Problém, algoritmus a program. Časová a paměťová složitost problémů i algoritmů. Složitost rekurzivních algoritmů, složitost v průměrném případě.

Složitost opravdu důkladně: nejrůznější třídy složitosti a vztahy mezi nimi. Vztahy mezi časem a prostorem, odstraňování nedeterminismu a Savitchova věta. Jak víme, že všechny třídy nejsou stejné: dolní odhady a věty o hierarchii. Stroje s kvantifikátory, třída PSPACE a polynomiální hierarchie. Pravděpodobnostní třídy složitosti. Orákula a neuniformní složitost.

Co to jsou grafy, jak je v programech reprezentovat a hlavně k čemu se dají použít. Prohledávání grafu do šířky i do hloubky. Hledání nejkratších cest: Dijkstrův a Floydův algoritmus. Union-find problem, hledání minimální kostry, topologické třídění grafů a kreslení grafů jedním tahem.

Má smysl reprezentovat graf maticí? Co vlastně jsou matice a jak se násobí? Jak nejrychleji umíme matice násobit a jak souvisí násobení matic s hledáním sledů v grafu? Proč funguje Floyd-Warshallův algoritmus a jak ho zobecnit, aby počítal jiné věci, třeba nejspolehlivější sled? Nebo aby z konečného automatu vytvořil regulární výraz? A proč je tu tolik otázek? Nevíte?

Důmyslnější datové struktury: trie, intervalové stromy, splay stromy, BB-α stromy; geometrické struktury pro lokalizaci bodů v rovině; binomiální a Fibonacciho haldy, leftist haldy a 2-3 haldy. Též několik přátelských randomizovaných datových struktur: skip listy a treapy.

Na motivy knížky The Art of Computer Programming od pana Knutha si předvedeme několik nevšedních, zato však velmi elegantních algoritmů: hledání největších společných dělitelů bez dělení, násobení dlouhých čísel v čase O(n^1.59) a možná i rychleji, residuovou aritmetiku, slévání setříděných posloupností v konstantním prostoru, pravděpodobnostní testování prvočíselnosti a jiné kejkle.

Vyhledávání čehokoliv ve velkém množství textu: Prostá vylepšení brute-force algoritmů: Karp-Rabin, Boyer-Moore. A algoritmy chytřejší: Morris-Pratt, Knuth-Morris-Pratt, Aho-McCorasicková. Konečné automaty prakticky, regulární a „regulární“ výrazy.

Přehled základních kompresních algoritmů: triviální algoritmy (RLE), statistické metody (Huffmanovo a aritmetické kódování), slovníková komprese (LZ77, LZ78, LZW), Burrows-Wheelerova transformace (BZIP). Pokud zbude čas, tak i něco o ztrátové kompresi obrázků a zvuku (prediktory, wavelets, JPEG, MPEG, fraktály).

K čemu jsou při programování dobrá náhodná čísla a jak je generovat. Algoritmy pravděpodobnostní a randomizované, časová složitost v průměrném případě. Proč používat a proč nepoužívat Quicksort. Inkrementální algoritmy (třeba na konvexní obal), vyhledávání v poli v konstantním čase za pomoci hashování, konstrukce perfektního hashování, randomizované datové struktury (skip listy a treapy). Interaktivní protokoly aneb jak vyhrát nad falešným hráčem. Problém studny na Pražském hradě. Míchání karet.

Kryptologie čili tajuplná nauka o šifrách, jejich konstrukci a hlavně o jejich luštění. Přísně tajné. Šifrovací systémy jako lego: základními kostičkami nám budou symetrické a asymetrické šifry a jednosměrné funkce, stavět z nich budeme kryptografické protokoly na bezpečný přenos, autentikaci, digitální podpisy a třeba i jak si hodit korunou po telefonu. Předvedeme nerozluštitelnou šifru a dokonce to o ní i dokážeme.

O tom, jak šifrovací algoritmus RSA funguje, proč funguje a jestli bude ještě fungovat. A také jak se dá rozumně rychle naprogramovat.

K čemu je dobré, když grafem teče voda. Předvedeme si klasický problém toků v sítích a jeho všelijaké, mnohdy dosti překvapivé aplikace. Jak rozestavět n věží na šachovnici a jak ji místo toho pokrýt dominovými kostkami? Další souvislosti, jako třeba násobná souvislost grafů.

