Bücher veröffentlicht von Vieweg+Teubner Verlag

Eine Ausbildung in Physik gehört seit langem zum vorklinisch-medizinischen wie zum biologischen Studium. Das hat mehrere Gründe. Physikalische Vorgänge sind elementare Bestandteile der Natur- und Lebensvorgänge, die Gewinnung wissen­ schaftlicher Erkenntnisse und der wissenschaftliche Fortschritt in diesen Disziplinen setzen Grundkenntnisse der Physik voraus. Physikalische Methoden sind die Grundlagen vieler Laboruntersuchungen im gesamten biologisch-medizinischen Bereich, und ohne die Kenntnis physikalischer Erscheinungen und Effekte, ohne die Anwendung physikalischer Entwicklungen -etwa auf den Gebieten der Röntgenstrah­ lung, der Radioaktivität, des Ultraschalls, der Elektronenmikroskopie, der Registrie­ rung von Biosignalen - sind viele Bereiche biologisch-medizinischer Praxis nicht mehr denkbar. Das vorliegende Buch ist aus Vorlesungen entstanden, die die Verfasser an ihren Hochschulen speziell für angehende Mediziner gehalten haben und die auf deren be­ sondere Bedürfnisse abgestellt waren: durch geeignete Stoffauswahl, durch Betonung medizinischer Aspekte sowie durch Beispiele und Rechenaufgaben, die ans Quanti­ tative heranführen. So will dieses Buch dem Leser Einsicht in die Verknüpfung der Physik mit biologisch-medizinischen Teilbereichen geben und ein Gefühl für die dabei vorkommenden Größenordnungen vermitteln. Dabei mußte der Versuchung widerstanden werden, Physiologie anstelle von Physik zu lehren; das Buch ist ein Lehrbuch der Physik, das der Methode der Physik folgt und vom experimentell erarbeiteten und mit Worten beschriebenen Sachverhalt zum exakt definierten Begriff kommt, mit solchen Begriffen Gesetze formuliert, die mit Hilfe der Regeln der Mathematik die Berechnung von Quantitäten ermöglichen. Wir wollten dabei nicht aufDifferential-und Integralrechnung verzichten, die ja zum gesicherten Bestand gymnasialer Schulbildung zählt.

The present Teubner-Text contains the contributions from the International Workshop "Analysis in Domains and on Manifolds with Singularities", Breitenbrunn, Germany, 30. April-5. May 1990. In recent years the analysis on manifolds with singularities became more and more interesting, not only because of the progress in solving corresponding singular problems in partial differential equations but also of the new relations to other parts of mathematics such as geometry, topology and mathematical physics. Other motivations come from concrete models in engineering and applied sciences which lead to partial differential equations in domains with a piece-wise smooth geometry (conical points, edges, comers, ... , higher singularities), piece-wise smooth data or boundary and transmission conditions, degenerate coefficients, and so on. There are natural relations to the numerical analysis where also the asymptotics of solutions close to the singularities playa role. As for the smooth cases it is necessary to develop structure principles and unified theories that cover as much as possible the huge variety of concrete situations, often being treated by individual papers under very specific assumptions.

Wir leben im Zeitalter der Information und glauben, da wir mit dem Computer etwas vollig Neues geschaffen haben. Dem ist jedoch nicht so. Seit Millionen von Jahren bilden sich in der Natur informations- verarbeitende Systeme, die weitaus komplexer als die von Menschen geschaffenen Systeme sind. Worin ahneln und worin unterscheiden sich biologische und kunstliche Informationssysteme? Auf diese Frage soll hier eine Antwort gefunden werden. Hierzu werden Berei- che der Informationsverarbeitung in naturlichen Systemen vorgestellt, zu denen es entsprechende in kunstlichen Systemen gibt - Zelle und zellularer Automat, naturliche und Softwareinfektion, Evolution und genetischer Algorithmus sowie Gehirn und Neuronale Netze. Der anschlieende Vergleich lat ubergeordnete Zusammenhange erken- nen. Dieses Buch uberschreitet Fachgrenzen - u. a. umfat es Bereiche der Informatik, der Medizin, der Biologie und der Biochemie und wendet sich in erster Linie an den interessierten Laien. Abschlieend Dankeschon: Frau Dr. H. Schuster danke ich herz- lich fur die freundliche Durchsicht des Manuskriptes und ihre wert- vollen Hinweise. Frau Dr. A. Schulz und dem Verlag Vieweg danke ich vielmals fur ihr aufgeschlossenes Entgegenkommen und ihre Mit- hilfe bei der Verwirklichung dieses Buches. Zusmarshausen, im Marz 1997 C. Borchard-Tuch V Inhaltsverzeichnis Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1 Information ist uberall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 2 Aspekte des Informationsaustauschs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1. 3 Ubersicht uber das Folgende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2 Zelle und Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2. 1 Die Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2. 1. 1 Die Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2. 1. 2 Der Informationsaustausch zwischen Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 3 Kommunikationsmolekule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Philosophische Grundlagen der Quantenmechanik2. Über die erkenntnistheoretische Problemlage und den Gebrauch einer dreiwertigen Logik in der Quantenmechanik.3. Der Begriff der Wahrscheinlichkeit für die mathematische Darstellung der Wirklichkeit.4. Die physikalischen Voraussetzungen der Wahrscheinlichkeitstheorie.5. Philosophische Kritik der Wahrscheinlichkeitstheorie.6. Die logischen Grundlagen des Wahrscheinlichkeitsbegriffs.

