TY - JOUR
A1 - Schneider, Johannes
A1 - Wenig, Phillip
A1 - Papenbrock, Thorsten
T1 - Distributed detection of sequential anomalies in univariate time series
JF - The VLDB journal : the international journal on very large data bases
N2 - The automated detection of sequential anomalies in time series is an essential task for many applications, such as the monitoring of technical systems, fraud detection in high-frequency trading, or the early detection of disease symptoms. All these applications require the detection to find all sequential anomalies possibly fast on potentially very large time series. In other words, the detection needs to be effective, efficient and scalable w.r.t. the input size. Series2Graph is an effective solution based on graph embeddings that are robust against re-occurring anomalies and can discover sequential anomalies of arbitrary length and works without training data. Yet, Series2Graph is no t scalable due to its single-threaded approach; it cannot, in particular, process arbitrarily large sequences due to the memory constraints of a single machine. In this paper, we propose our distributed anomaly detection system, short DADS, which is an efficient and scalable adaptation of Series2Graph. Based on the actor programming model, DADS distributes the input time sequence, intermediate state and the computation to all processors of a cluster in a way that minimizes communication costs and synchronization barriers. Our evaluation shows that DADS is orders of magnitude faster than S2G, scales almost linearly with the number of processors in the cluster and can process much larger input sequences due to its scale-out property.
KW - Distributed programming
KW - Sequential anomaly
KW - Actor model
KW - Data mining
KW - Time series
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1007/s00778-021-00657-6
SN - 1066-8888
SN - 0949-877X
VL - 30
IS - 4
SP - 579
EP - 602
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - CHAP
A1 - Vladova, Gergana
A1 - Ullrich, André
A1 - Sultanow, Eldar
A1 - Tobolla, Marinho
A1 - Sebrak, Sebastian
A1 - Czarnecki, Christian
A1 - Brockmann, Carsten
ED - Klein, Maike
ED - Krupka, Daniel
ED - Winter, Cornelia
ED - Wohlgemuth, Volker
T1 - Visual analytics for knowledge management
BT - advantages for organizations and interorganizational teams
T2 - Informatik 2023
N2 - The management of knowledge in organizations considers both established long-term
processes and cooperation in agile project teams. Since knowledge can be both tacit and explicit, its transfer from the individual to the organizational knowledge base poses a challenge in organizations. This challenge increases when the fluctuation of knowledge carriers is exceptionally high. Especially in large projects in which external consultants are involved, there is a risk that critical, company-relevant knowledge generated in the project will leave the company with the external knowledge carrier and thus be lost. In this paper, we show the advantages of an early warning system for knowledge management to avoid this loss. In particular, the potential of visual analytics in the context of knowledge management systems is presented and discussed. We present a project for the development of a business-critical software system and discuss the first implementations and results.
KW - knowledge management
KW - visual analytics
KW - knowledge transfer
KW - teamwork
KW - knowledge management system
KW - tacit knowledge
KW - explicit knowledge
Y1 - 2023
SN - 978-3-88579-731-9
U6 - https://doi.org/10.18420/inf2023_187
SN - 1617-5468
SP - 1851
EP - 1870
PB - Gesellschaft für Informatik e.V. (GI)
CY - Bonn
ER -
TY - THES
A1 - Halfpap, Stefan
T1 - Integer linear programming-based heuristics for partially replicated database clusters and selecting indexes
T1 - Auf ganzzahliger linearer Optimierung basierende Heuristiken für partiell-replizierte Datenbankcluster und das Auswählen von Indizes
N2 - Column-oriented database systems can efficiently process transactional and analytical queries on a single node. However, increasing or peak analytical loads can quickly saturate single-node database systems. Then, a common scale-out option is using a database cluster with a single primary node for transaction processing and read-only replicas. Using (the naive) full replication, queries are distributed among nodes independently of the accessed data. This approach is relatively expensive because all nodes must store all data and apply all data modifications caused by inserts, deletes, or updates.
In contrast to full replication, partial replication is a more cost-efficient implementation: Instead of duplicating all data to all replica nodes, partial replicas store only a subset of the data while being able to process a large workload share. Besides lower storage costs, partial replicas enable (i) better scaling because replicas must potentially synchronize only subsets of the data modifications and thus have more capacity for read-only queries and (ii) better elasticity because replicas have to load less data and can be set up faster. However, splitting the overall workload evenly among the replica nodes while optimizing the data allocation is a challenging assignment problem.
The calculation of optimized data allocations in a partially replicated database cluster can be modeled using integer linear programming (ILP). ILP is a common approach for solving assignment problems, also in the context of database systems. Because ILP is not scalable, existing approaches (also for calculating partial allocations) often fall back to simple (e.g., greedy) heuristics for larger problem instances. Simple heuristics may work well but can lose optimization potential.
In this thesis, we present optimal and ILP-based heuristic programming models for calculating data fragment allocations for partially replicated database clusters. Using ILP, we are flexible to extend our models to (i) consider data modifications and reallocations and (ii) increase the robustness of allocations to compensate for node failures and workload uncertainty. We evaluate our approaches for TPC-H, TPC-DS, and a real-world accounting workload and compare the results to state-of-the-art allocation approaches. Our evaluations show significant improvements for varied allocation’s properties: Compared to existing approaches, we can, for example, (i) almost halve the amount of allocated data, (ii) improve the throughput in case of node failures and workload uncertainty while using even less memory, (iii) halve the costs of data modifications, and (iv) reallocate less than 90% of data when adding a node to the cluster. Importantly, we can calculate the corresponding ILP-based heuristic solutions within a few seconds. Finally, we demonstrate that the ideas of our ILP-based heuristics are also applicable to the index selection problem.
N2 - Spaltenorientierte Datenbanksysteme können transaktionale und analytische Abfragen effizient auf einem einzigen Rechenknoten verarbeiten. Steigende Lasten oder Lastspitzen können Datenbanksysteme mit nur einem Rechenknoten jedoch schnell überlasten. Dann besteht eine gängige Skalierungsmöglichkeit darin, einen Datenbankcluster mit einem einzigen Rechenknoten für die Transaktionsverarbeitung und Replikatknoten für lesende Datenbankanfragen zu verwenden. Bei der (naiven) vollständigen Replikation werden Anfragen unabhängig von den Daten, auf die zugegriffen wird, auf die Knoten verteilt. Dieser Ansatz ist relativ teuer, da alle Knoten alle Daten speichern und alle Datenänderungen anwenden müssen, die durch das Einfügen, Löschen oder Aktualisieren von Datenbankeinträgen verursacht werden.
Im Gegensatz zur vollständigen Replikation ist die partielle Replikation eine kostengünstige Alternative: Anstatt alle Daten auf alle Replikationsknoten zu duplizieren, speichern partielle Replikate nur eine Teilmenge der Daten und können gleichzeitig einen großen Anteil der Anfragelast verarbeiten. Neben niedrigeren Speicherkosten ermöglichen partielle Replikate (i) eine bessere Skalierung, da Replikate potenziell nur Teilmengen der Datenänderungen synchronisieren müssen und somit mehr Kapazität für lesende Anfragen haben, und (ii) eine bessere Elastizität, da Replikate weniger Daten laden müssen und daher schneller eingesetzt werden können. Die gleichmäßige Lastbalancierung auf die Replikatknoten bei gleichzeitiger Optimierung der Datenzuweisung ist jedoch ein schwieriges Zuordnungsproblem.
