Informatica in ons dagelijks leven

Informatica
in ons dagelijks leven:
Routeplanner
Gerard Tel (docent)
Wat is informatica?
In vrijwel alles zit informatica
• mobiele telefoon, mp3-speler
• navigatiesysteem
• televisie, medische apparatuur
Vrijwel niets werkt zonder Informatica
• logistiek (planning)
• entertainment (animaties)
• het internet
Voorbeeld: Computer Games
• Zeer grote toepassingen
• Meest moderne informatica technieken
• Game Technologie is een van de richtingen
van Informatica in Utrecht
Voorbeeld: Routeplanner
• Relatief eenvoudige toepassing
• Combinatie van moderne informatica en
andere beta disciplines
• Grote Nederlandse
invloed (Dijkstra,
TomTom)
Wat zit er in?
• Miniatuur elektronica:
processor, geheugen,
antenne 1227.6MHz
• Satellietontvanger
(Nauwkeurig!)
• Aanraakscherm
• Batterij
• Trigonometrie: driehoeksmeting
• Kaart Europa (1 miljoen nuttige punten)
• Bediening met pictogrammen en menu’s
Trace op kaart
Kortste weg (km)
Afrit 18
Afrit 19
20
6
12
Toms
huis
Toren
3
Zwembad
4
2
Stadhuis
4
Kasteel
6
4
3
8
2
School
Molen
Edsger Wybe Dijkstra (1930-2002)
• De eerste programmeur
(in 1952!)
• Hij vond in 1959 uit hoe
een computer routes kan
uitrekenen
• Kortste Pad Algoritme
van Dijkstra
• Punten en
wegstukjes met afstand
Wat ziet de Computer?
start = 0
end = 8
[Nodes]
0 "Toms huis" 1.62 11.94
1 "Toren" 7.01 11.75
2 "Stadhuis" 5.38 15
3 "Kasteel" 12.4 11.82
4 "School" 15.19 14.81
5 "Molen" 18.11 12.96
…
[Edges]
0-1 3
0-2 4
0-6 6
1-3 6
1-2 2
…
5-8 4
6-7 20
7-8 3
Wat zien we echt?
Voorlopige schattingen
 Dijkstra’s rekenmethode gebruikt voorlopige schattingen
die later definitief worden
 De beste route om bij een blauw punt te komen is
bekend, de afstand staat erbij (definitief).
 De schatting van een punt (school):
 Langs welk blauw buurpunt kun je het beste op school
komen? En hoe ver is dat?
Pretpark
Molen: 13
Startpunt: 0
7
2
Via de Molen: 13 + 7 = 20
Via het Kasteel: 15 + 3 = 18
Het pretpark is niet blauw!
School: ??
De schatting voor de school is 18
3
Kasteel: 15
Dijkstra’s methode
1. Maak eerst het beginpunt (Toms huis) blauw,
met afstand 0
2. Welk punt heeft de laagste schatting?
1. Maak het blauw
2. De schatting wordt de afstand (definitief)
3. Herhaal steeds stap 2
4. Je bent klaar als het
eindpunt (zwembad)
blauw is
Stellingen over schattingen
• Pessimisme: schatting(v) ≤ afstand(v)
• Doel: schatting(v) = afstand(v), v is AF
• ALS uv op een kortst pad naar v,
EN gerelaxeerd NADAT u AF was,
DAN is v AF
Weg met Algoritmiek
• Ga naar geocaching.com
• Zoek GC4PCZ7 (ff relaxen)
• Extra Algoritmiek-goodies:
Aan het werk met Wybe
http://www.staff.science.uu.nl/~tel00101/Wybe/
Garmin PND
• Fietshouder, batt 4h, spraak
• Europakaart (Hm, “Europa”)
• garmin.openstreetmap.nl
– Gratis, Open, Parties
– Bestand op μsD zetten
– Kaarten per gebied of land
– Veel PoI’s
– Wit-Rusland
– Texel
Android app voor mobiel
•
•
•
•
PND leveranciers zijn bijna out of business
Heeft je mobiel GPS (= hardware!)?
Google Maps: beperkt off-line
Be-on-road:
– Download per land OpenStreetMap
– Volledig off-line gebruik
– Auto, voet of heli, geen fiets!
Hoe groot is de kaart?
• Punten Europa: n = 50 miljoen
• Als Graaf PLANAIR: m < 3n
– Euler: n + f – m = 2
– Faces: 2m ≥ 3f (uitzondering?)
