@phdthesis{Quinzan2023,
  author    = {Quinzan, Francesco},
  title     = {Combinatorial problems and scalability in artificial intelligence},
  doi       = {10.25932/publishup-61111},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611114},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xi, 141},
  year      = {2023},
  abstract  = {Modern datasets often exhibit diverse, feature-rich, unstructured data, and they are massive in size. This is the case of social networks, human genome, and e-commerce databases. As Artificial Intelligence (AI) systems are increasingly used to detect pattern in data and predict future outcome, there are growing concerns on their ability to process large amounts of data. Motivated by these concerns, we study the problem of designing AI systems that are scalable to very large and heterogeneous data-sets. Many AI systems require to solve combinatorial optimization problems in their course of action. These optimization problems are typically NP-hard, and they may exhibit additional side constraints. However, the underlying objective functions often exhibit additional properties. These properties can be exploited to design suitable optimization algorithms. One of these properties is the well-studied notion of submodularity, which captures diminishing returns. Submodularity is often found in real-world applications. Furthermore, many relevant applications exhibit generalizations of this property. In this thesis, we propose new scalable optimization algorithms for combinatorial problems with diminishing returns. Specifically, we focus on three problems, the Maximum Entropy Sampling problem, Video Summarization, and Feature Selection. For each problem, we propose new algorithms that work at scale. These algorithms are based on a variety of techniques, such as forward step-wise selection and adaptive sampling. Our proposed algorithms yield strong approximation guarantees, and the perform well experimentally. We first study the Maximum Entropy Sampling problem. This problem consists of selecting a subset of random variables from a larger set, that maximize the entropy. By using diminishing return properties, we develop a simple forward step-wise selection optimization algorithm for this problem. Then, we study the problem of selecting a subset of frames, that represent a given video. Again, this problem corresponds to a submodular maximization problem. We provide a new adaptive sampling algorithm for this problem, suitable to handle the complex side constraints imposed by the application. We conclude by studying Feature Selection. In this case, the underlying objective functions generalize the notion of submodularity. We provide a new adaptive sequencing algorithm for this problem, based on the Orthogonal Matching Pursuit paradigm. Overall, we study practically relevant combinatorial problems, and we propose new algorithms to solve them. We demonstrate that these algorithms are suitable to handle massive datasets. However, our analysis is not problem-specific, and our results can be applied to other domains, if diminishing return properties hold. We hope that the flexibility of our framework inspires further research into scalability in AI.},
  language  = {en}
}
@misc{Moehring2021,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {M{\"o}hring, Jan},
  title     = {Stochastic inversion for core field modeling using satellite data},
  doi       = {10.25932/publishup-49807},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-498072},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 55},
  year      = {2021},
  abstract  = {Magnetfeldmodellierung mit Kugelfl{\"a}chenfunktionen basiert auf der Inversion nach hunderten bis tausenden von Parametern. Dieses hochdimensionale Problem kann grunds{\"a}tzlich als ein Optimierungsproblem formuliert werden, bei dem ein globales Minimum einer gewissen Zielfunktion berechnet werden soll. Um dieses Problem zu l{\"o}sen, gibt es eine Reihe bekannter Ans{\"a}tze, dazu z{\"a}hlen etwa gradientenbasierte Verfahren oder die Methode der kleinsten Quadrate und deren Varianten. Jede dieser Methoden hat verschiedene Vor- und Nachteile, beispielsweise bez{\"u}glich der Anwendbarkeit auf nicht-differenzierbare Funktionen oder der Laufzeit zugeh{\"o}riger Algorithmen. In dieser Arbeit verfolgen wir das Ziel, einen Algorithmus zu finden, der schneller als die etablierten Verfahren ist und sich auch f{\"u}r