TY - JOUR A1 - Bärenzung, Julien A1 - Holschneider, Matthias A1 - Wicht, Johannes A1 - Sanchez, Sabrina A1 - Lesur, Vincent T1 - Modeling and predicting the short-term evolution of the geomagnetic field JF - Journal of geophysical research : Solid earth N2 - We propose a reduced dynamical system describing the coupled evolution of fluid flow and magnetic field at the top of the Earth's core between the years 1900 and 2014. The flow evolution is modeled with a first-order autoregressive process, while the magnetic field obeys the classical frozen flux equation. An ensemble Kalman filter algorithm serves to constrain the dynamics with the geomagnetic field and its secular variation given by the COV-OBS.x1 model. Using a large ensemble with 40,000 members provides meaningful statistics including reliable error estimates. The model highlights two distinct flow scales. Slowly varying large-scale elements include the already documented eccentric gyre. Localized short-lived structures include distinctly ageostophic features like the high-latitude polar jet on the Northern Hemisphere. Comparisons with independent observations of the length-of-day variations not only validate the flow estimates but also suggest an acceleration of the geostrophic flows over the last century. Hindcasting tests show that our model outperforms simpler predictions bases (linear extrapolation and stationary flow). The predictability limit, of about 2,000 years for the magnetic dipole component, is mostly determined by the random fast varying dynamics of the flow and much less by the geomagnetic data quality or lack of small-scale information. KW - core flow KW - assimilation KW - prediction KW - length of day Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1029/2017JB015115 SN - 2169-9313 SN - 2169-9356 VL - 123 IS - 6 SP - 4539 EP - 4560 PB - American Geophysical Union CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Christakoudi, Sofa A1 - Tsilidis, Konstantinos K. A1 - Muller, David C. A1 - Freisling, Heinz A1 - Weiderpass, Elisabete A1 - Overvad, Kim A1 - Söderberg, Stefan A1 - Häggström, Christel A1 - Pischon, Tobias A1 - Dahm, Christina C. A1 - Zhang, Jie A1 - Tjønneland, Anne A1 - Schulze, Matthias Bernd T1 - A Body Shape Index (ABSI) achieves better mortality risk stratification than alternative indices of abdominal obesity: results from a large European cohort JF - Scientific Reports N2 - Abdominal and general adiposity are independently associated with mortality, but there is no consensus on how best to assess abdominal adiposity. We compared the ability of alternative waist indices to complement body mass index (BMI) when assessing all-cause mortality. We used data from 352,985 participants in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) and Cox proportional hazards models adjusted for other risk factors. During a mean follow-up of 16.1 years, 38,178 participants died. Combining in one model BMI and a strongly correlated waist index altered the association patterns with mortality, to a predominantly negative association for BMI and a stronger positive association for the waist index, while combining BMI with the uncorrelated A Body Shape Index (ABSI) preserved the association patterns. Sex-specific cohort-wide quartiles of waist indices correlated with BMI could not separate high-risk from low-risk individuals within underweight (BMI<18.5 kg/m(2)) or obese (BMI30 kg/m(2)) categories, while the highest quartile of ABSI separated 18-39% of the individuals within each BMI category, which had 22-55% higher risk of death. In conclusion, only a waist index independent of BMI by design, such as ABSI, complements BMI and enables efficient risk stratification, which could facilitate personalisation of screening, treatment and monitoring. KW - all-cause mortality KW - anthropometric measures KW - mass index KW - overweight KW - cancer KW - prediction KW - adiposity KW - size Y1 - 2020 VL - 10 IS - 1 PB - Springer Nature CY - Berlin ER - TY - GEN A1 - Christakoudi, Sofa A1 - Tsilidis, Konstantinos K. A1 - Muller, David C. A1 - Freisling, Heinz A1 - Weiderpass, Elisabete A1 - Overvad, Kim A1 - Söderberg, Stefan A1 - Häggström, Christel A1 - Pischon, Tobias A1 - Dahm, Christina C. A1 - Zhang, Jie A1 - Tjønneland, Anne A1 - Schulze, Matthias Bernd T1 - A Body Shape Index (ABSI) achieves better mortality risk stratification than alternative indices of abdominal obesity: results from a large European cohort T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Abdominal and general adiposity are independently associated with mortality, but there is no consensus on how best to assess abdominal adiposity. We compared the ability of alternative waist indices to complement body mass index (BMI) when assessing all-cause mortality. We used data from 352,985 participants