The last decade has brought explosive growth in the technology for manufac­ turing integrated circuits. Integrated circuits with several hundred thousand transistors are now commonplace. This manufacturing capability, combined with the economic benefits of large electronic systems, is forcing a revolution in the design of these systems and providing a challenge to those people in­ terested in integrated system design. Modern circuits are too complex for an individual to comprehend completely. Managing tremendous complexity and automating the design process have become crucial issues. Two groups are interested in dealing with complexity and in developing algorithms to automate the design process. One group is composed of practi­ tioners in computer-aided design (CAD) who develop computer programs to aid the circuit-design process. The second group is made up of computer scientists and mathemati'::~l\ns who are interested in the design and analysis of efficient combinatorial aJ::,orithms. These two groups have developed separate bodies of literature and, until recently, have had relatively little interaction. An obstacle to bringing these two groups together is the lack of books that discuss issues of importance to both groups in the same context. There are many instances when a familiarity with the literature of the other group would be beneficial. Some practitioners could use known theoretical results to improve their "cut and try" heuristics. In other cases, theoreticians have published impractical or highly abstracted toy formulations, thinking that the latter are important for circuit layout.

Seit der Einführung der ersten objekt basierten Sprache Simula [18, 98] hat sich immer mehr herauskristallisiert, daß solche Sprachen sehr gut zur Beschreibung fast aller Arten von Problemen geeignet sind und die Entwicklung sehr großer Programmpakete gut un­ terstützen. Für die heute noch vorherrschenden sequentiellen objektbasierten Sprachen steht ein adäquates und sehr gut verstandenes Modell in Form von abstrakten Daten­ typen (ADT) zur Verfügung [43, 123, 80, 23, 180]. Für die im Zeitalter der parallelen und verteilten Rechner immer wichtiger werdenden parallelen objektbasierten Sprachen existiert ein entsprechendes Modell dagegen nicht. Ein Großteil der heutigen Software wird zum Steuern, Regeln und Erfassen von Daten benutzt und muß deshalb mit den Prozessen der realen Welt Kontakt aufnehmen - diese Kombination von Software und realer Welt wird hybrides System genannt. Dabei auftre­ tende Probleme sind sowohl die Kombination von diskreten und kontinuierlichen Phäno­ menen als auch die Forderung an die Software, Zeitschranken einzuhalten - realzeitfähig zu sein. Auch für dieses Problem existiert noch kein befriedigendes Modell. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein denotationales Modell für parallele ob­ l jektbasierte Systeme - gMobS genannt (general Model for object based Systems- vorgestellt, mit dem auch hybride Systeme und Realzeit modelliert werden können. Es handelt sich dabei um eine Verallgemeinerung der bereits seit langem eingesetzten Pro­ zeßnetze (dataflow networks [181, 182, 183,90, 25, 51, 26, 89, 149, 161]) auf Netzwerke mit unendlich vielen Komponenten mit diskreter und kontinuierlicher Zeit und kontinu­ ierlicher Kommunikation.

Drei Ziele haben Stoffauswahl und Darstellung dieses Buches: Studierende erlernen die Codierung von Algorithmen mit MODULA-2, einer modernen imperativen Programmiersprache, die so einfach und sauber ist, dass die Grundbegriffe der Programmierung klar und systematisch eingefuhrt werden konnen, die sich aber andererseits auch in der Praxis bewahrt. Wichtig ist auch die Moglichkeit, in MODULA-2 den Objektbegriff vorzubereiten. Theoretische Aspekte, z.B. Berechenbarkeit, Grammatiken, Semantik und Programmierverifikation, werden ganz uberwiegend im Zusammenhang mit konkreten Problemen der Programmierung behandelt, so dass der praktische Nutzen jederzeit erkennbar bleibt.

Vorwort Durch die Fuzzy-Logik ist ein neuer Geist in die sonst so klar und nüchtern wirkende Automatisierungstechnik eingezogen. Nach einer langen Vorlaufphase und einer anfänglich schleppenden Akzeptanz ist die Fuzzy-Theorie mittlerweile unter dem Schlagwort Fuzzy Control zu einer sehr populären Automatisierungs­ methode avanciert. Die Fuzzy-Theorie wird vor allem in der Informatik, der Ingenieurtechnik und der Mathematik zur Modellierung von menschlichem Expertenwissen und zur Automa­ tisierung eingesetzt. Das vorliegende Buch richtet sich zum einen an den Einsteiger in dieses Gebiet und zum anderen an den Fachmann, der seine Kenntnisse ver­ tiefen möchte und darüber hinaus auf der Suche nach neuen wissensbasierten Ansätzen ist. Grundkenntnisse auf den Gebieten der Systemtheorie und der Rege­ lungstechnik nützen dem Verständnis des Lesers, sind aber keine notwendige Voraussetzung. Die Repräsentation des Expertenwissens in Form von wenn . . . dann . . . -Regeln mit unscharfen Begriffen wie klein, heiß und die heutigen Software Tools motivieren den Praktiker als auch den Wissenschaftler zur Entwicklung und zum Spiel mit Fuzzy-Systemen. Durch die Einbeziehung von unscharfen und qualitativen Begrif­ fen ermöglicht die Fuzzy-Logik eine anwenderfreundliche Repräsentation und Umsetzung von Expertenwissen, das durch klassische Expertensysteme bis heute nicht in dieser Form erreicht werden konnte. Dem geübten Anwender, der sowohl mit einem fundierten systemtheoretischen als auch einem entsprechenden Fuzzy Control Background ausgestattet sein sollte, eröffnet die Fuzzy-Methode ungeahnte Reglereinstellungen. Einem ungeübten Anwender der Fuzzy-Methode werden jedoch bei dem Versuch einer systematischen Optimierung eines bestehenden Reglers meist schnell seineGrenzen bewußt.