Kurs-PM för DD1352 Algoritmer, datastrukturer och komplexitet (ADK)
och Algoritmer och komplexitet för SU (SUALKO), våren 2009

På kurswebbsidan http://www.csc.kth.se/DD1352/adk09 finns aktuell information om kursen.
ADK för datateknikprogrammets årskurs 2 och SUALKO för matte-datalinjens årskurs 3 samläses. SUALKO har en mindre labbkurs än ADK (och får 7,5 hp istället för 9). I övrigt är kurserna identiska.

Lärare

Kursledare och föreläsare är Viggo Kann, viggo@nada.kth.se.

Det står var och en fritt att välja övningsgrupp eller byta grupp under kursens gång. Övningsassistenter är:

1. Torbjörn Granlund, E31, normalsvår grupp
2. Marcus Dicander, E35, lite svårare grupp
3. Leo Giertz, E36, lite enklare grupp

Lärandemål för kursen

Efter kursen ska studenten kunna

• utveckla och implementera algoritmer med datastrukturer och analysera dem med avseende på korrekthet och effektivitet,
• jämföra alternativa algoritmer och datastrukturer med hänsyn till effektivitet och pålitlighet,
• definiera begreppen P, NP, NP-fullständighet och oavgörbarhet,
• jämföra problem med hänsyn till komplexitet med hjälp av reduktioner,
• förklara hur man kan hantera problem med hög komplexitet

för att

• självständigt kunna konstruera datorprogram som effektivt utnyttjar tid och minne,
• i yrkeslivet kunna identifiera och angripa problem som är orealistiskt resurskrävande eller inte alls går att lösa med dator.

Kurslitteratur

Kurslitteraturen ska läsas på egen hand parallellt med kursen. Föreläsningar och övningar täcker endast en del av kursmaterialet.

Kursböcker

Jag har försökt minimera kostnaden för kursböcker. Därför finns det tre alternativa uppsättningar kursböcker. Vilken som passar bäst beror på om du har någon av böckerna sedan tidigare.

1. Algorithm Design av Goodrich-Tamassia, 2001, Wiley, ISBN 978-0471383659 (Indakursboken 07/08), kompletterad med det specialtryckta supplementet Algorithms and Complexity, a supplement to Algorithm Design, 2009, Pearson Custom Publishing, ISBN 978-1847764126, som finns att köpa i kårbokhandeln för 120 kronor.
   
   
2. Algorithm Design av Kleinberg-Tardos, 2005, Pearson, ISBN 978-0321372918 (Indakursboken 08/09), kompletterad med det specialtryckta supplementet Algorithms and Complexity, a supplement to Algorithm Design, 2009, Pearson Custom Publishing, ISBN 978-1847764126. Dessa till i ett inplastat bokpaket på kårbokhandeln.
3. Specialtryckta kursboken för ADK07 och ADK08 Algorithms and Complexity, 2007, Pearson Custom Publication, ISBN 1-84658-626-7.

Läsanvisningar finns till alla tre alternativen. Alla tre fungerar i stort sett lika bra, men den specialtryckta kursboken från 2007/2008 saknar tyvärr index.

Kursbunt

• Fyra laborationsuppgifter
• Två mästarprov (individuella uppgifter) som delas ut under kursens gång
• Övningsanteckningar
• Två exempeltentor (2008-05-13 och 2007-05-16)
• Föreläsningsanteckningar
• Utdrag ur Algorithm Design av Kleinberg-Tardos

Kursbunten säljs på första föreläsningen och kan därefter köpas på studentexpeditionen på Osquars backe 2, plan 2, för 70 kr.

Schema

Schemat i KTHs schemasystem TimeEdit stämmer. En länk till det finns på kurswebbsidan.

SU-studenterna redovisar sista labben 20 mars. Labbtiderna därefter är enbart för teknologerna.

Detaljschema

Kursen består av 22 föreläsningar och 12 övningar. Följande tabell visar vad som preliminärt kommer att behandlas under föreläsningarna och övningarna. För varje föreläsning anges vilka sidor det behandlas i kursböckena. GT=Goodrich-Tamassia, KT=Kleinberg-Tardos, Moln=Algorithms and Complexity 2007 som användes föregående kursomgångar, Sup=Supplementet Algorithms and Complexity 2009.

