Symmetrien auf der Spur: Zwei Millionen Euro dotierter EU-Forschungspreis für Informatiker

Die Fähigkeit, Symmetrien zu erkennen, spielt für Berechnungen in großen und komplexen Systemen eine immer wichtigere Rolle. Ob mathematische Gleichungen, logische Formeln, Geometrien oder Graphen – in der Welt von Mathematik und Informatik begegnet man ihnen in vielen Bereichen. „Symmetrien gibt es überall“, sagt Professor Dr. Pascal Schweitzer, der an der Technischen Universität Kaiserslautern zu Algorithmen und Komplexität forscht. „Etwa in sozialen Netzwerken und Straßennetzen sind sie zu finden.“ Auch in sogenannten neuronalen Netzwerken, die beim maschinellen Lernen eine Rolle spielen, und der künstlichen Intelligenz treten sie auf. Darüber hinaus gibt es diese Muster bei großen Datenbanken, in denen zum Beispiel Moleküle gelistet sind. „Durch Kenntnis der Symmetrien lassen sich die Moleküle vergleichen und einordnen“, erläutert der Professor.

Auch Schweitzer beschäftigt sich in seiner Forschung mit diesen Phänomenen. Er entwickelt dazu theoretische Rechenmodelle. Die Europäische Union fördert nun sein Projekt „EngageS: Next Generation Algorithms for Grabbing and Exploiting Symmetries“ mit einem ERC Grant – einem der bedeutendsten Forschungspreise in Europa.

Der Informatiker will in den kommenden Jahren ein theoretisches Modell für Algorithmen erarbeiten, mit dem sich solche Symmetrien in Datenbanken, Software, neuronalen Netzwerken und Ähnlichem aufspüren lassen. „Bei komplexen Rechenverfahren oder großen Datenmengen sind solche Symmetrien für die Nutzer nicht sofort ersichtlich“, fährt er fort. „Erkennen wir solche Muster, haben wir künftig die Möglichkeit, Rechenleistungen zu vervielfachen, da identische Wege nicht doppelt durchgerechnet werden müssen.“ Damit könnten Algorithmen in Zukunft deutlich schneller werden: Datenbanken und Netzwerke ließen sich beispielsweise rascher durchsuchen.

Neben einem theoretischen Modell möchte der Informatiker eine Software entwickeln, die online frei zur Verfügung stehen soll. „So wird es den Benutzern ermöglicht, Symmetrien mit modernster Software aufzuspüren und zu verwenden“, sagt der Professor.

Auch mit dem Team um die Kaiserslauterer Mathematik-Professoren Dr. Gunter Malle und Dr. Wolfram Decker vom Sonderforschungsbereich (SFB) „Symbolic Tools in Mathematics and their Application" möchte Schweitzer künftig enger zusammenarbeiten, da es gemeinsame Anknüpfungspunkte in der Forschung gibt, die sogenannte Gruppentheorie.