nichtlineare Probleme anwenden l{\"a}sst. Solche nichtlinearen Probleme treten beispielsweise bei der Absch{\"a}tzung von Euler-Winkeln oder bei der Verwendung der robusteren L_1-Norm auf. Dazu untersuchen wir die Anwendbarkeit stochastischer Optimierungsverfahren aus der CMAES-Familie auf die Modellierung des geomagnetischen Feldes des Erdkerns. Es werden sowohl die Grundlagen der Kernfeldmodellierung und deren Parametrisierung anhand einiger Beispiele aus der Literatur besprochen, als auch die theoretischen Hintergr{\"u}nde der stochastischen Verfahren gegeben. Ein CMAES-Algorithmus wurde erfolgreich angewendet, um Daten der Swarm-Satellitenmission zu invertieren und daraus das Magnetfeldmodell EvoMag abzuleiten. EvoMag zeigt gute {\"U}bereinstimmung mit etablierten Modellen, sowie mit Observatoriumsdaten aus Niemegk. Wir thematisieren einige beobachtete Schwierigkeiten und pr{\"a}sentieren und diskutieren die Ergebnisse unserer Modellierung.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kubas2005,
  author    = {Kubas, Daniel},
  title     = {Applications of Galactic Microlensing},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5179},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Subject of this work is the study of applications of the Galactic Microlensing effect, where the light of a distant star (source) is bend according to Einstein's theory of gravity by the gravitational field of intervening compact mass objects (lenses), creating multiple (however not resolvable) images of the source. Relative motion of source, observer and lens leads to a variation of deflection/magnification and thus to a time dependant observable brightness change (lightcurve), a so-called microlensing event, lasting weeks to months. The focus lies on the modeling of binary-lens events, which provide a unique tool to fully characterize the lens-source system and to detect extra-solar planets around the lens star. Making use of the ability of genetic algorithms to efficiently explore large and intricate parameter spaces in the quest for the global best solution, a modeling software (Tango) for binary lenses is developed, presented and applied to data sets from the PLANET microlensing campaign. For the event OGLE-2002-BLG-069 the 2nd ever lens mass measurement has been achieved, leading to a scenario, where a G5III Bulge giant at 9.4 kpc is lensed by an M-dwarf binary with total mass of M=0.51 solar masses at distance 2.9 kpc. Furthermore a method is presented to use the absence of planetary lightcurve signatures to constrain the abundance of extra-solar planets.},
  subject      = {Planeten},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoellerer2016,
  author    = {H{\"o}llerer, Reinhard},
  title     = {Modellierung und Optimierung von B{\"u}rgerdiensten am Beispiel der Stadt Landshut},
  doi       = {10.25932/publishup-42598},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-425986},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xii, 244},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Projektierung und Abwicklung sowie die statische und dynamische Analyse von Gesch{\"a}ftsprozessen im Bereich des Verwaltens und Regierens auf kommunaler, L{\"a}nder- wie auch Bundesebene mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechniken besch{\"a}ftigen Politiker und Strategen f{\"u}r Informationstechnologie ebenso wie die {\"O}ffentlichkeit seit Langem. Der hieraus entstandene Begriff E-Government wurde in der Folge aus den unterschiedlichsten technischen, politischen und semantischen Blickrichtungen beleuchtet. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich dabei auf zwei Schwerpunktthemen: • Das erste Schwerpunktthema behandelt den Entwurf eines hierarchischen Architekturmodells, f{\"u}r welches sieben hierarchische Schichten identifiziert werden k{\"o}nnen. Diese erscheinen notwendig, aber auch hinreichend, um den allgemeinen Fall zu beschreiben. Den Hintergrund hierf{\"u}r liefert die langj{\"a}hrige Prozess- und Verwaltungserfahrung als Leiter der EDV-Abteilung der Stadtverwaltung Landshut, eine kreisfreie Stadt mit rund 69.000 Einwohnern im Nordosten von M{\"u}nchen. Sie steht als Repr{\"a}sentant f{\"u}r viele Verwaltungsvorg{\"a}nge in der Bundesrepublik Deutschland und ist dennoch als Analyseobjekt in der Gesamtkomplexit{\"a}t und Prozessquantit{\"a}t {\"u}berschaubar. Somit k{\"o}nnen aus der Analyse s{\"a}mtlicher Kernabl{\"a}ufe statische