Céčkové speciality aneb všechno, co jste chtěli o Céčku vědět, ale nebylo se koho zeptat. Pořadí vyhodnocování, side effecty, sequencing pointy, funkce s proměnným počtem parametrů, preprocesorové triky, celá pravda o vztahu pointerů a polí, o jménech typů a o příkazu switch; alignment, NULL, void, volatile. Všelijaké zrady (velikosti typů, (a+b)+c ≠ a+(b+c), znaménka ...). Dialekty Céčka od K&R až po (staro)nový standard C99 a různá nestandardní rozšíření jazyka. Proč jsou objekty potřebnější v mysli programátorově než v jazyce a proč je C lepší než C++ :–)

Pokročilé techniky implementace algoritmů v C++. Šablony a jejich použítí, standardní knihovny STL a malý úvod do návrhových vzorů.

Spíš povídání o tom, co je to .NET, jak funguje, proč funguje zrovna tak, a k čemu to celé je a není vhodné a jak k tomu přispěla Java. Rozebereme používaný mezikód i důvody, proč ho (ne)používat, a vezmeme si na mušku i C# i jiné původně ne.NETové jazyky jako Boo či Phalanger.

Základy programování v hroznýši (pythonu), syntaxe, datové (ne)typy, funkce, třídy, moduly aneb všechno je slovník nebo prvek slovníku (nebo oboje). Výhody interaktivního interpretu.

Lehký úvod do funkcionálního programování a jazyků z lispovské rodiny (Common Lisp, E-Lisp, Scheme, KSP Lisp atd.). Všechno je funkce, zbytek jsou seznamy (a konec konců funkce je také druh seznamu). Proměnné aneb příběh se nemění, jen příjmení a jména. Jak se programuje v Lispu a jak se programuje Lisp.

Základní principy funkcionálního programování, výhody a nevýhody. Užitečné triky a techniky – monády, arrows, continuation passing, concurrence, .... Ladění a optimalizace. Ukázky budeme uvádět v Haskellu.

Povíme si, co je to jazyk XML, jak vznikl a k čemu je dobrý. Zároveň probereme nástroje pro práci s XML dokumenty, jejich načítání (parsování), generování, validaci atd. Z pokročilejších technik pak ukážeme vyhledávání v XML pomocí jazyka XPath a transformace XML dokumentů pomocí XSLT. Zbyde-li čas ukážeme si i několik konkrétních aplikací (XHTML, WML, SVG, ODF ...).

Řekneme si, jak fungují současné vnější paměti (především pevné disky) a jak se s nimi pracuje. Protože jsou o hodně pomalejší než operační paměti, je potřeba navrhnout vhodnější datové struktury, které urychlí čtení z takovýchto zařízení. Povíme si o sekvenčních, index-sekvenčních a indexovaných souborech. Navrhneme vhodné způsoby ukládání indexů (B-stromy, hašování). A zbyde-li čas, povíme si i něco o vyhledání podle více klíčů.

Přestože prazáklad programování poskytují převážně poznatky přírodovědců, přísluší patřičná pozornost programátorské praxi. Předvedeme proto publiku přednášejícími přímo provozované programátorské projekty.

Stručný přehled unixových utilit. Jak si napsat vlastní skript, přehled základních programových konstrukcí. V případě zájmu a času seznámení s programem awk.

Jak optimalizovat programy napsané v assembleru, a tak program ještě více urychlit. Stručné seznámení s architekturou procesorů. Ukázka konstrukcí, kterým je třeba se vyhnout a čím je nahradit. Seznámení s MMX a SSE instrukcemi.

Rozdíly mezi klasickou Javou a Javou pro mobilní zařízení. Základní struktura programů (midletů). Jak naprogramovat vlastní user interface, kreslit a rozpohybovat obrázky, připojit se na internet a jak ukládat údaje do pevné paměti telefonu.

Správa procesů a vláken a synchronizace mezi nimi. Správa paměti, souborů. Vytváření knihoven DLL.

Historie a vývoj počítačových technologií a současných architektur. Co je to procesor, jak se programuje (instrukční sady) a jak se chová. Přehled tříd procesorů (skalární a vektorové, RISC). Jak procesor komunikuje s okolím (čipová sada). Nezbytné periferie: vnitřní a vnější paměti, vstupní a výstupní zařízení.

Jak je vlastně možné, že se víc procesorů snese na jednom smetišti? Spinlocky, semafory, paměťové bariéry. K čemu je dobré dát víc vláken do jednoho procesoru a proč se dává víc procesorů na jednu destičku křemíku. Jak se nám z paměti RAM postupně stává „not-so-Random Access Memory“, co jsou cache a proč jsou dneska tak důležité.

Povídání o tom, jak kdo ukládá data na disk. Dozvíte se, jak funguje filesystém FAT či jeho modifikace VFAT, jak ukládá data Linux na filesystémy EXT2, EXT3 či dosti netradiční ReiserFS. Pokud zbude čas, povíme si i něco o NTFS a filesystémech pro netradiční nasazení (konkrétně žurnálovací a distribuované FS).