in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) and Cox proportional hazards models adjusted for other risk factors. During a mean follow-up of 16.1 years, 38,178 participants died. Combining in one model BMI and a strongly correlated waist index altered the association patterns with mortality, to a predominantly negative association for BMI and a stronger positive association for the waist index, while combining BMI with the uncorrelated A Body Shape Index (ABSI) preserved the association patterns. Sex-specific cohort-wide quartiles of waist indices correlated with BMI could not separate high-risk from low-risk individuals within underweight (BMI<18.5 kg/m(2)) or obese (BMI30 kg/m(2)) categories, while the highest quartile of ABSI separated 18-39% of the individuals within each BMI category, which had 22-55% higher risk of death. In conclusion, only a waist index independent of BMI by design, such as ABSI, complements BMI and enables efficient risk stratification, which could facilitate personalisation of screening, treatment and monitoring. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1200 KW - all-cause mortality KW - anthropometric measures KW - mass index KW - overweight KW - cancer KW - prediction KW - adiposity KW - size Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525827 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - GEN A1 - Ciemer, Catrin A1 - Rehm, Lars A1 - Kurths, Jürgen A1 - Donner, Reik Volker A1 - Winkelmann, Ricarda A1 - Boers, Niklas T1 - An early-warning indicator for Amazon droughts exclusively based on tropical Atlantic sea surface temperatures T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Droughts in tropical South America have an imminent and severe impact on the Amazon rainforest and affect the livelihoods of millions of people. Extremely dry conditions in Amazonia have been previously linked to sea surface temperature (SST) anomalies in the adjacent tropical oceans. Although the sources and impacts of such droughts have been widely studied, establishing reliable multi-year lead statistical forecasts of their occurrence is still an ongoing challenge. Here, we further investigate the relationship between SST and rainfall anomalies using a complex network approach. We identify four ocean regions which exhibit the strongest overall SST correlations with central Amazon rainfall, including two particularly prominent regions in the northern and southern tropical Atlantic. Based on the time-dependent correlation between SST anomalies in these two regions alone, we establish a new early-warning method for droughts in the central Amazon basin and demonstrate its robustness in hindcasting past major drought events with lead-times up to 18 months. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1207 KW - complex networks KW - droughts KW - prediction KW - Amazon rainforest Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525863 SN - 1866-8372 IS - 9 ER - TY - JOUR A1 - Ciemer, Catrin A1 - Rehm, Lars A1 - Kurths, Jürgen A1 - Donner, Reik Volker A1 - Winkelmann, Ricarda A1 - Boers, Niklas T1 - An early-warning indicator for Amazon droughts exclusively based on tropical Atlantic sea surface temperatures JF - Environmental Research Letters N2 - Droughts in tropical South America have an imminent and severe impact on the Amazon rainforest and affect the livelihoods of millions of people. Extremely dry conditions in Amazonia have been previously linked to sea surface temperature (SST) anomalies in the adjacent tropical oceans. Although the sources and impacts of such droughts have been widely studied, establishing reliable multi-year lead statistical forecasts of their occurrence is still an ongoing challenge. Here, we further investigate the relationship between SST and rainfall anomalies using a complex network approach. We identify four ocean regions which exhibit the strongest overall SST correlations with central Amazon rainfall, including two particularly prominent regions in the northern and southern tropical Atlantic. Based on the time-dependent correlation between SST anomalies in these two regions alone, we establish a new early-warning method for droughts in the central Amazon basin and demonstrate its robustness in hindcasting past major drought events with lead-times up to 18 months. KW - complex networks KW - droughts KW - prediction KW - Amazon rainforest Y1 - 2019 VL - 15 IS - 9 PB - IOP - Institute of Physics Publishing CY - Bristol ER - TY - THES A1 - Elsaid, Mohamed Esameldin Mohamed T1 - Virtual machines live migration cost modeling and prediction T1 - Modellierung und Vorhersage der Live-Migrationskosten für Virtuelle Maschinen N2 - Dynamic resource management is an essential requirement for private and public cloud computing environments. With dynamic resource management, the