Mathematisch-heuristische Algorithmen
Anhand der folgenden algorithmischen Lösungen soll die langjährige Software-Tradition von 'Speedy Soft' verdeutlicht werden. Es geht um Algorithmen in den Bereichen Datenbanken, Optimierung, Grafik und Heuristik, bei denen Schnelligkeit, Stabilität und ein breit gefächertes mathematisches Repertoire im Vordergrund stehen.
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Die erste kommerzielle Datenbank im Ostblock
Für die Entwicklung des Großrechners R40 der ESER-Baureihe wurde im Jahre 1973 eine leistungsfähige Datenbank entwickelt. Zu dieser Zeit befanden sich Datenbanken auch in den westlichen Ländern noch am Anfang. So entstand die Datenbank R40 ohne Vorbild. Sie konnte bis zu einer Million Datensätze aufnehmen und im praktischen Betrieb wurden durch Verteilung der Tabellen auf mehrere Festplatten etwa 2000 gestreute Zugriffe/Minute realisiert. Die Datenbank wurde etwa 10 Jahre lang für die Verwaltung der logisch technischen Daten der R40 und für deren Änderungsdienst genutzt.
 
Zum Vergleich: Im Jahre 1974 wurde dBASE unter dem Namen Vulcan entwickelt, das erste Datenbank-Entwicklungssystem, welches später auf PC verfügbar gemacht wurde. 1977 wurde mit Hilfe der Sprache 'C' die Datenbank Oracle mit einem SQL-Interface entwickelt. Der Start von Microsoft Access 1.0 erfolgte Mitte November 1992. Falls Sie Informationen über einen kommerziellen Einsatz von Datenbanken vor dem Sommer 1973 besitzen, sollten Sie uns diese zur Kenntnis geben.
 
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Optimierte Plazierung von Bauelementen auf Leiterplatten
Die Fertigung von Mehrebenen-Leiterplatten setzt die Umsetzung des Schaltungsentwurfs in Bauelemente, deren optimierte Plazierung und den optimierten Leiterzugsentwurf voraus. Bei dem Verfahren zur vollautomatischen Plazierung werden die Elemente unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Größe so dicht gepackt, daß sie auf die zur Verfügung stehende Fläche passen, aber auch so locker, daß eine vertretbare Leiterzugsdichte entsteht. Gleichzeitig wird auf kürzeste Verdrahtung optimiert. Damit werden günstige Voraussetzungen für den Leiterzugsentwurf geschaffen, der dann von einem festen Anschlußraster ausgehen kann.
 
Im Rahmen der Plazierung werden anspruchsvolle mathematische Optimierungs-Aufgaben wie das Zuschnittproblem, die ganzzahlige Optimierung, das Rundreiseproblem, die unscharfe Klassierung auf heuristischem Wege gelöst. Ist das Plazierungsproblem in einer genügend allgemeinen Form algorithmisch aufbereitet, dann kann es relativ problemlos von Leiterplatten auf den technischen Entwurf von Schaltkreisen übertragen werden.
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Unscharfe Klassierung großer topologischer Strukturen
Bei einer Klassenausfahrt mit der Eisenbahn finden sich meist die Schüler miteinander im gleichen Abteil, welche die meisten Gemeinsamkeiten haben. Schaltkreise haben mehrere Tausend bis mehrere Millionen Gatter. Bei der flächenmäßigen Anordnung solcher Schaltungsentwürfe besteht eine ähnliche Situation. Um diese zu optimieren ist es notwendig, Teilmengen zu bilden, die sich an der Stärke der gegenseitigen topologischen Beziehungen orientieren, das heißt Grenzen zu ziehen, wo eigentlich keine sind. Aber für die Aufteilung eines Schaltkreises mit nur 1000 Gattern auf 10 Teilmengen gibt es bereits 10 hoch 830 Möglichkeiten, also eine Zahl mit 830 Stellen. Wenn ein Rechner pro Sekunde 10.000.000 Anordnungen vergleichen würde, dann müßte er eine 65-stellige Zahl von Jahren lang rechnen. Das 'know how' des Verfahrens liegt also darin, in einer relativ kurzen Zeit eine brauchbare Näherungslösung zu finden.
 