Die Berechnung einer optimierten Datenverteilung in einem Datenbankcluster mit partiellen Replikaten kann mithilfe der ganzzahligen linearen Optimierung (engl. integer linear programming, ILP) durchgeführt werden. ILP ist ein gängiger Ansatz zur Lösung von Zuordnungsproblemen, auch im Kontext von Datenbanksystemen. Da ILP nicht skalierbar ist, greifen bestehende Ansätze (auch zur Berechnung von partiellen Replikationen) für größere Probleminstanzen oft auf einfache Heuristiken (z.B. Greedy-Algorithmen) zurück. Einfache Heuristiken können gut funktionieren, aber auch Optimierungspotenzial einbüßen.
In dieser Arbeit stellen wir optimale und ILP-basierte heuristische Ansätze zur Berechnung von Datenzuweisungen für partiell-replizierte Datenbankcluster vor. Mithilfe von ILP können wir unsere Ansätze flexibel erweitern, um (i) Datenänderungen und -umverteilungen zu berücksichtigen und (ii) die Robustheit von Zuweisungen zu erhöhen, um Knotenausfälle und Unsicherheiten bezüglich der Anfragelast zu kompensieren. Wir evaluieren unsere Ansätze für TPC-H, TPC-DS und eine reale Buchhaltungsanfragelast und vergleichen die Ergebnisse mit herkömmlichen Verteilungsansätzen. Unsere Auswertungen zeigen signifikante Verbesserungen für verschiedene Eigenschaften der berechneten Datenzuordnungen: Im Vergleich zu bestehenden Ansätzen können wir beispielsweise (i) die Menge der gespeicherten Daten in Cluster fast halbieren, (ii) den Anfragedurchsatz bei Knotenausfällen und unsicherer Anfragelast verbessern und benötigen dafür auch noch weniger Speicher, (iii) die Kosten von Datenänderungen halbieren, und (iv) weniger als 90 % der Daten umverteilen, wenn ein Rechenknoten zum Cluster hinzugefügt wird. Wichtig ist, dass wir die entsprechenden ILP-basierten heuristischen Lösungen innerhalb weniger Sekunden berechnen können. Schließlich demonstrieren wir, dass die Ideen von unseren ILP-basierten Heuristiken auch auf das Indexauswahlproblem anwendbar sind.
KW - database systems
KW - integer linear programming
KW - partial replication
KW - index selection
KW - load balancing
KW - Datenbanksysteme
KW - Indexauswahl
KW - ganzzahlige lineare Optimierung
KW - Lastverteilung
KW - partielle Replikation
Y1 - 2024
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-633615
ER -
TY - JOUR
A1 - Hagemann, Linus
A1 - Abramova, Olga
T1 - Emotions and information diffusion on social media
BT - a replication in the context of political communication on Twitter
JF - AIS transactions on replication research
N2 - This paper presents a methodological and conceptual replication of Stieglitz and Dang-Xuan’s (2013) investigation of the role of sentiment in information-sharing behavior on social media. Whereas Stieglitz and Dang-Xuan (2013) focused on Twitter communication prior to the state parliament elections in the German states Baden-Wurttemberg, Rheinland-Pfalz, and Berlin in 2011, we test their theoretical propositions in the context of the state parliament elections in Saxony-Anhalt (Germany) 2021. We confirm the positive link between sentiment in a political Twitter message and its number of retweets in a methodological replication. In a conceptual replication, where sentiment was assessed with the alternative dictionary-based tool LIWC, the sentiment was negatively associated with the retweet volume. In line with the original study, the strength of association between sentiment and retweet time lag insignificantly differs between tweets with negative sentiment and tweets with positive sentiment. We also found that the number of an author’s followers was an essential determinant of sharing behavior. However, two hypotheses supported in the original study did not hold for our sample. Precisely, the total amount of sentiments was insignificantly linked to the time lag to the first retweet. Finally, in our data, we do not observe that the association between the overall sentiment and retweet quantity is stronger for tweets with negative sentiment than for those with positive sentiment.
KW - Twitter
KW - information diffusion
KW - sentiment
KW - elections
Y1 - 2023
U6 - https://doi.org/10.17705/1atrr.00079
SN - 2473-3458
VL - 9
IS - 1
SP - 1
EP - 19
PB - AIS
CY - Atlanta
ER -
TY - JOUR
A1 - Steinrötter, Björn
T1 - Das Konzept einer datenaltruistischen Organisation
JF - Datenschutz und Datensicherheit
N2 - Dass Technologien wie Machine Learning-Anwendungen oder Big bzw. Smart Data- Verfahren unbedingt Daten in ausreichender Menge und Güte benötigen, erscheint inzwischen als Binsenweisheit. Vor diesem Hintergrund hat insbesondere der EU-Gesetzgeber für sich zuletzt ein neues Betätigungsfeld entdeckt, indem er versucht, auf unterschiedlichen Wegen Anreize zum Datenteilen zu schaffen, um Innovation zu kreieren. Hierzu zählt auch eine geradezu wohltönend mit ,,Datenaltruismus‘‘ verschlagwortete Konstellation. Der Beitrag stellt die diesbezüglichen Regulierungserwägungen auf supranationaler Ebene dar und nimmt eine erste Analyse vor.
KW - coding and information theory
KW - computer science
KW - general
KW - cryptology
KW - data structures and information theory
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1007/s11623-021-1539-6
SN - 1862-2607
SN - 1614-0702
VL - 45
IS - 12
SP - 794
EP - 798
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - GEN
A1 - Wright, Michelle F.
A1 - Wachs, Sebastian
A1 - Harper, Bridgette D.
T1 - The moderation of empathy in the longitudinal association between witnessing cyberbullying, depression, and anxiety
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe
N2 - While the role of and consequences of being a bystander to face-to-face bullying has received some attention in the literature, to date, little is known about the effects of being a bystander to cyberbullying. It is also unknown how empathy might impact the negative consequences associated with being a bystander of cyberbullying. The present study focused on examining the longitudinal association between bystander of cyberbullying depression, and anxiety, and the moderating role of empathy in the relationship between bystander of cyberbullying and subsequent depression and anxiety. There were 1,090 adolescents (M-age = 12.19; 50% female) from the United States included at Time 1, and they completed questionnaires on empathy, cyberbullying roles (bystander, perpetrator, victim), depression, and anxiety. One year later, at Time 2, 1,067 adolescents (M-age = 13.76; 51% female) completed questionnaires on depression and anxiety. Results revealed a positive association between bystander of cyberbullying and depression and anxiety. Further, empathy moderated the positive relationship between bystander of cyberbullying and depression, but not for anxiety. Implications for intervention and prevention programs are discussed.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 689
KW - bystander
KW - cyberbullying
KW - empathy
KW - depression
KW - anxiety
KW - longitudinal
Y1 - 2021
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470505
SN - 1866-8364
IS - 689
ER -
TY - BOOK
ED - Meinel, Christoph
ED - Plattner, Hasso
ED - Döllner, Jürgen Roland Friedrich
ED - Weske, Mathias
ED - Polze, Andreas
ED - Hirschfeld, Robert
ED - Naumann, Felix
ED - Giese, Holger
ED - Baudisch, Patrick
ED - Friedrich, Tobias
ED - Müller, Emmanuel
T1 - Proceedings of the 10th Ph.D. Retreat of the HPI Research School on Service-oriented Systems Engineering
N2 - Design and Implementation of service-oriented architectures imposes a huge number of research questions from the fields of software engineering, system analysis and modeling, adaptability, and application integration. Component orientation and web services are two approaches for design and realization of complex web-based system. Both approaches allow for dynamic application adaptation as well as integration of enterprise application.