physical resources assignment to the cloud virtual resources depends on the actual need of the applications or the running services, which enhances the cloud physical resources utilization and reduces the offered services cost. In addition, the virtual resources can be moved across different physical resources in the cloud environment without an obvious impact on the running applications or services production. This means that the availability of the running services and applications in the cloud is independent on the hardware resources including the servers, switches and storage failures. This increases the reliability of using cloud services compared to the classical data-centers environments. In this thesis we briefly discuss the dynamic resource management topic and then deeply focus on live migration as the definition of the compute resource dynamic management. Live migration is a commonly used and an essential feature in cloud and virtual data-centers environments. Cloud computing load balance, power saving and fault tolerance features are all dependent on live migration to optimize the virtual and physical resources usage. As we will discuss in this thesis, live migration shows many benefits to cloud and virtual data-centers environments, however the cost of live migration can not be ignored. Live migration cost includes the migration time, downtime, network overhead, power consumption increases and CPU overhead. IT admins run virtual machines live migrations without an idea about the migration cost. So, resources bottlenecks, higher migration cost and migration failures might happen. The first problem that we discuss in this thesis is how to model the cost of the virtual machines live migration. Secondly, we investigate how to make use of machine learning techniques to help the cloud admins getting an estimation of this cost before initiating the migration for one of multiple virtual machines. Also, we discuss the optimal timing for a specific virtual machine before live migration to another server. Finally, we propose practical solutions that can be used by the cloud admins to be integrated with the cloud administration portals to answer the raised research questions above. Our research methodology to achieve the project objectives is to propose empirical models based on using VMware test-beds with different benchmarks tools. Then we make use of the machine learning techniques to propose a prediction approach for virtual machines live migration cost. Timing optimization for live migration is also proposed in this thesis based on using the cost prediction and data-centers network utilization prediction. Live migration with persistent memory clusters is also discussed at the end of the thesis. The cost prediction and timing optimization techniques proposed in this thesis could be practically integrated with VMware vSphere cluster portal such that the IT admins can now use the cost prediction feature and timing optimization option before proceeding with a virtual machine live migration. Testing results show that our proposed approach for VMs live migration cost prediction shows acceptable results with less than 20% prediction error and can be easily implemented and integrated with VMware vSphere as an example of a commonly used resource management portal for virtual data-centers and private cloud environments. The results show that using our proposed VMs migration timing optimization technique also could save up to 51% of migration time of the VMs migration time for memory intensive workloads and up to 27% of the migration time for network intensive workloads. This timing optimization technique can be useful for network admins to save migration time with utilizing higher network rate and higher probability of success. At the end of this thesis, we discuss the persistent memory technology as a new trend in servers memory technology. Persistent memory modes of operation and configurations are discussed in detail to explain how live migration works between servers with different memory configuration set up. Then, we build a VMware cluster with persistent memory inside server and also with DRAM only servers to show the live migration cost difference between the VMs with DRAM only versus the VMs with persistent memory inside. N2 - Die dynamische Ressourcenverwaltung ist eine wesentliche Voraussetzung für private und öffentliche Cloud-Computing-Umgebungen. Bei der dynamischen Ressourcenverwaltung hängt die Zuweisung der physischen Ressourcen zu den virtuellen Cloud-Ressourcen vom tatsächlichen Bedarf der Anwendungen oder der laufenden Dienste ab, was die Auslastung der physischen Cloud-Ressourcen verbessert und die Kosten für die angebotenen Dienste reduziert. Darüber hinaus können die virtuellen Ressourcen über verschiedene physische Ressourcen