– m ≤ 3n-6
• Kaart is niet plenair (bruggen)
• Gemiddelde graad 1½: m = 70 miljoen
Stap voor stap met Wybe
• Snelheidsschuif naar links
• Een stap per klik (op Play)
• Probeer te bedenken wat er gebeurt bij de
volgende klik
Snelste Route
• Zet kaartenkiezer op Tom (Snelst)
• Wat zou de beste route zijn?
Afrit 18
Afrit 19
12
4½
9
Toms
huis
Toren
4½
Zwembad
6
3
Stadhuis
6
Kasteel
9
6
2¼
12
3
School
Molen
Afrit 18
Afrit 19
3000
900
1800
Toms
huis
Toren
900
450
1200
Kasteel
1800
600
Zwembad
1200
Molen
600
1200
Stadhuis
2400
School
Het moet nog beter!
•
•
•
•
•
Hoeveel wegen zijn er in
Nederland? Europa?
Reken (bijna) alleen met
snelwegen
Kun je rekenen met
éénrichtingswegen?
Werkt het voor fietsen of
wandelen anders?
Voor een vliegtuig?
Is het product af?
Doorgaande ontwikkeling!
Afstudeerprojecten (Utrecht):
• Integratie van databestanden
Welke wegen zijn feitelijk dezelfde?
• Dead reckoning
Geen ontvangst? Koppel beweging aan
kaart.
• Weg-representatie met cirkelbogen
Verminder het aantal punten in je kaart
Navigatie op smartphone: app
Interactie
• de manier van interactie heeft een
belangrijke invloed op gebruik
• nieuwe technieken komen eraan:
… Wii controller … gebaar herkenning …
brein-machine interactie … Spraaksturing
Vakken
• Interaction Technology
• Beeldverwerking
Minor: Informatiekunde
Algoritmiek
• Gaat over het efficiënt uitvoeren van
complexe berekeningen
• Welke keuze is optimaal
• Zoekruimte
• Wat kan wel,
wat kan niet
• Hoe snel kan het
Vakken
• Datastructuren
• Algoritmiek
• Optimalisering en complexiteit
De laagste schatting?
• Dijkstra: “steeds alle punten bekijken”
ExtractMin in Lineaire tijd (1959)!!
Erg veel werk voor grote kaart
• Kies Rooster 2 en Mens-wachtrij
• Je moet steeds zelf de laagste schatting
aanklikken
• Hoe kun je dit goed automatiseren?
De beste wachtrij
Geen richtingsgevoel
• Kies Klungelig (en boom-wachtrij)
• Wybe “ziet” slimme dingen niet
Negatieve kosten
• Kan dat wel?
• Kies Negatief gewicht
• Mens-wachtrij: kan wel
De Metro
• Open Metro (Naief)
• Van Zicin naar Haje:
overstappen in Mustek en Muzeum
• Van Cerny Most naar Skalka:
enkele overstap in Mustek is sneller!
• Algoritme aanpassen op overstapkosten?
• Kaart corrigeren voor overstapkosten?
• Open Metro (Splits)
Combinatorische routes
• Gewenst tussenpunt:
– Snelste route komt niet langs PIN
– Wat is de snelste route MET PIN?
– Snelste van huis -> PIN plus
Snelste van PIN -> Zwembad
• Tussenpunt kost TWEE “normale”
routeberekeningen
Zwembad Quest
• Tom heeft GELD en ZWEMBROEK nodig
• GELD halen bij
– PIN machine, 1 min
– Oma, heeft ook zwembroek, 33 min
– Vriend, 13 min
• ZWEMBROEK bij
– Huis, 22 min zoeken
– Oma, ook geld, 33 min
– Zeeman, 2 min, eerst GELD
• HOEVEEL mogelijke routes?
Quest als Routeprobleem
• Per locatie vier knopen: -, G, Z, GZ
• Start: [Toms Huis, -]
Doel: [Zwembad, GZ]
• Ruilen of krijgen:
“lokaal wegstukje” met tijd
Quest is 1 normale routeberekening
Netwerk wordt vier keer zo groot
Informatica
• ontwerpen en bouwen van
geautomatiseerde systemen
• verbeteren van de werking van computers
en programmatuur
Informatiekunde
• betekenis van ICT voor mens en
maatschappij
• functioneren van mensen en organisaties
• ICT vanuit het perspectief van de gebruiker
Meer weten over
informatica als studie?
• Een dagje studeren (aanmelden via UUsite)
• Bekijk de website van het departement
Informatica: www.cs.uu.nl/education/ met
alle details van vakken, docenten en
achtergronden
• Richting Gametechnologie:
www.gametechnologie.nl
Informatica-techniek gericht op Games,
simulatie, graphics.