und dynamische Strukturen extrahiert und abstrakt modelliert werden. Die Schwerpunkte liegen in der Darstellung der vorhandenen Bedienabl{\"a}ufe in einer Kommune. Die Transformation der Bedienanforderung in einem hierarchischen System, die Darstellung der Kontroll- und der Operationszust{\"a}nde in allen Schichten wie auch die Strategie der Fehlererkennung und Fehlerbehebung schaffen eine transparente Basis f{\"u}r umfassende Restrukturierungen und Optimierungen. F{\"u}r die Modellierung wurde FMC-eCS eingesetzt, eine am Hasso-Plattner-Institut f{\"u}r Softwaresystemtechnik GmbH (HPI) im Fachgebiet Kommunikationssysteme entwickelte Methodik zur Modellierung zustandsdiskreter Systeme unter Ber{\"u}cksichtigung m{\"o}glicher Inkonsistenzen (Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Werner Zorn [ZW07a, ZW07b]). • Das zweite Schwerpunktthema widmet sich der quantitativen Modellierung und Optimierung von E-Government-Bediensystemen, welche am Beispiel des B{\"u}rgerb{\"u}ros der Stadt Landshut im Zeitraum 2008 bis 2015 durchgef{\"u}hrt wurden. Dies erfolgt auf Basis einer kontinuierlichen Betriebsdatenerfassung mit aufwendiger Vorverarbeitung zur Extrahierung mathematisch beschreibbarer Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Der hieraus entwickelte Dienstplan wurde hinsichtlich der erzielbaren Optimierungen im dauerhaften Echteinsatz verifiziert. [ZW07a] Zorn, Werner: «FMC-QE A New Approach in Quantitative Modeling», Vortrag anl{\"a}sslich: MSV'07- The 2007 International Conference on Modeling, Simulation and Visualization Methods WorldComp2007, Las Vegas, 28.6.2007. [ZW07b] Zorn, Werner: «FMC-QE, A New Approach in Quantitative Modeling», Ver{\"o}ffentlichung, Hasso-Plattner-Institut f{\"u}r Softwaresystemtechnik an der Universit{\"a}t Potsdam, 28.6.2007.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grum2021,
  author    = {Grum, Marcus},
  title     = {Construction of a concept of neuronal modeling},
  year      = {2021},
  abstract  = {The business problem of having inefficient processes, imprecise process analyses, and simulations as well as non-transparent artificial neuronal network models can be overcome by an easy-to-use modeling concept. With the aim of developing a flexible and efficient approach to modeling, simulating, and optimizing processes, this paper proposes a flexible Concept of Neuronal Modeling (CoNM). The modeling concept, which is described by the modeling language designed and its mathematical formulation and is connected to a technical substantiation, is based on a collection of novel sub-artifacts. As these have been implemented as a computational model, the set of CoNM tools carries out novel kinds of Neuronal Process Modeling (NPM), Neuronal Process Simulations (NPS), and Neuronal Process Optimizations (NPO). The efficacy of the designed artifacts was demonstrated rigorously by means of six experiments and a simulator of real industrial production processes.},
  language  = {en}
}
@book{OPUS4-62240,
  title     = {Lokales Integrationsmanagement in Deutschland, Schweden und Frankreich},
  editor    = {Bogumil, J{\"o}rg and Kuhlmann, Sabine and Hafner, Jonas and Kastilan, Andr{\´e} and Oehlert, Franziska and Reusch, Marie Catherine},
  publisher = {Nomos},
  address   = {Baden-Baden},
  isbn      = {978-3-7560-0558-1},
  doi       = {10.5771/9783748939115},
  pages     = {331},
  year      = {2023},
  abstract  = {Im vorliegenden Band wird das lokale Integrationsmanagement in Deutschland, Frankreich und Schweden vergleichend untersucht. Im Mittelpunkt stehen Verflechtungsstrukturen, Koordination und Leistungsf{\"a}higkeit der Integrationsverwaltung mit besonderem Fokus auf den Entwicklungen nach der Fl{\"u}chtlingskrise von 2015/16. Auf der Grundlage von Fallstudien und Experteninterviews in den drei L{\"a}ndern wird das institutionelle Zusammenspiel von Akteuren im Mehrebenensystem und im lokalen Raum analysiert. Dabei werden jeweils die nationalen Rahmenbedingungen, lokalen Gestaltungsvarianten und krisenbedingten Herausforderungen des Integrationsmanagement kommunen- und l{\"a}ndervergleichend in den Blick genommen. Gest{\"u}tzt auf illustrative Praxisbeispiele und Tiefeneinblicke in die lokalen Handlungsprobleme leitet die Studie Lehren und Empfehlungen f{\"u}r eine Optimierung des Integrationsmanagements und eine krisenresilientere Verwaltungsorganisation in diesem Aufgabenbereich ab.},
  language  = {de}
}