in der Cloud-Umgebung verschoben werden, ohne dass dies einen offensichtlichen Einfluss auf die laufenden Anwendungen oder die Produktion der Dienste hat. Das bedeutet, dass die Verfügbarkeit der laufenden Dienste und Anwendungen in der Cloud unabhängig von den Hardwareressourcen einschließlich der Server, Netzwerke und Speicherausfälle ist. Dies erhöht die Zuverlässigkeit bei der Nutzung von Cloud-Diensten im Vergleich zu klassischen Rechenzentrumsumgebungen. In dieser Arbeit wird das Thema der dynamischen Ressourcenverwaltung kurz erörtert, um sich dann eingehend mit der Live-Migration als Definition der dynamischen Verwaltung von Compute-Ressourcen zu beschäftigen. Live-Migration ist eine häufig verwendete und wesentliche Funktion in Cloud- und virtuellen Rechenzentrumsumgebungen. Cloud-Computing-Lastausgleich, Energiespar- und Fehlertoleranzfunktionen sind alle von der Live-Migration abhängig, um die Nutzung der virtuellen und physischen Ressourcen zu optimieren. Wie wir in dieser Arbeit erörtern werden, zeigt die Live-Migration viele Vorteile für Cloud- und virtuelle Rechenzentrumsumgebungen, jedoch können die Kosten der Live-Migration nicht ignoriert werden. Zu den Kosten der Live-Migration gehören die Migrationszeit, die Ausfallzeit, der Netzwerk-Overhead, der Anstieg des Stromverbrauchs und der CPU-Overhead. IT-Administratoren führen Live-Migrationen von virtuellen Maschinen durch, ohne eine Vorstellung von den Migrationskosten zu haben. So kann es zu Ressourcenengpässen, höheren Migrationskosten und Migrationsfehlern kommen. Das erste Problem, das wir in dieser Arbeit diskutieren, ist, wie man die Kosten der Live-Migration virtueller Maschinen modellieren kann. Zweitens untersuchen wir, wie maschinelle Lerntechniken eingesetzt werden können, um den Cloud-Administratoren zu helfen, eine Schätzung dieser Kosten zu erhalten, bevor die Migration für eine oder mehrere virtuelle Maschinen eingeleitet wird. Außerdem diskutieren wir das optimale Timing für eine bestimmte virtuelle Maschine vor der Live-Migration auf einen anderen Server. Schließlich schlagen wir praktische Lösungen vor, die von den Cloud-Admins verwendet werden können, um in die Cloud-Administrationsportale integriert zu werden, um die oben aufgeworfenen Forschungsfragen zu beantworten. Unsere Forschungsmethodik zur Erreichung der Projektziele besteht darin, empirische Modelle vorzuschlagen, die auf der Verwendung von VMware-Testbeds mit verschiedenen Benchmark-Tools basieren. Dann nutzen wir die Techniken des maschinellen Lernens, um einen Vorhersageansatz für die Kosten der Live-Migration virtueller Maschinen vorzuschlagen. Die Timing-Optimierung für die Live-Migration wird ebenfalls in dieser Arbeit vorgeschlagen, basierend auf der Kostenvorhersage und der Vorhersage der Netzwerkauslastung des Rechenzentrums. Die Live-Migration mit Clustern mit persistentem Speicher wird ebenfalls am Ende der Arbeit diskutiert. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Techniken zur Kostenvorhersage und Timing-Optimierung könnten praktisch in das VMware vSphere-Cluster-Portal integriert werden, so dass die IT-Administratoren nun die Funktion zur Kostenvorhersage und die Option zur Timing-Optimierung nutzen können, bevor sie mit einer Live-Migration der virtuellen Maschine fortfahren. Die Testergebnisse zeigen, dass unser vorgeschlagener Ansatz für die VMs-Live-Migrationskostenvorhersage akzeptable Ergebnisse mit weniger als 20\% Fehler in der Vorhersagegenauigkeit zeigt und leicht implementiert und in VMware vSphere als Beispiel für ein häufig verwendetes Ressourcenmanagement-Portal für virtuelle Rechenzentren und private Cloud-Umgebungen integriert werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der von uns vorgeschlagenen Technik zur Timing-Optimierung der VMs-Migration auch bis zu 51\% der Migrationszeit für speicherintensive Workloads und bis zu 27\% der Migrationszeit für netzwerkintensive Workloads eingespart werden können. Diese Timing-Optimierungstechnik kann für Netzwerkadministratoren nützlich sein, um Migrationszeit zu sparen und dabei eine höhere Netzwerkrate und eine höhere Erfolgswahrscheinlichkeit zu nutzen. Am Ende dieser Arbeit wird die persistente Speichertechnologie als neuer Trend in der Server-Speichertechnologie diskutiert. Die Betriebsarten und Konfigurationen des persistenten Speichers werden im Detail besprochen, um zu erklären, wie die Live-Migration zwischen Servern mit unterschiedlichen Speicherkonfigurationen funktioniert. Dann bauen wir einen VMware-Cluster mit persistentem Speicher im Server und auch mit Servern nur mit DRAM auf, um den Kostenunterschied bei der Live-Migration zwischen den VMs mit nur DRAM und den VMs mit persistentem Speicher im Server zu zeigen. KW - virtual KW - cloud KW - computing KW - machines KW - live migration KW - machine learning KW - prediction KW - Wolke KW - Computing KW - Live-Migration KW - maschinelles Lernen KW - Maschinen KW - Vorhersage KW - virtuell Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-540013 ER - TY - THES A1 - Gámez López, Antonio Juan T1 - Application of nonlinear dimensionality reduction to climate data for prediction T1 - Anwendung nichtlinearer Dimensionsreduktion auf Klimadaten zur Vorhersage N2 - This Thesis was devoted to the study of the coupled system composed by El Niño/Southern Oscillation and the Annual Cycle. More precisely, the work was focused on two main problems: 1. How to separate both oscillations into an affordable model for understanding the behaviour of the whole system. 