaal C++, in elk waarvan een besproken oplossingsmethode toegepast moet worden om een gegeven probleem op te lossen.

De opdrachten moeten alle drie voldoende zijn (>=5.5). Programmeerwerk mag in tweetallen worden gemaakt. De opdrachten dienen op (of voor) de deadlines te worden ingeleverd. Eventueel mag (uiterlijk) twee weken te laat worden ingeleverd, maar dan gaat er voor iedere (gedeeltelijke) week 1 punt van het cijfer af. Als plagiaat wordt geconstateerd, krijgen de betrokken teams geen cijfer voor de betreffende opdracht en dit collegejaar ook geen mogelijkheid om de opdracht alsnog te doen.

Meer informatie over te laat, niet voldoende en plagiaat...

Studenten die vorig studiejaar alle drie programmeeropdrachten hebben afgerond, hoeven het programmeerwerk dit jaar niet opnieuw te doen. Ouderejaars studenten die het practicum helemaal niet of slechts gedeeltelijk hebben gedaan, moeten contact opnemen met de docent: rvvliet(at)liacs(dot)nl. Deelresultaten blijven niet automatisch geldig.

Meer informatie, zoals over het schrijven van het verslag in LaTeX, is hier te vinden.

Alle opdrachten zijn nagekeken, en ook de herkansingen. U vindt de cijfers in Blackboard.

Toetsing

Schriftelijk tentamen aan het eind van het semester. Het eindcijfer van het vak is een gewogen gemiddelde van de cijfers voor het tentamen (twee derde) en de programmeeropdrachten (samen een derde). Zowel tentamen als (alle) programmeeropdrachten moeten voldoende (>=5.5) zijn.

Wie het tentamen niet haalt, krijgt het (onvoldoende) tentamencijfer als eindcijfer. Wie het tentamen wel haalt, maar de programmeeropdrachten niet (allemaal) heeft afgerond, krijgt nog geen eindcijfer. In dit laatste geval blijft het voldoende tentamencijfer staan totdat het programmeerwerk is afgerond.

Tentamens

Grafische/programmeerbare rekenmachines zijn niet toegestaan tijdens het tentamen.

Er zijn twee tentamens geweest:
Eerste tentamen: donderdag 6 juni 2019, 14.00-17.00 uur, in het Snellius in Leiden.
Hertentamen: maandag 8 juli 2019 14.00-17.00, in het Snellius in Leiden.
Beide tentamens zijn nog terug te vinden in de lijst met oude tentamens onderaan. Voor het eerste tentamen staat daar ook een uitwerking van de docent.
Beide tentamens zijn nagekeken, de cijfers zijn bekend, en ook de eindcijfers, voor zover die al te bepalen zijn. Alle cijfers zijn te vinden in Blackboard. Hierbij geldt de volgende legenda.

Vragenuur

Op woensdag 5 juni 2019 was er vanaf 11.00 uur een vragenuur voor het tentamen. Daarbij kon je de vragen stellen die opgekomen waren bij het leren voor het tentamen.

Oude tentamens

Tentamen van 8 juli 2019.
Tentamen van 6 juni 2019, met de handgeschreven uitwerking van de docent.
Tentamen van 9 juli 2018.
Tentamen van 5 juni 2018, met de handgeschreven uitwerking van de docent.
Tentamen van 10 juli 2017.
Tentamen van 6 juni 2017, met de handgeschreven uitwerking van de docent.

Het vak Algoritmiek wordt al vele jaren gegeven. De vorige keer was in het voorjaar van 2018. De website van die keer vindt u hier. U vindt daar ook nog meer oude tentamens.

Vragen en/of opmerkingen kunt u sturen naar:
Rudy van Vliet; rvvliet(at)liacs(dot)nl
Laatste wijziging: 16 december 2019 - http://www.liacs.leidenuniv.nl/~vlietrvan1/algoritmiek/