Die unscharfe Klassierung gehört zu den diskreten Optimierungsaufgaben, die sich bei kleinen Zahlen durch die sogenannte Ausschöpfungsmethode lösen lassen. Dazu zählen auch die ganzzahlige Optimierung, das Zuschnittproblem, das Rucksackproblem, das Rundreiseproblem und das Transportproblem. Bei den praktisch vorkommenden Anwendungsfällen dieser Aufgaben ergibt sich meist eine so hohe Kombinatorik, daß die Ausschöpfungsmethode und auch die exakten klassischen Lösungsmethoden, wie die dynamische Optimierung oder die Branch-and-Bound-Methode versagen. Dann hilft nur noch die Heuristik.
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Automatische Generierung von Schaltplänen
Die übliche Technologie für die Herstellung von Schaltplänen basiert auf CAD-Verfahren, bei welchen die Symbole mehr oder weniger manuell gewählt und plaziert werden. Das kann bei großen Schaltungen einen unvertretbaren Zeitaufwand nach sich ziehen. Das hier beschriebene Verfahren geht von einem Schaltungsentwurf in Textform aus, welcher in einer geeigneten Sprache die logischen Verknüpfungen beschreibt oder von einem mit CAD-Software handplazierten Entwurf und erzeugt daraus automatisch ein hinsichtlich der Übersichtlichkeit und Lesbarkeit optimiertes Schaltplanbild.
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Erzeugung von Rohrleitungs-Isometrien aus Stücklisten
Im Anlagenbau werden Rohrleitungen nach isometrischen Darstellungen verlegt. Bei diesen wird der Leitungsverlauf im Sinne der besseren Lesbarkeit unmaßstäblich verzerrt. Große Abschnitte, die nur Rohr enthalten, werden gegenüber Bereichen mit vielen aufzulösenden Details (Armaturen, Halterungen) gestaucht. Dieser Vorgang ist schwer zu algorithmieren, da er sich im 3D-Raum abspielt, die Übersichtlichkeit der Isometrie aber erst nach ihrer Projektion in die 2-dimensionale Zeichen-Ebene bewertbar ist.
 
Die übliche Erzeugung von Isometrien mit einfacher CAD-Software beruht auf der schöpferischen menschlichen Leistung und ist ein zeitaufwendiger Prozeß. Das entwickelte Verfahren erzeugt die Isometrien vollautomatisch aus Stücklisten, ohne daß dafür eine Zeichensoftware erforderlich ist. Dabei wird die Flächenaufteilung so optimiert, daß automatisch eine übersichtliche, gut lesbare Darstellung entsteht. Bei Änderungen im Rohrleitungsverlauf entsteht auf Knopfdruck sofort wieder eine optimierte Isometrie.
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Der Funktional-Editor
'Normale' ASCII-Editoren arbeiten nach fast 4 Jahrzehnten Software-Entwicklung immer noch weitgehend nach dem Prinzip 'Gibst Du mir ein Byte - Geb ich Dir ein Byte'. Demgegenüber ist die Entwicklung bei den Datenbanken geradezu mit Lichtgeschwindigkeit vorangegangen. Der Funktional-Editor Super-Ed führt Änderungen in ASCII-Dateien nicht mehr byteweise, sondern abfragegesteuert aus, mit einer breiten Palette funktionaler Anpassungen und Veränderungen.
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Verschlüsselung von Daten
Kryptographie ist im Zeitalter der universellen Vernetzung ein heißes Thema. Bei der Weitergabe von Wirtschafts-, Produktions- und persönlichen Daten geht es nicht ohne Verschlüsselung. Hier stellt der große Anbieter insofern eine Gefahr dar, als die Rezepte einer gewissen Monotonie unterliegen und die große Softwarefirma an sich ein Sicherheitsproblem sein kann. Beispiele aus jüngster Zeit belegen das. Gute Verschlüsselungsverfahren verfügen über einen veränderbaren Schlüssel, d.h. ein Bitmuster, welches neben dem Entschlüsselungsalgorithmus benötigt wird, um die Ausgangsdaten zurückzugewinnen.
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