2. How to model the system in order to achieve a better understanding of the interaction, as well as to predict future states of the system. We focused our efforts in the Sea Surface Temperature equations, considering that atmospheric effects were secondary to the ocean dynamics. The results found may be summarised as follows: 1. Linear methods are not suitable for characterising the dimensionality of the sea surface temperature in the tropical Pacific Ocean. Therefore they do not help to separate the oscillations by themselves. Instead, nonlinear methods of dimensionality reduction are proven to be better in defining a lower limit for the dimensionality of the system as well as in explaining the statistical results in a more physical way [1]. In particular, Isomap, a nonlinear modification of Multidimensional Scaling methods, provides a physically appealing method of decomposing the data, as it substitutes the euclidean distances in the manifold by an approximation of the geodesic distances. We expect that this method could be successfully applied to other oscillatory extended systems and, in particular, to meteorological systems. 2. A three dimensional dynamical system could be modeled, using a backfitting algorithm, for describing the dynamics of the sea surface temperature in the tropical Pacific Ocean. We observed that, although there were few data points available, we could predict future behaviours of the coupled ENSO-Annual Cycle system with an accuracy of less than six months, although the constructed system presented several drawbacks: few data points to input in the backfitting algorithm, untrained model, lack of forcing with external data and simplification using a close system. Anyway, ensemble prediction techniques showed that the prediction skills of the three dimensional time series were as good as those found in much more complex models. This suggests that the climatological system in the tropics is mainly explained by ocean dynamics, while the atmosphere plays a secondary role in the physics of the process. Relevant predictions for short lead times can be made using a low dimensional system, despite its simplicity. The analysis of the SST data suggests that nonlinear interaction between the oscillations is small, and that noise plays a secondary role in the fundamental dynamics of the oscillations [2]. A global view of the work shows a general procedure to face modeling of climatological systems. First, we should find a suitable method of either linear or nonlinear dimensionality reduction. Then, low dimensional time series could be extracted out of the method applied. Finally, a low dimensional model could be found using a backfitting algorithm in order to predict future states of the system. N2 - Das Ziel dieser Arbeit ist es das Verhalten der Temperatur des Meers im tropischen Pazifischen Ozean vorherzusagen. In diesem Gebiet der Welt finden zwei wichtige Phänomene gleichzeitig statt: der jährliche Zyklus und El Niño. Der jährliche Zyklus kann als Oszillation physikalischer Variablen (z.B. Temperatur, Windgeschwindigkeit, Höhe des Meeresspiegels), welche eine Periode von einem Jahr zeigen, definiert werden. Das bedeutet, dass das Verhalten des Meers und der Atmosphäre alle zwölf Monate ähnlich sind (alle Sommer sind ähnlicher jedes Jahr als Sommer und Winter des selben Jahres). El Niño ist eine irreguläre Oszillation weil sie abwechselnd hohe und tiefe Werte erreicht, aber nicht zu einer festen Zeit, wie der jährliche Zyklus. Stattdessen, kann el Niño in einem Jahr hohe Werte erreichen und dann vier, fünf oder gar sieben Jahre benötigen, um wieder aufzutreten. Es ist dabei zu beachten, dass zwei Phänomene, die im selben Raum stattfinden, sich gegenseitig beeinflussen. Dennoch weiß man sehr wenig darüber, wie genau el Niño den jährlichen Zyklus beeinflusst, und umgekehrt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, erstens, sich auf die Temperatur des Meers zu fokussieren, um das gesamte System zu analysieren; zweitens, alle Temperaturzeitreihen im tropischen Pazifischen Ozean auf die geringst mögliche Anzahl