Commonly used technologies, such as J2EE and .NET, form de facto standards for the realization of complex distributed systems. Evolution of component systems has lead to web services and service-based architectures. This has been manifested in a multitude of industry standards and initiatives such as XML, WSDL UDDI, SOAP, etc. All these achievements lead to a new and promising paradigm in IT systems engineering which proposes to design complex software solutions as collaboration of contractually defined software services.
Service-Oriented Systems Engineering represents a symbiosis of best practices in object-orientation, component-based development, distributed computing, and business process management. It provides integration of business and IT concerns.
The annual Ph.D. Retreat of the Research School provides each member the opportunity to present his/her current state of their research and to give an outline of a prospective Ph.D. thesis. Due to the interdisciplinary structure of the research school, this technical report covers a wide range of topics. These include but are not limited to: Human Computer Interaction and Computer Vision as Service; Service-oriented Geovisualization Systems; Algorithm Engineering for Service-oriented Systems; Modeling and Verification of Self-adaptive Service-oriented Systems; Tools and Methods for Software Engineering in Service-oriented Systems; Security Engineering of Service-based IT Systems; Service-oriented Information Systems; Evolutionary Transition of Enterprise Applications to Service Orientation; Operating System Abstractions for Service-oriented Computing; and Services Specification, Composition, and Enactment.
N2 - Der Entwurf und die Realisierung dienstbasierender Architekturen wirft eine Vielzahl von Forschungsfragestellungen aus den Gebieten der Softwaretechnik, der Systemmodellierung und -analyse, sowie der Adaptierbarkeit und Integration von Applikationen auf. Komponentenorientierung und WebServices sind zwei Ansätze für den effizienten Entwurf und die Realisierung komplexer Web-basierender Systeme. Sie ermöglichen die Reaktion auf wechselnde Anforderungen ebenso, wie die Integration großer komplexer Softwaresysteme.
Heute übliche Technologien, wie J2EE und .NET, sind de facto Standards für die Entwicklung großer verteilter Systeme. Die Evolution solcher Komponentensysteme führt über WebServices zu dienstbasierenden Architekturen. Dies manifestiert sich in einer Vielzahl von Industriestandards und Initiativen wie XML, WSDL, UDDI, SOAP. All diese Schritte führen letztlich zu einem neuen, vielversprechenden Paradigma für IT Systeme, nach dem komplexe Softwarelösungen durch die Integration vertraglich vereinbarter Software-Dienste aufgebaut werden sollen.
"Service-Oriented Systems Engineering" repräsentiert die Symbiose bewährter Praktiken aus den Gebieten der Objektorientierung, der Komponentenprogrammierung, des verteilten Rechnen sowie der Geschäftsprozesse und berücksichtigt auch die Integration von Geschäftsanliegen und Informationstechnologien.
Die Klausurtagung des Forschungskollegs "Service-oriented Systems Engineering" findet einmal jährlich statt und bietet allen Kollegiaten die Möglichkeit den Stand ihrer aktuellen Forschung darzulegen. Bedingt durch die Querschnittstruktur des Kollegs deckt dieser Bericht ein weites Spektrum aktueller Forschungsthemen ab. Dazu zählen unter anderem Human Computer Interaction and Computer Vision as Service; Service-oriented Geovisualization Systems; Algorithm Engineering for Service-oriented Systems; Modeling and Verification of Self-adaptive Service-oriented Systems; Tools and Methods for Software Engineering in Service-oriented Systems; Security Engineering of Service-based IT Systems; Service-oriented Information Systems; Evolutionary Transition of Enterprise Applications to Service Orientation; Operating System Abstractions for Service-oriented Computing; sowie Services Specification, Composition, and Enactment.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 111
KW - Hasso Plattner Institute
KW - research school
KW - Ph.D. retreat
KW - service-oriented systems engineering
KW - Hasso-Plattner-Institut
KW - Forschungskolleg
KW - Klausurtagung
KW - Service-oriented Systems Engineering
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100260
SN - 978-3-86956-390-9
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 111
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Takouna, Ibrahim
T1 - Energy-efficient and performance-aware virtual machine management for cloud data centers
T1 - Energieeffizientes und performancebewusstes Management virtueller Maschinen für Cloud Datenzentren
N2 - Virtualisierte Cloud Datenzentren stellen nach Bedarf Ressourcen zur Verfügu-ng, ermöglichen agile Ressourcenbereitstellung und beherbergen heterogene Applikationen mit verschiedenen Anforderungen an Ressourcen. Solche Datenzentren verbrauchen enorme Mengen an Energie, was die Erhöhung der Betriebskosten, der Wärme innerhalb der Zentren und des Kohlendioxidausstoßes verursacht. Der Anstieg des Energieverbrauches kann durch ein ineffektives Ressourcenmanagement, das die ineffiziente Ressourcenausnutzung verursacht, entstehen. Die vorliegende Dissertation stellt detaillierte Modelle und neue Verfahren für virtualisiertes Ressourcenmanagement in Cloud Datenzentren vor. Die vorgestellten Verfahren ziehen das Service-Level-Agreement (SLA) und die Heterogenität der Auslastung bezüglich des Bedarfs an Speicherzugriffen und Kommunikationsmustern von Web- und HPC- (High Performance Computing) Applikationen in Betracht. Um die präsentierten Techniken zu evaluieren, verwenden wir Simulationen und echte Protokollierung der Auslastungen von Web- und HPC- Applikationen. Außerdem vergleichen wir unser Techniken und Verfahren mit anderen aktuellen Verfahren durch die Anwendung von verschiedenen Performance Metriken. Die Hauptbeiträge dieser Dissertation sind Folgendes: Ein Proaktives auf robuster Optimierung basierendes Ressourcenbereitstellungsverfahren. Dieses Verfahren erhöht die Fähigkeit der Hostes zur Verfüg-ungsstellung von mehr VMs. Gleichzeitig aber wird der unnötige Energieverbrauch minimiert. Zusätzlich mindert diese Technik unerwünschte Ände-rungen im Energiezustand des Servers. Die vorgestellte Technik nutzt einen auf Intervall basierenden Vorhersagealgorithmus zur Implementierung einer robusten Optimierung. Dabei werden unsichere Anforderungen in Betracht gezogen. Ein adaptives und auf Intervall basierendes Verfahren zur Vorhersage des Arbeitsaufkommens mit hohen, in kürzer Zeit auftretenden Schwankungen. Die Intervall basierende Vorhersage ist implementiert in der Standard Abweichung Variante und in der Median absoluter Abweichung Variante. Die Intervall-Änderungen basieren auf einem adaptiven Vertrauensfenster um die Schwankungen des Arbeitsaufkommens zu bewältigen. Eine robuste VM Zusammenlegung für ein effizientes Energie und Performance Management. Dies ermöglicht die gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Energie und der Performance zu minimieren. Unser Verfahren reduziert die Anzahl der VM-Migrationen im Vergleich mit den neu vor kurzem vorgestellten Verfahren. Dies trägt auch zur Reduzierung des durch das Netzwerk verursachten Energieverbrauches. Außerdem reduziert dieses Verfahren SLA-Verletzungen und die Anzahl von Änderungen an Energiezus-tänden. Ein generisches Modell für das Netzwerk eines Datenzentrums um die verzö-gerte Kommunikation und ihre Auswirkung auf die VM Performance und