Co ten kernel vlastně je, čím se liší programování v kernelu od normálního kódu, jak sobě vlastní kernel postaviti a jak v něm něco opraviti. Kde najít nejnovější zdrojáky a kde najít pomoc, až se něco pokazí.

Tato přednáška navazuje na „Sítě a Internet“ a zaměří se na konkrétní aplikační protokoly nad TCP/IP. Zajímá vás, jak funguje web, pošta, DNS, FTP nebo třeba Telnet? Poodhalíme roušku tajemství těchto protokolů a když zbyde čas, přidáme ještě nějaké perličky jako RPC (vzdálené volání procedur) nebo SIP (protokol pro internetovou telefonii).

Jak naučit robota pohybovat se v prostoru. Problémy při konstrukci samočinných robotů, navigační algoritmy s omezeným množstvím paměti a veselé historky o tom, jak to vypadá, když se něco pokazí.

Přirozené jazyky a jak s nimi na počítači zápolit. Jak naučit program rozumět češtině nebo angličtině a nedejbože mezi nimi překládat (dokážeme vůbec říci, co to znamená?). Jak vypadá počítačová lingvistika a čím se liší od lingvistiky klasické. Lexikální, syntaktická a sémantická analýza vět a vztahů mezi nimi. O češtině, kterou vás učili ve škole, a jak je to doopravdy. Co nejde a co také nejde; příležitost k bezmocnému úpění? Ne tak docela, statistické metody by nás mohly aspoň zčásti zachránit: co je to korpus, entropie textu, jazykový model a k čemu je to všechno dobré. A co na to říká umělá inteligence. A co Jan Tleskač?

Programovací jazyky jsou všelijaké – procedurální, funkcionální či logické, typované silně, slabě nebo třeba i vůbec, objekt... stop, vykládat si o všelijakých rodech, druzích a čeledích jazyků by byla nejspíš nuda, a tak si raději zajdeme do zoo a na ta zajímavější zviřátka se podíváme osobně: APL (či A⁺, případně J: průvan ve skladišti písmenek), Intercal (když existuje GO TO, proč by nemohlo existovat COME FROM?), Forth (pozpátku píšeme výrazy všechny úplně), Shakespeare (program coby divadelní hra), Oook!, Lingua::Romana::Perligata a další.

Kreslení a zpracování obrazu na počítači. Souřadnice (rovinné, prostorové i barevné) a jejich transformace. Základní grafická primitiva: body, úsečky, kružnice, elipsy, Bézierovy křivky a jejich rasterizace. Vyplňování n-úhelníků a křivkou ohraničených oblastí, flood fill. Pár triků navíc: maticové filtry, anti-aliasing a dithering. Grafické formáty a komprese obrázků. Základy trojrozměrného promítání a vykreslování scény.

Trocha o tom, jak je v počítačích, fotoaparátech, televizích a podobných zařízeních zapsáno, jakou mají jednotlivé pixelíky barvu. Systémy RGB, CMY(K), HSV, XYZ a jim podobné s jejich výhodami i neduhy. Půltónování, převody palet a základy stínování.

Jemný úvod do jazyka určeného k tisku grafiky a textu. Základní principy, řídící konstrukce a datové struktury, cesty a kreslení objektů, transformace souřadnic, DSC komentáře. Co je to PDF (Portable Document Format). Různé druhy fontů (např. Type1, TrueType) a jak fungují.

Jak na počítači text nejen napsat, ale také vysázet tak, aby pěkně vypadal a aby (což je důležitější) se i příjemně četl? Jak se sází pohádka, jak báseň a jak vzorové řešení KSP plné komplikovaných vzorců? Jak jde dohromady staleté umění typografické a moderní technika? Jednou z možných odpovědí na všechny takové otázky je TeX – není sice WYSIWYG, ale nakonec zjistíme, že tak to je lepší. Ale u toho neskončíme: Metafont, Postscript, pdfTeX a sázení hudby pomocí Lilypondu.

Pokud budeme v životě věřit všemu, co je „přeci zřejmé“, dostaneme se brzy do potíží a v matematice to platí dvojnásob. Ale co s tím? Přírodní vědy si vymyslely verifikovatelné experimenty a matematici logiku a dokazování. Co je to výrok, co jeho důkaz a proč se axiomy nedokazují. Jenže jak si je zvolit? A jak se z toho všeho postaví celá matematika? A bude vůbec matematika někdy celá? Studená sprcha pana Gödela coby sebevražedné dovršení snahy získat dokonalý jazyk. Logika coby hra a problém líného profesora. Důkazy boží existence a neexistence.