zu reduzieren, um das System einerseits zu vereinfachen, ohne aber andererseits wesentliche Information zu verlieren. Dieses Vorgehen ähnelt der Analyse einer langen schwingenden Feder, die sich leicht um die Ruhelage bewegt. Obwohl die Feder lang ist, können wir näherungsweise die ganze Feder zeichnen wenn wir die höchsten Punkte zur einen bestimmten Zeitpunkt kennen. Daher, brauchen wir nur einige Punkte der Feder um ihren Zustand zu charakterisieren. Das Hauptproblem in unserem Fall ist die Mindestanzahl von Punkten zu finden, die ausreicht, um beide Phänomene zu beschreiben. Man hat gefunden, dass diese Anzahl drei ist. Nach diesem Teil, war das Ziel vorherzusagen, wie die Temperaturen sich in der Zeit entwickeln werden, wenn man die aktuellen und vergangenen Temperaturen kennt. Man hat beobachtet, dass eine genaue Vorhersage bis zu sechs oder weniger Monate gemacht werden kann, und dass die Temperatur für ein Jahr nicht vorhersagbar ist. Ein wichtiges Resultat ist, dass die Vorhersagen auf kurzen Zeitskalen genauso gut sind, wie die Vorhersagen, welche andere Autoren mit deutlich komplizierteren Methoden erhalten haben. Deswegen ist meine Aussage, dass das gesamte System von jährlichem Zyklus und El Niño mittels einfacherer Methoden als der heute angewandten vorhergesagt werden kann. KW - Nichtlineare Dynamik KW - El Niño Phänomen KW - Prognose KW - nonlinear dynamics KW - El Niño KW - prediction Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10956 ER - TY - THES A1 - Haider, Peter T1 - Prediction with Mixture Models T1 - Vorhersage mit Mischmodellen N2 - Learning a model for the relationship between the attributes and the annotated labels of data examples serves two purposes. Firstly, it enables the prediction of the label for examples without annotation. Secondly, the parameters of the model can provide useful insights into the structure of the data. If the data has an inherent partitioned structure, it is natural to mirror this structure in the model. Such mixture models predict by combining the individual predictions generated by the mixture components which correspond to the partitions in the data. Often the partitioned structure is latent, and has to be inferred when learning the mixture model. Directly evaluating the accuracy of the inferred partition structure is, in many cases, impossible because the ground truth cannot be obtained for comparison. However it can be assessed indirectly by measuring the prediction accuracy of the mixture model that arises from it. This thesis addresses the interplay between the improvement of predictive accuracy by uncovering latent cluster structure in data, and further addresses the validation of the estimated structure by measuring the accuracy of the resulting predictive model. In the application of filtering unsolicited emails, the emails in the training set are latently clustered into advertisement campaigns. Uncovering this latent structure allows filtering of future emails with very low false positive rates. In order to model the cluster structure, a Bayesian clustering model for dependent binary features is developed in this thesis. Knowing the clustering of emails into campaigns can also aid in uncovering which emails have been sent on behalf of the same network of captured hosts, so-called botnets. This association of emails to networks is another layer of latent clustering. Uncovering this latent structure allows service providers to further increase the accuracy of email filtering and to effectively defend against distributed denial-of-service attacks. To this end, a discriminative clustering model is derived in this thesis that is based on the graph of observed emails. The partitionings inferred using this model are evaluated through their capacity to predict the campaigns of new emails. Furthermore, when classifying the content of emails, statistical information about the sending server can be valuable. Learning a model that is able to make use of it requires training data that includes server statistics. In order to also use training data where the server statistics are missing, a model that is a mixture over potentially all substitutions thereof is developed. Another application is to predict the navigation behavior of the users of a website. Here, there is no a priori partitioning of the users into clusters, but to understand different usage scenarios and design different layouts for them, imposing a partitioning is necessary. The presented approach simultaneously optimizes the discriminative as well as the predictive power of the clusters. Each model is evaluated on real-world data and compared to baseline methods. The results show that explicitly modeling the assumptions about the latent cluster structure leads to improved predictions compared to the baselines. It is beneficial