auf die Netzwerkenergie zu simulieren. Außerdem wird ein generisches Modell für ein Memory-Bus des Servers vorgestellt. Dieses Modell beinhaltet auch Modelle für die Latenzzeit und den Energieverbrauch für verschiedene Memory Frequenzen. Dies erlaubt eine Simulation der Memory Verzögerung und ihre Auswirkung auf die VM-Performance und auf den Memory Energieverbrauch. Kommunikation bewusste und Energie effiziente Zusammenlegung für parallele Applikationen um die dynamische Entdeckung von Kommunikationsmustern und das Umplanen von VMs zu ermöglichen. Das Umplanen von VMs benutzt eine auf den entdeckten Kommunikationsmustern basierende Migration. Eine neue Technik zur Entdeckung von dynamischen Mustern ist implementiert. Sie basiert auf der Signal Verarbeitung des Netzwerks von VMs, anstatt die Informationen des virtuellen Umstellung der Hosts oder der Initiierung der VMs zu nutzen. Das Ergebnis zeigt, dass unsere Methode die durchschnittliche Anwendung des Netzwerks reduziert und aufgrund der Reduzierung der aktiven Umstellungen Energie gespart. Außerdem bietet sie eine bessere VM Performance im Vergleich zu der CPU-basierten Platzierung. Memory bewusste VM Zusammenlegung für unabhängige VMs. Sie nutzt die Vielfalt des VMs Memory Zuganges um die Anwendung vom Memory-Bus der Hosts zu balancieren. Die vorgestellte Technik, Memory-Bus Load Balancing (MLB), verteilt die VMs reaktiv neu im Bezug auf ihre Anwendung vom Memory-Bus. Sie nutzt die VM Migration um die Performance des gesamtem Systems zu verbessern. Außerdem sind die dynamische Spannung, die Frequenz Skalierung des Memory und die MLB Methode kombiniert um ein besseres Energiesparen zu leisten.
N2 - Virtualized cloud data centers provide on-demand resources, enable agile resource provisioning, and host heterogeneous applications with different resource requirements. These data centers consume enormous amounts of energy, increasing operational expenses, inducing high thermal inside data centers, and raising carbon dioxide emissions. The increase in energy consumption can result from ineffective resource management that causes inefficient resource utilization. This dissertation presents detailed models and novel techniques and algorithms for virtual resource management in cloud data centers. The proposed techniques take into account Service Level Agreements (SLAs) and workload heterogeneity in terms of memory access demand and communication patterns of web applications and High Performance Computing (HPC) applications. To evaluate our proposed techniques, we use simulation and real workload traces of web applications and HPC applications and compare our techniques against the other recently proposed techniques using several performance metrics. The major contributions of this dissertation are the following: proactive resource provisioning technique based on robust optimization to increase the hosts' availability for hosting new VMs while minimizing the idle energy consumption. Additionally, this technique mitigates undesirable changes in the power state of the hosts by which the hosts' reliability can be enhanced in avoiding failure during a power state change. The proposed technique exploits the range-based prediction algorithm for implementing robust optimization, taking into consideration the uncertainty of demand. An adaptive range-based prediction for predicting workload with high fluctuations in the short-term. The range prediction is implemented in two ways: standard deviation and median absolute deviation. The range is changed based on an adaptive confidence window to cope with the workload fluctuations. A robust VM consolidation for efficient energy and performance management to achieve equilibrium between energy and performance trade-offs. Our technique reduces the number of VM migrations compared to recently proposed techniques. This also contributes to a reduction in energy consumption by the network infrastructure. Additionally, our technique reduces SLA violations and the number of power state changes. A generic model for the network of a data center to simulate the communication delay and its impact on VM performance, as well as network energy consumption. In addition, a generic model for a memory-bus of a server, including latency and energy consumption models for different memory frequencies. This allows simulating the memory delay and its influence on VM performance, as well as memory energy consumption. Communication-aware and energy-efficient consolidation for parallel applications to enable the dynamic discovery of communication patterns and reschedule VMs using migration based on the determined communication patterns. A novel dynamic pattern discovery technique is implemented, based on signal processing of network utilization of VMs instead of using the information from the hosts' virtual switches or initiation from VMs. The result shows that our proposed approach reduces the network's average utilization, achieves energy savings due to reducing the number of active switches, and provides better VM performance compared to CPU-based placement. Memory-aware VM consolidation for independent VMs, which exploits the diversity of VMs' memory access to balance memory-bus utilization of hosts. The proposed technique, Memory-bus Load Balancing (MLB), reactively redistributes VMs according to their utilization of a memory-bus using VM migration to improve the performance of the overall system. Furthermore, Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) of the memory and the proposed MLB technique are combined to achieve better energy savings.
KW - Energieeffizienz
KW - Cloud Datenzentren
KW - Ressourcenmanagement
KW - dynamische Umsortierung
KW - energy efficiency
KW - cloud datacenter
KW - resource management
KW - dynamic consolidation
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72399
ER -
TY - BOOK
ED - Kayem, Anne V. D. M.
ED - Meinel, Christoph
T1 - Theories and intricacies of information security problems
N2 - INTRICATE/SEC 2012 Workshop held in Conjunction with The 11th Information Security South Africa Conference (ISSA 2012).
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 63
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60455
SN - 978-3-86956-204-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
ED - Meinel, Christoph
ED - Sack, Harald
T1 - Dritter Deutscher IPv6 Gipfel 2010
N2 - Am 24. und 25. Juni 2010 fand am Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH in Potsdam der 3. Deutsche IPv6 Gipfel 2010 statt, dessen Dokumentation der vorliegende technische Report dient. Als nationaler Arm des weltweiten IPv6-Forums fördert der Deutsche IPv6-Rat den Übergangsprozess zur neuen Internetgeneration und brachte in diesem Rahmen nationale und internationale Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und öffentlicher Verwaltung zusammen, um Awareness für das Zukunftsthema IPv6 zu schaffen und um ein Resumé über die bislang erzielten Fortschritte zu ziehen. Die Grenzen des alten Internetprotokolls IPv4 sind in den vergangenen zwei Jahren deutlicher denn je zutage getreten. Waren im vergangenen Jahr anlässlich des 2. IPv6 Gipfels noch 11% aller zu vergebenden IPv4 Adressen verfügbar, ist diese Zahl mittlerweile auf nur noch 6% geschrumpft. Ehrengast war in diesem Jahr der „europäische Vater“ des Internets, Prof. Peter T. Kirstein vom University College London, dessen Hauptvortrag von weiteren Beiträgen hochrangiger Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft ergänzt wurde.