Period 3: algoritmer och datastrukturer

F1 19 januari

Introduktion, repetition av algoritmanalys, approximation, beräkningsmodeller, bitkostnad och enhetskostnad. (GT: 3-46, 268-270, 686-688, KT/Moln: 29-56, 214-221)

F2 22 januari

Effektiv kodning och avlusning. Gästföreläsning av Stefan Nilsson.

F3 26 januari

Repetition av sortering och datastrukturer. (GT: 55-130, 141-151, 217-238, KT/Moln: 57-65, 209-214)

F4 29 januari

Datastrukturer: skipplistor, praktiska datastrukturer. (GT: 429-439, Sup: 77-83, KT/Moln: 595-602)

Ö1 29 januari

Algoritmanalys.

F5 2 februari

Datastrukturer: bloomfilter. Tillämpning: rättstavning.

F6 5 februari

Undre gränser. Korrekthetsbevis. (Sup: 17-29, KT/Moln: 535-547)

Ö2 5 februari

Datastrukturer och undre gränser. Teoriredovisning för labb 1.

F7 9 februari

Grafer: sökning, maximala flöden. (GT: 287-334, 381-397, KT/Moln: 73-107, 337-357, 367-373)

F8 12 februari

Giriga grafalgoritmer: minimala spännande träd, kortaste stigar. (GT: 339-353, 360-375, KT/Moln: 137-157)

Ö3 12 februari

Grafalgoritmer.

F9 16 februari

Algoritmkonstruktion: dekomposition, giriga algoritmer, totalsökning. (GT: 257-273, AC: 31-48, KT/Moln: 115-177, 183-188, 221-234, 242-246, Moln: 549-566)

F10 19 februari

Algoritmkonstruktion: dynamisk programmering. (GT: 274-281, 354-359, KT/Moln: 251-311)

Ö4 19 februari

Dekomposition och lådpackning

Labb 1 19-20 februari

Konkordans, redovisning.

F11 23 februari

Algoritmkonstruktion: mer dynamisk programmering, geometriska algoritmer. (GT: 572-586)

F12 26 februari

Algoritmkonstruktion: sortering i linjär tid, textsökning. (GT: 241-244, Sup: 1-16, Moln: 519-534)

Ö5 26 februari

Dynamisk programmering. Teoriredovisning för labb 2.

F13 2 mars

Algoritmkonstruktion: polynomberäkningar och FFT. (GT: 488-507, KT/Moln: 234-242)

Mästarprov 1, senast måndag 2 mars klockan 10.15

Algoritmer.

Ö6 5 mars

Algoritmkonstruktion.

Period 4: komplexitet

F14 16 mars

Reduktioner. (KT: 451-459, Moln: 375-383)

Ö7 19 mars

Genomgång av lösning till mästarprov 1. Reduktioner.

Labb 2 19-20 mars

Flöden och matchningar, sista redovisningstillfälle.

F15 23 mars

Introduktion till komplexitet. (GT: 592-599, KT: 463-466, Moln: 387-390)

F16 26 mars

Oavgörbarhet. (Sup: 49-73, Moln: 567-590)

Ö8 26 mars

Oavgörbarhet. Teoriredovisning för labb 3.

F17 30 mars

Turingmaskiner och Cooks sats.

F18 2 april

NP-fullständighetsbevis. (GT: 600-602, KT: 466-495, Moln: 390-419)

Ö9 2 april

NP-fullständighetsbevis.

Labb 3 2-3 april

Ordkedjor, redovisning.

F19 16 april

NP-fullständighetsreduktioner. (GT: 603-617, KT: 459-463, 497-505, Moln: 383-387, 421-429)

Ö10 16 april

NP-fullständiga problem. Teoriredovisning för labb 4.

F20 20 april

Approximationsalgoritmer. (GT: 618-626, KT: 599-630, Moln: 477-508)

Ö11 23 april

Approximationsalgoritmer.

Labb 4 23 april

NP-fullständighetsreduktioner, redovisning.

F21 27 april

Heuristiska algoritmer, komplexitetsklasser. (KT: 495-497, 531-534, 661-670, Moln: 419-421, 455-471, 509-518)

Mästarprov 2, senast 27 april klockan 10.15

Komplexitet.