to incorporate a small number of hyperparameters that can be tuned to yield the best predictions in cases where the prediction accuracy can not be optimized directly. N2 - Das Lernen eines Modells für den Zusammenhang zwischen den Eingabeattributen und annotierten Zielattributen von Dateninstanzen dient zwei Zwecken. Einerseits ermöglicht es die Vorhersage des Zielattributs für Instanzen ohne Annotation. Andererseits können die Parameter des Modells nützliche Einsichten in die Struktur der Daten liefern. Wenn die Daten eine inhärente Partitionsstruktur besitzen, ist es natürlich, diese Struktur im Modell widerzuspiegeln. Solche Mischmodelle generieren Vorhersagen, indem sie die individuellen Vorhersagen der Mischkomponenten, welche mit den Partitionen der Daten korrespondieren, kombinieren. Oft ist die Partitionsstruktur latent und muss beim Lernen des Mischmodells mitinferiert werden. Eine direkte Evaluierung der Genauigkeit der inferierten Partitionsstruktur ist in vielen Fällen unmöglich, weil keine wahren Referenzdaten zum Vergleich herangezogen werden können. Jedoch kann man sie indirekt einschätzen, indem man die Vorhersagegenauigkeit des darauf basierenden Mischmodells misst. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel zwischen der Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit durch das Aufdecken latenter Partitionierungen in Daten, und der Bewertung der geschätzen Struktur durch das Messen der Genauigkeit des resultierenden Vorhersagemodells. Bei der Anwendung des Filterns unerwünschter E-Mails sind die E-Mails in der Trainingsmende latent in Werbekampagnen partitioniert. Das Aufdecken dieser latenten Struktur erlaubt das Filtern zukünftiger E-Mails mit sehr niedrigen Falsch-Positiv-Raten. In dieser Arbeit wird ein Bayes'sches Partitionierunsmodell entwickelt, um diese Partitionierungsstruktur zu modellieren. Das Wissen über die Partitionierung von E-Mails in Kampagnen hilft auch dabei herauszufinden, welche E-Mails auf Veranlassen des selben Netzes von infiltrierten Rechnern, sogenannten Botnetzen, verschickt wurden. Dies ist eine weitere Schicht latenter Partitionierung. Diese latente Struktur aufzudecken erlaubt es, die Genauigkeit von E-Mail-Filtern zu erhöhen und sich effektiv gegen verteilte Denial-of-Service-Angriffe zu verteidigen. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit ein diskriminatives Partitionierungsmodell hergeleitet, welches auf dem Graphen der beobachteten E-Mails basiert. Die mit diesem Modell inferierten Partitionierungen werden via ihrer Leistungsfähigkeit bei der Vorhersage der Kampagnen neuer E-Mails evaluiert. Weiterhin kann bei der Klassifikation des Inhalts einer E-Mail statistische Information über den sendenden Server wertvoll sein. Ein Modell zu lernen das diese Informationen nutzen kann erfordert Trainingsdaten, die Serverstatistiken enthalten. Um zusätzlich Trainingsdaten benutzen zu können, bei denen die Serverstatistiken fehlen, wird ein Modell entwickelt, das eine Mischung über potentiell alle Einsetzungen davon ist. Eine weitere Anwendung ist die Vorhersage des Navigationsverhaltens von Benutzern einer Webseite. Hier gibt es nicht a priori eine Partitionierung der Benutzer. Jedoch ist es notwendig, eine Partitionierung zu erzeugen, um verschiedene Nutzungsszenarien zu verstehen und verschiedene Layouts dafür zu entwerfen. Der vorgestellte Ansatz optimiert gleichzeitig die Fähigkeiten des Modells, sowohl die beste Partition zu bestimmen als auch mittels dieser Partition Vorhersagen über das Verhalten zu generieren. Jedes Modell wird auf realen Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass das explizite Modellieren der Annahmen über die latente Partitionierungsstruktur zu verbesserten Vorhersagen führt. In den Fällen bei denen die Vorhersagegenauigkeit nicht direkt optimiert werden kann, erweist sich die Hinzunahme einer kleinen Anzahl von übergeordneten, direkt einstellbaren Parametern als nützlich. KW - maschinelles Lernen KW - Vorhersage KW - Clusteranalyse KW - Mischmodelle KW - machine learning KW - prediction KW - clustering KW - mixture models Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69617 ER - TY - JOUR A1 - Hartmann, Julia A1 - Ehlert, Antje A1 - Fritz, Annemarie T1 - Welche Rolle spielen sprachliche Parameter für die Entwicklung integrierter verbal-numerischer Konzepte im vierten Lebensjahr? JF - Frühe Bildung : interdisziplinäre Zeitschrift für Forschung, Ausbildung und Praxis N2 - Der Beitrag untersucht, ob und zu welchen Anteilen frühe sprachliche Kompetenzen numerische Kompetenzen vorhersagen. An 72 dreijährigen Kindern wurden numerische, verbal produktive und rezeptive sowie grammatische Leistungen zwei Mal im Abstand von drei Monaten erhoben. Mithilfe von Strukturgleichungsmodellen kann gezeigt werden, dass sprachliche und numerische