N2 - This technical report is summarizing the talks and presentations of the 3rd German IPv6 Summit 2010 at the Hasso Plattner Institute for Software System Engineering in Potsdam on June 24./25 2010. The goal of this summit is to present current developments concerning the implementation of the new IPv6 technology from political and economic perspectives, as well as from a technological point of view. The limits of the old Internet Protocol IPv6 have become obvious lately. While, last year at the 2nd German IPv6 Summit 2009, 11% of the available IPv4 internet addresses had been still available, this stock has shrunk to almost only 6%. This year's guest of honor was Peter T. Kirstein, the 'European Father of the Internet', who established the very first ARPANET node outside the USA in the early 1970s. Besides him, the conference was complemented by talks and presentations of high-ranking representatives from industry, government, and research.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 39
KW - Internet
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Service Provider
KW - Infrastruktur
KW - Computernetzwerke
KW - Netzpolitik
KW - Konferenz
KW - Internet
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Service Provider
KW - Infrastructure
KW - Computer Networks
KW - Network Politics
KW - conference
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46134
SN - 978-3-86956-092-2
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Steinmetz, Nadine
T1 - Context-aware semantic analysis of video metadata
T1 - Kontextbezogene, semantische Analyse von Videometadaten
N2 - Im Vergleich zu einer stichwortbasierten Suche ermöglicht die semantische Suche ein präziseres und anspruchsvolleres Durchsuchen von (Web)-Dokumenten, weil durch die explizite Semantik Mehrdeutigkeiten von natürlicher Sprache vermieden und semantische Beziehungen in das Suchergebnis einbezogen werden können. Eine semantische, Entitäten-basierte Suche geht von einer Anfrage mit festgelegter Bedeutung aus und liefert nur Dokumente, die mit dieser Entität annotiert sind als Suchergebnis. Die wichtigste Voraussetzung für eine Entitäten-zentrierte Suche stellt die Annotation der Dokumente im Archiv mit Entitäten und Kategorien dar. Textuelle Informationen werden analysiert und mit den entsprechenden Entitäten und Kategorien versehen, um den Inhalt semantisch erschließen zu können. Eine manuelle Annotation erfordert Domänenwissen und ist sehr zeitaufwendig. Die semantische Annotation von Videodokumenten erfordert besondere Aufmerksamkeit, da inhaltsbasierte Metadaten von Videos aus verschiedenen Quellen stammen, verschiedene Eigenschaften und Zuverlässigkeiten besitzen und daher nicht wie Fließtext behandelt werden können. Die vorliegende Arbeit stellt einen semantischen Analyseprozess für Video-Metadaten vor. Die Eigenschaften der verschiedenen Metadatentypen werden analysiert und ein Konfidenzwert ermittelt. Dieser Wert spiegelt die Korrektheit und die wahrscheinliche Mehrdeutigkeit eines Metadatums wieder. Beginnend mit dem Metadatum mit dem höchsten Konfidenzwert wird der Analyseprozess innerhalb eines Kontexts in absteigender Reihenfolge des Konfidenzwerts durchgeführt. Die bereits analysierten Metadaten dienen als Referenzpunkt für die weiteren Analysen. So kann eine möglichst korrekte Analyse der heterogen strukturierten Daten eines Kontexts sichergestellt werden. Am Ende der Analyse eines Metadatums wird die für den Kontext relevanteste Entität aus einer Liste von Kandidaten identifiziert - das Metadatum wird disambiguiert. Hierfür wurden verschiedene Disambiguierungsalgorithmen entwickelt, die Beschreibungstexte und semantische Beziehungen der Entitätenkandidaten zum gegebenen Kontext in Betracht ziehen. Der Kontext für die Disambiguierung wird für jedes Metadatum anhand der Eigenschaften und Konfidenzwerte zusammengestellt. Der vorgestellte Analyseprozess ist an zwei Hypothesen angelehnt: Um die Analyseergebnisse verbessern zu können, sollten die Metadaten eines Kontexts in absteigender Reihenfolge ihres Konfidenzwertes verarbeitet werden und die Kontextgrenzen von Videometadaten sollten durch Segmentgrenzen definiert werden, um möglichst Kontexte mit kohärentem Inhalt zu erhalten. Durch ausführliche Evaluationen konnten die gestellten Hypothesen bestätigt werden. Der Analyseprozess wurden gegen mehrere State-of-the-Art Methoden verglichen und erzielt verbesserte Ergebnisse in Bezug auf Recall und Precision, besonders für Metadaten, die aus weniger zuverlässigen Quellen stammen. Der Analyseprozess ist Teil eines Videoanalyse-Frameworks und wurde bereits erfolgreich in verschiedenen Projekten eingesetzt.
N2 - The Semantic Web provides information contained in the World Wide Web as machine-readable facts. In comparison to a keyword-based inquiry, semantic search enables a more sophisticated exploration of web documents. By clarifying the meaning behind entities, search results are more precise and the semantics simultaneously enable an exploration of semantic relationships. However, unlike keyword searches, a semantic entity-focused search requires that web documents are annotated with semantic representations of common words and named entities. Manual semantic annotation of (web) documents is time-consuming; in response, automatic annotation services have emerged in recent years. These annotation services take continuous text as input, detect important key terms and named entities and annotate them with semantic entities contained in widely used semantic knowledge bases, such as Freebase or DBpedia. Metadata of video documents require special attention. Semantic analysis approaches for continuous text cannot be applied, because information of a context in video documents originates from multiple sources possessing different reliabilities and characteristics. This thesis presents a semantic analysis approach consisting of a context model and a disambiguation algorithm for video metadata. The context model takes into account the characteristics of video metadata and derives a confidence value for each metadata item. The confidence value represents the level of correctness and ambiguity of the textual information of the metadata item. The lower the ambiguity and the higher the prospective correctness, the higher the confidence value. The metadata items derived from the video metadata are analyzed in a specific order from high to low confidence level. Previously analyzed metadata are used as reference points in the context for subsequent disambiguation. The contextually most relevant entity is identified by means of descriptive texts and semantic relationships to the context. The context is created dynamically for each metadata item, taking into account the confidence value and other characteristics. The proposed semantic analysis follows two hypotheses: metadata items of a context should be processed in descendent order of their confidence value, and the metadata that pertains to a context should be limited by content-based segmentation boundaries. The evaluation results support the proposed hypotheses and show increased recall and precision for annotated entities, especially for metadata that originates from sources with low reliability. The algorithms have been evaluated against several state-of-the-art annotation approaches. The presented semantic analysis process is integrated into a video analysis framework and has been successfully applied in several projects for the purpose of semantic video exploration of videos.