Hříčka: ve společnosti šesti lidí vždy existují tři, kteří se navzájem znají, nebo neznají (ověřte ručně). Obecněji, pro libovolné „tři“ existuje „šest“ tak, že shora uvedené tvrzení platí. To je jedna z Ramseyových vět, které říkají, že v každém dostatečně velkém objektu vždy existuje nějaký stejnorodý podobjekt. Jednoduchá tvrzení Ramseyova typu, Ramseyova věta pro grafy dvou a více barev, pro systémy p-tic, nekonečná verze a aplikace. Populárně řečeno, chaos to má těžké.

Převážně neuspořádaný přehled základních matematických pojmů a konstrukcí. Pár magických slov pro představu: monoidy, grupy, okruhy, obory integrity, tělesa, vektorové prostory, polynomy, částečná uspořádání, booleovy algebry, filtry, ideály. Také si povíme, na co se takové věci dají použít – namátkou veřejná kryptografie, testování prvočísel, důkazy neřešitelnosti rovnic pátého a vyššího stupně...

Teorie grafů trochu teoretičtěji. Různé druhy grafů a jejich vlastnosti. Vrcholové a hranové barvení grafů, Eulerova věta, hamiltonicita grafů, rovinné grafy a grafy na plochách, Kuratowského věta, Eulerova formule, věta o skóre, grafové minory.

Jak komunikovat po lince, která průměrně každý k-tý bit přenese špatně? K tomu se hodí teorie samoopravných kódů, která nás naučí: distance slov a jejich souvislost s detekcí a opravou chyb, paritní a lineární kódy, perfektní kódy, Reed-Solomonovy a vůbec polynomiální kódy a několik dolních odhadů nádavkem. A jak s teorií kódů souvisí třeba čeština?

Chytrý trik pana Fouriera patří již dávno k matematické a fyzikální klasice a ukazuje se, že se hodí i při programování, počínaje digitálním zpracováním zvuku a obrazu (spektrální analýza či třeba komprese) a konče nečekaně rychlým násobením polynomů a předlouhých čísel.

Rozličné kombinatorické hry se zápalkami, kamínky, barvičkami či grafy. U některých si ukážeme výherní či obranné strategie, u některých dokážeme, že sice příslušná strategie existuje, ale nikdo ji ve skutečnosti nezná. Zmíníme například: všelijaké piškvorky, hex, různé varianty Nimu, vojáčci v poušti, speciality à la Herkules a Hydra, a další. Můžeme se zapovídat i o tom, jak podobné hry programovat na počítači.

Jak fungují digitální elektronické obvody, ze kterých jsou postavené (nejen) počítače. Nuly a jedničky jako napěťové úrovně; kombinační obvody (transistory, hradla, multiplexery), sekvenční obvody (klopné obvody, registry, čítače) a asynchronní obvody. Troška matematiky okolo aneb logické formulky a De Morganovy zákony; proč stačí jenom jeden typ hradel. Třístavová hradla a sběrnice ... zde plynule přecházíme v HW.

Převážně nevážné a mírně nepřed-vídatelné po-vídání o jazyku i jazyce. Kolik těch jazyků vlastně je, kde se vzaly a kam směřují? Slovní zásoba na cestách aneb nepožívejte odporné termity. Kde jsme přišli k pravidlům a proč pravidla nejsou všechno. Existují synonyma? A překlady? Proč je jazyk nejednoznačný a proč je to dobře. Co má společného čínština s angličtinou? Jak se na jazyk dívá matematik a jak se na matematiku dívají lingvisté. Jak vzniklo písmo? A jak otazník? &c.

Nezávazné povídání o Matfyzu a základním matfyzáckém folkloru. Určitě si přečteme matfyzáky sepsaný Úvod do matfyzáka a zazpíváme pár matfyzáckých písní. Zbytek už bude záležet na tom, co budete chtít slyšet.

Jak za pomoci digitálního foťáku vytvořit fotku, na kterou se dá koukat, a o tom, co se dá zkazit tak, že už se na fotku koukat nedá. Vztahy mezi clonou, časem, citlivostí, rozmazáním fotky a šumem. Zoom a proč ho nepoužívat. Jak poznat špatný foťák a proč megapixely nejsou všechno. Jak kouzlit s foťákem, který nemá ani základní ovládání. K čemu se dá použít foťák v mobilu. Pokud počasí dovolí, vyrazíme ven: vlastní foťák vítán, vlastní krabička s CCD čipem taktéž.

Hry na hrdiny a jiná RPG, tentokráte však bez počítače. O čem je slavné Dračí Doupě, z čeho vzniklo a jak vypadá jeho nová plusková varianta. Jaké jsou další hry na hrdiny v našich končinách (např. Gurps). Povídání lze zvrhnout i jiným směrem (Magic: The Gathering, jiné karetní hry, počítačová RPG, deskové hry...).