Leistungen in diesem Alter noch wenig distinkt sind. Für die numerischen Kompetenzen findet sich bereits in diesem Alter eine hohe interindividuelle Entwicklungsstabilität. Ein bedeutsamer Einfluss sprachlicher Kompetenz auf den Zuwachs mathematischer Kompetenz im vierten Lebensjahr konnte nicht nachgewiesen werden. Wir diskutieren die Ergebnisse vor dem Hintergrund der aktuellen Thesen zum Zusammenhang von Sprache und Numerik in der Entwicklung. N2 - This article investigates how and to what extent early verbal competencies predict numerical competencies. In this study, we tested 72 toddlers at the age of 3 years two times with a 3-month period in-between. The results acquired by means of structural equation models reveal that early numerical competencies and early verbal competencies are closely related to each other and are less distinct. Numerical competencies are best predicted by numerical tasks, and at this age verbal competencies do not seem to play a significant role in predicting numerical competencies. We discuss our findings in the context of the current thesis of how speech and numeracy are aligned. T2 - Which Role Do Verbal Parameters Play in the Development of Integrated Verbal-Numerical Concepts at the Age of Four? KW - number KW - verbal competencies KW - numerical competencies KW - prediction KW - early childhood KW - numerik KW - sprachlische Kompetenzen KW - numerische Kompetenzen KW - Vorhersage KW - Kindheit Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1026/2191-9186/a000410 SN - 2191-9186 SN - 2191-9194 VL - 8 IS - 1 SP - 44 EP - 52 PB - Hogrefe CY - Göttingen ER - TY - GEN A1 - Hische, Manuela A1 - Larhlimi, Abdelhalim A1 - Schwarz, Franziska A1 - Fischer-Rosinský, Antje A1 - Bobbert, Thomas A1 - Assmann, Anke A1 - Catchpole, Gareth S. A1 - Pfeiffer, Andreas F. H. A1 - Willmitzer, Lothar A1 - Selbig, Joachim A1 - Spranger, Joachim T1 - A distinct metabolic signature predictsdevelopment of fasting plasma glucose T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Background High blood glucose and diabetes are amongst the conditions causing the greatest losses in years of healthy life worldwide. Therefore, numerous studies aim to identify reliable risk markers for development of impaired glucose metabolism and type 2 diabetes. However, the molecular basis of impaired glucose metabolism is so far insufficiently understood. The development of so called 'omics' approaches in the recent years promises to identify molecular markers and to further understand the molecular basis of impaired glucose metabolism and type 2 diabetes. Although univariate statistical approaches are often applied, we demonstrate here that the application of multivariate statistical approaches is highly recommended to fully capture the complexity of data gained using high-throughput methods. Methods We took blood plasma samples from 172 subjects who participated in the prospective Metabolic Syndrome Berlin Potsdam follow-up study (MESY-BEPO Follow-up). We analysed these samples using Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry (GC-MS), and measured 286 metabolites. Furthermore, fasting glucose levels were measured using standard methods at baseline, and after an average of six years. We did correlation analysis and built linear regression models as well as Random Forest regression models to identify metabolites that predict the development of fasting glucose in our cohort. Results We found a metabolic pattern consisting of nine metabolites that predicted fasting glucose development with an accuracy of 0.47 in tenfold cross-validation using Random Forest regression. We also showed that adding established risk markers did not improve the model accuracy. However, external validation is eventually desirable. Although not all metabolites belonging to the final pattern are identified yet, the pattern directs attention to amino acid metabolism, energy metabolism and redox homeostasis. Conclusions We demonstrate that metabolites identified using a high-throughput method (GC-MS) perform well in predicting the development of fasting plasma glucose over several years. Notably, not single, but a complex pattern of metabolites propels the prediction and therefore reflects the complexity of the underlying molecular mechanisms. This result could only be captured by application of multivariate statistical approaches. Therefore, we highly recommend the usage of statistical methods that seize the complexity of the information given by high-throughput methods. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 850 KW - prediction KW - fasting glucose KW - type 2 diabetes KW - metabolomics KW - plasma KW - random forest KW - metabolite KW - regression KW - biomarker Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427400 SN - 1866-8372 IS - 850 ER -