KW - Semantische Analyse
KW - Kontext
KW - Videoanalyse
KW - Disambiguierung
KW - Videometadaten
KW - semantic analysis
KW - context awareness
KW - video analysis
KW - word sense disambiguation
KW - video metadata
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70551
ER -
TY - THES
A1 - Wang, Long
T1 - X-tracking the usage interest on web sites
T1 - X-tracking des Nutzungsinteresses für Webseiten
N2 - The exponential expanding of the numbers of web sites and Internet users makes WWW the most important global information resource. From information publishing and electronic commerce to entertainment and social networking, the Web allows an inexpensive and efficient access to the services provided by individuals and institutions. The basic units for distributing these services are the web sites scattered throughout the world. However, the extreme fragility of web services and content, the high competence between similar services supplied by different sites, and the wide geographic distributions of the web users drive the urgent requirement from the web managers to track and understand the usage interest of their web customers. This thesis, "X-tracking the Usage Interest on Web Sites", aims to fulfill this requirement. "X" stands two meanings: one is that the usage interest differs from various web sites, and the other is that usage interest is depicted from multi aspects: internal and external, structural and conceptual, objective and subjective. "Tracking" shows that our concentration is on locating and measuring the differences and changes among usage patterns. This thesis presents the methodologies on discovering usage interest on three kinds of web sites: the public information portal site, e-learning site that provides kinds of streaming lectures and social site that supplies the public discussions on IT issues. On different sites, we concentrate on different issues related with mining usage interest. The educational information portal sites were the first implementation scenarios on discovering usage patterns and optimizing the organization of web services. In such cases, the usage patterns are modeled as frequent page sets, navigation paths, navigation structures or graphs. However, a necessary requirement is to rebuild the individual behaviors from usage history. We give a systematic study on how to rebuild individual behaviors. Besides, this thesis shows a new strategy on building content clusters based on pair browsing retrieved from usage logs. The difference between such clusters and the original web structure displays the distance between the destinations from usage side and the expectations from design side. Moreover, we study the problem on tracking the changes of usage patterns in their life cycles. The changes are described from internal side integrating conceptual and structure features, and from external side for the physical features; and described from local side measuring the difference between two time spans, and global side showing the change tendency along the life cycle. A platform, Web-Cares, is developed to discover the usage interest, to measure the difference between usage interest and site expectation and to track the changes of usage patterns. E-learning site provides the teaching materials such as slides, recorded lecture videos and exercise sheets. We focus on discovering the learning interest on streaming lectures, such as real medias, mp4 and flash clips. Compared to the information portal site, the usage on streaming lectures encapsulates the variables such as viewing time and actions during learning processes. The learning interest is discovered in the form of answering 6 questions, which covers finding the relations between pieces of lectures and the preference among different forms of lectures. We prefer on detecting the changes of learning interest on the same course from different semesters. The differences on the content and structure between two courses leverage the changes on the learning interest. We give an algorithm on measuring the difference on learning interest integrated with similarity comparison between courses. A search engine, TASK-Moniminer, is created to help the teacher query the learning interest on their streaming lectures on tele-TASK site. Social site acts as an online community attracting web users to discuss the common topics and share their interesting information. Compared to the public information portal site and e-learning web site, the rich interactions among users and web content bring the wider range of content quality, on the other hand, provide more possibilities to express and model usage interest. We propose a framework on finding and recommending high reputation articles in a social site. We observed that the reputation is classified into global and local categories; the quality of the articles having high reputation is related with the content features. Based on these observations, our framework is implemented firstly by finding the articles having global or local reputation, and secondly clustering articles based on their content relations, and then the articles are selected and recommended from each cluster based on their reputation ranks.
N2 - Wegen des exponentiellen Ansteigens der Anzahl an Internet-Nutzern und Websites ist das WWW (World Wide Web) die wichtigste globale Informationsressource geworden. Das Web bietet verschiedene Dienste (z. B. Informationsveröffentlichung, Electronic Commerce, Entertainment oder Social Networking) zum kostengünstigen und effizienten erlaubten Zugriff an, die von Einzelpersonen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Um solche Dienste anzubieten, werden weltweite, vereinzelte Websites als Basiseinheiten definiert. Aber die extreme Fragilität der Web-Services und -inhalte, die hohe Kompetenz zwischen ähnlichen Diensten für verschiedene Sites bzw. die breite geographische Verteilung der Web-Nutzer treiben einen dringenden Bedarf für Web-Manager und das Verfolgen und Verstehen der Nutzungsinteresse ihrer Web-Kunden. Die Arbeit zielt darauf ab, dass die Anforderung "X-tracking the Usage Interest on Web Sites" erfüllt wird. "X" hat zwei Bedeutungen. Die erste Bedeutung ist, dass das Nutzungsinteresse von verschiedenen Websites sich unterscheidet. Außerdem stellt die zweite Bedeutung dar, dass das Nutzungsinteresse durch verschiedene Aspekte (interne und externe, strukturelle und konzeptionelle) beschrieben wird. Tracking zeigt, dass die Änderungen zwischen Nutzungsmustern festgelegt und gemessen werden. Die Arbeit eine Methodologie dar, um das Nutzungsinteresse gekoppelt an drei Arten von Websites (Public Informationsportal-Website, E-Learning-Website und Social-Website) zu finden. Wir konzentrieren uns auf unterschiedliche Themen im Bezug auf verschieden Sites, die mit Usage-Interest-Mining eng verbunden werden. Education Informationsportal-Website ist das erste Implementierungsscenario für Web-Usage-Mining. Durch das Scenario können Nutzungsmuster gefunden und die Organisation von Web-Services optimiert werden. In solchen Fällen wird das Nutzungsmuster als häufige Pagemenge, Navigation-Wege, -Strukturen oder -Graphen modelliert. Eine notwendige Voraussetzung ist jedoch, dass man individuelle Verhaltensmuster aus dem Verlauf der Nutzung (Usage History) wieder aufbauen muss. Deshalb geben wir in dieser Arbeit eine systematische Studie zum Nachempfinden der individuellen Verhaltensweisen. Außerdem zeigt die Arbeit eine neue Strategie, dass auf Page-Paaren basierten Content-Clustering aus Nutzungssite aufgebaut werden. Der Unterschied zwischen