Data Science and Artificial Intelligence

Information and coding theory

Integrated course, 2.50 ECTS

 

Course content

Area 1: Information Theory & Signal Processing
- Weaver model of communication
- Statistical properties of natural languages
- Shannon entropy
- Basic concepts of signal processing
- Fourier series and integral transformations
Area 2: Number theory and coding theory
- Number systems, divisibility, prime numbers, Chinese remainder theorem
- Coding (Huffman code, Hamming distance, Grey code, ...)
- Check digits and hash codes
- Error correcting codes
- Data compression
Area 3: Cryptography
- History and basic concepts of cryptography
- Symmetrical vs. asymmetric methods
- Important procedures (RSA, AES, ...)
- Cryptographic hashing

Learning outcomes

Students have a thorough understanding of the basics of information theory and signal processing, number theory and coding theory, and cryptography. They are able to differentiate between different processes and to select and use suitable processes.

Recommended or required reading and other learning resources / tools

Recommended journals and selected articles:
- Arens, T., et al. (2017). Ergänzungen und Vertiefungen zu Arens et al., Mathematik. Springer Spektrum, 2. Auflage.
- Arens, T., Hettlich, F. (2018). Mathematik. Springer Spektrum, 4. Auflage.
- Bishop, C. M. (2011). Pattern Recognition and Machine Learning, Springer, 1. Auflage.
- Bossel, H. (2004). Systeme, Dynamik, Simulation: Modellbildung, Analyse und Simulation komplexer Systeme. BoD - Books on Demand, 1. Auflage.
- Bossel, H. (2004). Systemzoo 2: Klima, Ökosysteme und Ressourcen. BoD - Books on Demand, 1. Auflage.
- Bossel, H. (2004). Systemzoo 3: Wirtschaft, Gesellschaft und Entwicklung. BoD - Books on Demand, 1. Auflage.
- Bossel, H. (2007). Systemzoo 1: Elementarsysteme, Technik und Physik. BoD - Books on Demand, 2. Auflage.
- Bronstein, I. N., Mühlig, H. (2016). Taschenbuch der Mathematik. Europa-Lehrmittel, 10. Auflage.
- Büsing, C. (2010). Graphen- und Netzwerkoptimierung. Spektrum Akademischer Verlag, 1. Auflage.
- Ertel, W., Löhmann, E. (2018). Angewandte Kryptographie, Hanser, 5. Auflage.
- Lutz, H., Wendt, W. (2014). Taschenbuch der Regelungstechnik: mit MATLAB und Simulink. Europa-Lehrmittel, 10. Auflage.
- Murphy, K. P. (2012). Machine Learning: A Probabilistic Perspective (Adaptive computation and machine learning). MIT Press.
- Sayama, H. (2015). Introduction to the Modeling and Analysis of Complex Systems. Open SUNY Textbooks, 1. Auflage (print edition).
- Scheinerman, E. R. (2013). Invitation to Dynamical Systems (Dover Books on Mathematics). Dover Publications, 1. Auflage (reprint).
- Shannon, C. E. (1963). Mathematical Theory of Communication. Combined Academic Publ., 1. Ausgabe.
- Thuselt, F., Gennrich, F. P. (2014). Praktische Mathematik mit MATLAB, Scilab und Octave: für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Springer Spektrum, 1. Auflage.
- Tittmann, P. (2019). Graphentheorie: Eine anwendungsorientierte Einführung. Carl Hanser Verlag Gmbh & Co. KG, 3. Auflage.
- Vande Wouwer, A., et al (2017). Simulation of ODE/PDE Models with MATLAB, OCTAVE and SCILAB: Scientific and Engineering Applications. Springer, 1. Auflage (softcover reprint).
- Weitz, E. (2018). Konkrete Mathematik (nicht nur) für Informatiker: Mit vielen Grafiken und Algorithmen in Python. Springer Spektrum: 1. Auflage.
Recommended journals and selected articles:
All relevant journals and articles will be given in the class.
Typical software for this module:
Python/Spyder/PyCharm, Matlab/Octave/Scilab, Vensim, OpenModelica, Simul8 etc.

Mode of delivery

1,25 ECTS Lecture, 1,25 ECTS Exercise

Prerequisites and co-requisites

none

Assessment methods and criteria

Lecture: final exam, Exercise: examination character