F22 4 maj

Repetition.

Ö12 7 maj

Komplexitetsklasser och repetition.

Teoritenta 25 maj klockan 9-12 i sal F1

Kursregistrering

Alla som vill gå kursen måste registrera sig på den. Detta görs med kommandot
res checkin adk09
på någon av skolans Unixdatorer. Registrera dig så snart som möjligt efter att kursen börjat!

Du bör också ge kommandot
course join adk09
Detta kommando gör två saker:

• Du får se eventuella nya meddelanden från kursledaren varje gång du loggar in.
• Du får kursens användarmiljö, det vill säga alla initieringar som kursledaren tycker att kursdeltagarna bör ha görs vid varje inloggning.

När du är klar med kursen ger du kommandot
course leave adk09
för att återställa allt.

Endast dom elever som studievägledningen lagt in i Ladok som studerande på en kurs kan godkännas på kursen. Vill du läsa en kurs som inte är obligatorisk för dig måste du alltså först välja kursen i KTHs valsystem eller vid ditt programs studievägledning.

Du kan se dina resultat på redovisade uppgifter i kursen med kommandot
res show adk09
på någon av skolans Unixdatorer.

Kurskatalog

Kursen har en katalog på skolans Unixdatorer: /info/adk09. På denna katalog finns textfiler, programskelett, program och liknande som har med kursen att göra.

Examination

Följande betygskriterier kommer i år att tillämpas i kursens examination. Du måste uppfylla alla kriterier på det betyg du ska få.

mål	E	D	C	B	A
utveckla algoritmer med datastrukturer	för enkla problem givet en konstruktionsmetod	för icketriviala problem givet ledtråd	för icketriviala problem	för svårare problem	för svårare problem med den metod som passar bäst
	examineras med labbar (för nivå E), mästarprov 1 och muntlig tenta
implementera algoritmer med datastrukturer	efter funktionsspecifikation och efter detaljerad algoritmisk specifikation, med hänsyn taget till effektivitet
	examineras med labbar
analysera algoritmer med avseende på effektivitet	förklara principerna, analysera enklare algoritmer	analysera rekursiva algoritmer med mästarsatsen	analysera svårare algoritmer
	examineras med labbar (för nivå E), mästarprov 1, teoritenta och muntlig tenta
analysera algoritmer med avseende på korrekthet	förklara principerna, förstå ett givet korrekthetsbevis	genomföra enklare korrekthetsbevis	resonera med invarianter och induktion
	examineras med mästarprov och muntlig tenta
jämföra alternativa algoritmer och datastrukturer med hänsyn till effektivitet och pålitlighet examineras med labbar och mästarprov 1
definiera begreppen P, NP, NP-fullständighet och oavgörbarhet examineras med teoritenta och mästarprov 2
jämföra problem med hänsyn till komplexitet med hjälp av reduktioner	förklara principerna, utföra enklare reduktioner mellan givna problem	visa NP-fullständighet givet ledtråd	visa NP-fullständighet och oavgörbarhet	göra konstruktionsreduktioner givet ledtråd	göra konstruktionsreduktioner
	examineras med labb 4 (för nivå E), mästarprov 2 och muntlig tenta
förklara hur man kan hantera problem med hög komplexitet	förklara behovet	förklara principerna	konstruera enkla heuristiker och totalsökningsalgoritmer	konstruera och analysera enklare approximationsalgoritmer eller heuristiker	konstruera och analysera approximationsalgoritmer eller heuristiker, eller visa undre gränser för approximation
	examineras med teoritenta (upp till betyg C) och muntlig tenta eller labb 4-extrauppgift (för betyg A+B)

Kursen har fyra obligatoriska moment i Ladok:

• LAB1, datorlaborationer, 3 hp (för SUALKO: ALKL, 1,5 hp)
• MAS1, mästarprov 1, 1,5 hp (för SUALKO: ALKA, 1,5 hp)
• MAS2, mästarprov 2, 1,5 hp (för SUALKO: ALKK, 1,5 hp)
• TEN2, tenta, 3 hp (för SUALKO: ALKE, 3 hp)

Nedan finns detaljerad information om dessa moment.