solchen Clustern und der originalen Webstruktur ist der Abstand zwischen Zielen der Nutzungssite und Erwartungen der Designsite. Darüber hinaus erforschen wir Probleme beim Tracking der Änderungen von Nutzungsmustern in ihrem Lebenszyklus. Die Änderungen werden durch mehrere Aspekte beschrieben. Für internen Aspekt werden konzeptionelle Strukturen und Funktionen integriert. Der externe Aspekt beschreibt physische Eigenschaften. Für lokalen Aspekt wird die Differenz zwischen zwei Zeitspannen gemessen. Der globale Aspekt zeigt Tendenzen der Änderung entlang des Lebenszyklus. Eine Plattform "Web-Cares" wird entwickelt, die die Nutzungsinteressen findet, Unterschiede zwischen Nutzungsinteresse und Website messen bzw. die Änderungen von Nutzungsmustern verfolgen kann. E-Learning-Websites bieten Lernmaterialien wie z.B. Folien, erfaßte Video-Vorlesungen und Übungsblätter an. Wir konzentrieren uns auf die Erfoschung des Lerninteresses auf Streaming-Vorlesungen z.B. Real-Media, mp4 und Flash-Clips. Im Vergleich zum Informationsportal Website kapselt die Nutzung auf Streaming-Vorlesungen die Variablen wie Schauzeit und Schautätigkeiten während der Lernprozesse. Das Lerninteresse wird erfasst, wenn wir Antworten zu sechs Fragen gehandelt haben. Diese Fragen umfassen verschiedene Themen, wie Erforschung der Relation zwischen Teilen von Lehrveranstaltungen oder die Präferenz zwischen den verschiedenen Formen der Lehrveranstaltungen. Wir bevorzugen die Aufdeckung der Veränderungen des Lerninteresses anhand der gleichen Kurse aus verschiedenen Semestern. Der Differenz auf den Inhalt und die Struktur zwischen zwei Kurse beeinflusst die Änderungen auf das Lerninteresse. Ein Algorithmus misst die Differenz des Lerninteresses im Bezug auf einen Ähnlichkeitsvergleich zwischen den Kursen. Die Suchmaschine „Task-Moniminer“ wird entwickelt, dass die Lehrkräfte das Lerninteresse für ihre Streaming-Vorlesungen über das Videoportal tele-TASK abrufen können. Social Websites dienen als eine Online-Community, in den teilnehmenden Web-Benutzern die gemeinsamen Themen diskutieren und ihre interessanten Informationen miteinander teilen. Im Vergleich zur Public Informationsportal-Website und E-Learning Website bietet diese Art von Website reichhaltige Interaktionen zwischen Benutzern und Inhalten an, die die breitere Auswahl der inhaltlichen Qualität bringen. Allerdings bietet eine Social-Website mehr Möglichkeiten zur Modellierung des Nutzungsinteresses an. Wir schlagen ein Rahmensystem vor, die hohe Reputation für Artikel in eine Social-Website empfiehlt. Unsere Beobachtungen sind, dass die Reputation in globalen und lokalen Kategorien klassifiziert wird. Außerdem wird die Qualität von Artikeln mit hoher Reputation mit den Content-Funktionen in Zusammenhang stehen. Durch die folgenden Schritte wird das Rahmensystem im Bezug auf die Überwachungen implementiert. Der erste Schritt ist, dass man die Artikel mit globalen oder lokalen Reputation findet. Danach werden Artikel im Bezug auf ihre Content-Relationen in jeder Kategorie gesammelt. Zum Schluß werden die ausgewählten Artikel aus jedem basierend auf ihren Reputation-Ranking Cluster empfohlen.
KW - Tracking
KW - Nutzungsinteresse
KW - Webseite
KW - Tracking
KW - Usage Interest
KW - Web Sites
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51077
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Willems, Christian
T1 - openHPI : the MOOC offer at Hasso Plattner Institute
N2 - The new interactive online educational platform openHPI, (https://openHPI.de) from Hasso Plattner Institute (HPI), offers freely accessible courses at no charge for all who are interested in subjects in the field of information technology and computer science. Since 2011, “Massive Open Online Courses,” called MOOCs for short, have been offered, first at Stanford University and then later at other U.S. elite universities. Following suit, openHPI provides instructional videos on the Internet and further reading material, combined with learning-supportive self-tests, homework and a social discussion forum. Education is further stimulated by the support of a virtual learning community. In contrast to “traditional” lecture platforms, such as the tele-TASK portal (http://www.tele-task.de) where multimedia recorded lectures are available on demand, openHPI offers didactic online courses. The courses have a fixed start date and offer a balanced schedule of six consecutive weeks presented in multimedia and, whenever possible, interactive learning material. Each week, one chapter of the course subject is treated. In addition, a series of learning videos, texts, self-tests and homework exercises are provided to course participants at the beginning of the week. The course offering is combined with a social discussion platform where participants have the opportunity to enter into an exchange with course instructors and fellow participants. Here, for example, they can get answers to questions and discuss the topics in depth. The participants naturally decide themselves about the type and range of their learning activities. They can make personal contributions to the course, for example, in blog posts or tweets, which they can refer to in the forum. In turn, other participants have the chance to comment on, discuss or expand on what has been said. In this way, the learners become the teachers and the subject matter offered to a virtual community is linked to a social learning network.
N2 - Die neue interaktive Online-Bildungsplattform openHPI (https://openHPI.de) des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) bietet frei zugängliche und kostenlose Onlinekurse für interessierte Teilnehmer an, die sich mit Inhalten aus dem Bereich der Informationstechnologien und Informatik beschäftige¬n. Wie die seit 2011 zunächst von der Stanford University, später aber auch von anderen Elite-Universitäten der USA angeboten „Massive Open Online Courses“, kurz MOOCs genannt, bietet openHPI im Internet Lernvideos und weiterführenden Lesestoff in einer Kombination mit lernunterstützenden Selbsttests, Hausaufgaben und einem sozialen Diskussionsforum an und stimuliert die Ausbildung einer das Lernen fördernden virtuellen Lerngemeinschaft. Im Unterschied zu „traditionellen“ Vorlesungsportalen, wie z.B. dem tele-TASK Portal (http://www.tele-task.de), bei dem multimedial aufgezeichnete Vorlesungen zum Abruf bereit gestellt werden, bietet openHPI didaktisch aufbereitete Onlinekurse an. Diese haben einen festen Starttermin und bieten dann in einem austarierten Zeitplan von sechs aufeinanderfolgenden Kurswochen multimedial aufbereitete und wann immer möglich interaktive Lehrmaterialien. In jeder Woche wird ein Kapitel des Kursthemas behandelt. Dazu werden zu Wochenbeginn eine Reihe von Lehrvideos, Texten, Selbsttests und ein Hausaufgabenblatt bereitgestellt, mit denen sich die Kursteilnehmer in dieser Woche beschäftigen. Kombiniert sind die Angebote mit einer sozialen Diskussionsplattform, auf der sich die Teilnehmer mit den Kursbetreuern und anderen Teilnehmern austauschen, Fragen klären und weiterführende Themen diskutieren können. Natürlich entscheiden die Teilnehmer selbst über Art und Umfang ihrer Lernaktivitäten. Sie können in den Kurs eigene Beiträge einbringen, zum Beispiel durch Blogposts oder Tweets, auf die sie im Forum verweisen. Andere Lernende können diese dann kommentieren, diskutieren oder ihrerseits erweitern. Auf diese Weise werden die Lernenden, die Lehrenden und die angebotenen Lerninhalte in einer virtuellen Gemeinschaft, einem sozialen Lernnetzwerk miteinander verknüpft.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 80