Labbar

Fyra obligatoriska datorlabbar ingår i kursen (två för SUALKO). Dessa utgör momentet LAB1 (ALKL för SUALKO). Labbarna ska helst göras i tvåpersonsgrupper. En- och trepersonsgrupper kan godkännas i undantagsfall. Varje labb som redovisas senast det labbtillfälle som finns angivet på labben ger en bonuspoäng på tentan. På varje labb finns dessutom ett antal frivilliga teoriuppgifter. Teoriuppgifterna redovisas på övningstillfällen och ger en bonuspoäng var.

Sammanlagt kan alltså labbarna och teoriuppgifterna ge åtta bonuspoäng på tentan. Bonuspoängen gäller på alla tentor på kursen som går inom ett kalenderår räknat från kursstart.

Det finns schemalagda labbtillfällen från och med tredje veckan av kursen och till och med den vecka då labb 4 ska redovisas. Två labbpass i veckan är schemalagda, och det är tänkt att halva gruppen ska gå på vardera passet. Det kommer att finnas handledare tillgängliga på dessa labbpass. Börja att göra labbarna i god tid och fråga handledarna om du får problem. Du kan i princip redovisa alla labbarna vid alla labbtillfällen, men under det sista labbtillfället för varje labb kan bara den labben redovisas.

Om du tappat ditt labbhäfte så finns labbframsida med plats för underskrifter på kurswebbsidan.

Individuella uppgifter: mästarprov

Två obligatoriska individuella uppgifter, mästarprov, kommer att delas ut. Dessa ska lösas individuellt och redovisas både skriftligt och muntligt. Skriftliga lösningar till dessa uppgifter ska lämnas till någon av lärarna eller lämnas in på studentexpeditionen senast den tid som anges på uppgiftslydelsen. Den muntliga redovisningen kommer att ske senare samma vecka för någon av assistenterna på en tid som ska bokas i förväg med bok-kommandot.

Varje mästarprov består av tre uppgifter av olika svårighetsgrad. En rätt löst uppgift ger betyg E på momentet, två rätt lösta uppgifter ger betyg C och alla rätt ger betyg A.

Den som inte godkänts på ett mästarprov får möjlighet att göra ett nytt i slutet av kursen, men kan då bara få betyg E på mästarprovet.

Du kan se dina resultat på redovisade uppgifter i kursen med kommandot

res show adk09

på någon av skolans Unixdatorer.

Tenta

Ordinarietentan går måndagen den 25 maj 2009 klockan 9 i sal F1. Närmaste omtentatillfälle blir i augustiperioden. Nästa tillfälle är i december på ordinarietentan för kursen DD2354 Algoritmer och komplexitet för F.

Tentan är en teoritenta (om 20 poäng) utan hjälpmedel. För godkänt krävs minst 14 poäng. 17 poäng ger betyg D och 20 poäng ger betyg C. Betyg B och A delas inte ut på teoritentan. Den som redovisat datorlabbarna i tid och har svarat rätt på teoriuppgifterna på labbarna får 8 poängs bonus på tentan.

Skrivtiden är två timmar. Direkt efter tentan vidtar obligatorisk genomgång av lösningarna till tentan och kamraträttning. Rättningen kontrolleras sedan av lärarna och resultatet kungörs samma vecka. Klagomål på rättning av tentan görs till kursledaren. Den som hamnar under men tillräckligt nära gränsen för godkänt på tentan ges möjlighet att komplettera. Kursledaren avgör gränsen för komplettering liksom hur och när kompletteringsuppgifter ska redovisas.

Du behöver inte anmäla dig till tentan.

Muntlig tenta och slutbetyg

Den som fått godkänt på labbarna, båda mästarproven och teoritentan får godkänt på kursen. Slutbetyget bestäms av betygen på samtliga tre betygsatta moment (mästarproven och teoritentan) eventuellt kompletterat med en muntlig tenta och/eller en extralabb (se tabellen med betygskriterier). Den som har fått minst betyg x på alla tre betygsatta moment är värd (minst) betyg x i slutbetyg. Betyget på teoritentan kan höjas till A eller B om man gör extralabben till labb 4 och redovisar före tentan.

Den som fått minst betyg C på minst två av momenten och minst betyg E på det tredje har möjlighet att gå upp på en muntlig tenta för att få högre betyg. Den muntliga tentan kan bokas in (efter att teoritentan är rättad) på tider den 1 juni. Vid den muntliga tentan kommer läraren att kontrollera att du uppfyller alla betygskriterier för det betyg du aspirerar på. Kursböckerna (men inga kompendier eller anteckningar) är tillåtna hjälpmedel.

För att förtydliga slutbetygsberäkningen ges här några exempel på olika sätt att få betyg:

elev	mästarprov 1	mästarprov 2	teoritenta	extralabb	munta	slutbetyg	kommentar
Filemon	E	F	D	-	-	-	inte godkänd på mästarprov 2
Ebon	E	D	E	-	-	E	kan inte gå upp på muntan
Durian	D	C	D	-	-	D	kan inte gå upp på muntan
Cecil	B	D	C	-	C	C	muntade upp mästarprov 2
Beda	B	A	D	B	-	B	valde att inte munta till A
Asta	C	A	C	A	A	A	muntade upp mästarprov 1

Arbetssituationer

Det är meningen att arbetet med momenten i kursen ska motsvara olika arbetssituationer i arbetslivet.

Labbarna tränar olika typer av programutvecklingsarbete:

• Labb 1 är programmering efter en funktionsspecifikation.
• Labb 2 är programmering efter en detaljerad algoritmisk specifikation.
• Labb 3 (inte obligatorisk på SUALKO) är omprogrammering av ett existerande program så att det ska fungera likadant fast effektivare.

I alla labbar finns noggranna beskrivningar av format för indata och utdata. Alla labbar har givna effektivitetskrav och utförs som lagarbete (labbgrupper), precis som i arbetslivets programmeringsprojekt.

Mästarproven tränar expertsituationen, alltså situationen som den som vet mest om något på en arbetsplats ställs inför när han får ett problem: det finns ingen att fråga, så han måste komma fram till svaret med egen tankekraft och genom att läsa litteratur. När problemet är löst ska experten förklara lösningen för chefen, både skriftligt och muntligt.

Tentan liknar tyvärr ingen verklig arbetssituation, men den följs av en kamraträttningssession som är mycket värdefull ur ett pedagogiskt perspektiv.

Kursutveckling och synpunkter på kursen

Eftersom denna kurs kommer att ges för många elever under flera års tid är vi tacksamma för synpunkter på kursen. En datorstödd kursutvärdering kommer att göras. Synpunkter kan alltid lämnas direkt till lärarna.

I förra kursomgångens kursanalys kan man se hur kursen fungerade då och vilka ändringar som planerades att göras. Här är en kort sammanfattning:

Resultat efter ordinarietentan 2008

Antalet registrerade kursdeltagare var 152. Prestationsgraden var 85%. 68% var klara med hela labbkursen. 83% var klara med alla labbar utom labb 2. 76% var godkända på mästarprov 1 och 87% på mästarprov 2. 90% gick upp på ordinarietentan och 96% av dessa fick godkänt på den.

Elevsynpunkter 2008

Kursen ansågs vara ganska svår (46%) eller mycket svår (16%) av lite mer än hälften, medan en resten tyckte den var medelsvår.

Examinationsformen med en tredjedel av vardera labbar, mästarprov och tenta ansågs mycket bra (37%) eller bra (43%) av nästan alla. 75% var positiva till kamraträttning av teoritentan och bara 2% var negativa.

Det automatiska programtestningssystemet Kattis fick helhetsbetyget mycket bra eller bra av 65%. Endast 5% ansåg det vara dåligt.

De flesta tyckte att lärarens feedback vid muntliga redovisningarna av mästarproven var mycket bra eller bra. Bara 14% ansåg att feedbacken var mindre bra eller dålig.

Planerade förändringar till 2009

• Använd Indakursens bok som kursbok tillsammans med ett supplement med dom delar som inte täcks av Indaboken.
• Sätt ut betygskriterierna istället för svårighetsmärkningen på mästarproven.
• Skriv en tydligare text på webbsidan som ger några exempel på hur man får olika betyg.
• Lista några lämpliga övningsproblem i Kattis på kurswebbsidan.

Hederskodex

Skolan tillämpar en hederskodex i alla sina kurser och varje student förutsätts tillämpa hederskodexen. Om du inte har läst den eller inte minns den: läs den på webben!