KW - Online-Lernen
KW - E-Learning
KW - MOOCs
KW - Onlinekurs
KW - openHPI
KW - tele-TASK
KW - Tele-Lab
KW - Tele-Teaching
KW - Online-Learning
KW - E-Learning
KW - MOOCs
KW - Online Course
KW - openHPI
KW - tele-TASK
KW - Tele-Lab
KW - Tele-Teaching
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67176
SN - 978-3-86956-264-3
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Willems, Christian
A1 - Roschke, Sebastian
A1 - Schnjakin, Maxim
T1 - Virtualisierung und Cloud Computing : Konzepte, Technologiestudie, Marktübersicht
N2 - Virtualisierung und Cloud Computing gehören derzeit zu den wichtigsten Schlagworten für Betreiber von IT Infrastrukturen. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien, Produkte und Geschäftsmodelle für vollkommen verschiedene Anwendungsszenarien. Die vorliegende Studie gibt zunächst einen detaillierten Überblick über aktuelle Entwicklungen in Konzepten und Technologien der Virtualisierungstechnologie – von klassischer Servervirtualisierung über Infrastrukturen für virtuelle Arbeitsplätze bis zur Anwendungsvirtualisierung und macht den Versuch einer Klassifikation der Virtualisierungsvarianten. Bei der Betrachtung des Cloud Computing-Konzepts werden deren Grundzüge sowie verschiedene Architekturvarianten und Anwendungsfälle eingeführt. Die ausführliche Untersuchung von Vorteilen des Cloud Computing sowie möglicher Bedenken, die bei der Nutzung von Cloud-Ressourcen im Unternehmen beachtet werden müssen, zeigt, dass Cloud Computing zwar große Chancen bietet, aber nicht für jede Anwendung und nicht für jeden rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmen in Frage kommt.. Die anschließende Marktübersicht für Virtualisierungstechnologie zeigt, dass die großen Hersteller – Citrix, Microsoft und VMware – jeweils Produkte für fast alle Virtualisierungsvarianten anbieten und hebt entscheidende Unterschiede bzw. die Stärken der jeweiligen Anbieter heraus. So ist beispielsweise die Lösung von Citrix für Virtual Desktop Infrastructures sehr ausgereift, während Microsoft hier nur auf Standardtechnologie zurückgreifen kann. VMware hat als Marktführer die größte Verbreitung in Rechenzentren gefunden und bietet als einziger Hersteller echte Fehlertoleranz. Microsoft hingegen punktet mit der nahtlosen Integration ihrer Virtualisierungsprodukte in bestehende Windows-Infrastrukturen. Im Bereich der Cloud Computing-Systeme zeigen sich einige quelloffene Softwareprojekte, die durchaus für den produktiven Betrieb von sogenannten privaten Clouds geeignet sind.
N2 - Virtualization and Cloud Computing belong to the most important issues for operators of large ICT infrastructures today. There are a large number of various technologies, products, and business models for entirely different application scenarios. The study at hand gives a detailed overview on latest developments in concepts and technologies of virtualization – beginning with classic server virtualization, continuing with infrastructures for virtual workplaces, through to application virtualization and makes an attempt to classify all these variants of virtualization. When investigating on the concepts of Cloud Computing, the report introduces basic principles as well as different types of architecture and use cases. The extensive analysis of benefits of Cloud Computing and possible reservations when using cloud resources within an enterprise context is evidence that Cloud Computing offers great opportunities, but is not worth considering for any kind of application scenario, legal framework or business scenario. The subsequent market study on virtualization technology shows that each of the major manufacturers – Citrix, Microsoft, and VMware – offer products for any variant of virtualization and highlights the important differences between the products and the respective strengths of the vendors. For example, the Citrix solution on Virtual Desktop Infrastructures comes up very well-engineered, while Microsoft can only rely on standard technology in this field. VMware, the market leader in virtualization technology, has gained the biggest popularity in data centers and offers the only product implementing real fault tolerance. On the other hand, Microsoft is able to score with seamless integration of their virtualization products into existing Windows-based infrastructures. In the area of Cloud Computing systems, there are some open source software projects that are very possibly suitable for the productive operation of so called private clouds.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 44
KW - Virtualisierung
KW - Cloud Computing
KW - Virtual Desktop Infrastructure
KW - Anwendungsvirtualisierung
KW - Marktübersicht
KW - virtualization
KW - cloud computing
KW - virtual desktop infrastructure
KW - application virtualization
KW - market study
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49708
SN - 978-3-86956-113-4
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Willems, Christian
T1 - openHPI : das MOOC-Angebot des Hasso-Plattner-Instituts
T1 - openHPI : the MOOC offer at Hasso Plattner Institute
N2 - Die neue interaktive Online-Bildungsplattform openHPI (https://openHPI.de) des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) bietet frei zugängliche und kostenlose Onlinekurse für interessierte Teilnehmer an, die sich mit Inhalten aus dem Bereich der Informationstechnologien und Informatik beschäftige¬n. Wie die seit 2011 zunächst von der Stanford University, später aber auch von anderen Elite-Universitäten der USA angeboten „Massive Open Online Courses“, kurz MOOCs genannt, bietet openHPI im Internet Lernvideos und weiterführenden Lesestoff in einer Kombination mit lernunterstützenden Selbsttests, Hausaufgaben und einem sozialen Diskussionsforum an und stimuliert die Ausbildung einer das Lernen fördernden virtuellen Lerngemeinschaft. Im Unterschied zu „traditionellen“ Vorlesungsportalen, wie z.B. dem tele-TASK Portal (http://www.tele-task.de), bei dem multimedial aufgezeichnete Vorlesungen zum Abruf bereit gestellt werden, bietet openHPI didaktisch aufbereitete Onlinekurse an. Diese haben einen festen Starttermin und bieten dann in einem austarierten Zeitplan von sechs aufeinanderfolgenden Kurswochen multimedial aufbereitete und wann immer möglich interaktive Lehrmaterialien. In jeder Woche wird ein Kapitel des Kursthemas behandelt. Dazu werden zu Wochenbeginn eine Reihe von Lehrvideos, Texten, Selbsttests und ein Hausaufgabenblatt bereitgestellt, mit denen sich die Kursteilnehmer in dieser Woche beschäftigen. Kombiniert sind die Angebote mit einer sozialen Diskussionsplattform, auf der sich die Teilnehmer mit den Kursbetreuern und anderen Teilnehmern austauschen, Fragen klären und weiterführende Themen diskutieren können. Natürlich entscheiden die Teilnehmer selbst über Art und Umfang ihrer Lernaktivitäten. Sie können in den Kurs eigene Beiträge einbringen, zum Beispiel durch Blogposts oder Tweets, auf die sie im Forum verweisen. Andere Lernende können diese dann kommentieren, diskutieren oder ihrerseits erweitern. Auf diese Weise werden die Lernenden, die Lehrenden und die angebotenen Lerninhalte in einer virtuellen Gemeinschaft, einem sozialen Lernnetzwerk miteinander verknüpft.
N2 - The new interactive online educational platform openHPI, (https://openHPI.de) from Hasso Plattner Institute (HPI), offers freely accessible courses at no charge for all who are interested in subjects in the field of information technology and computer science. Since 2011, “Massive Open Online Courses,” called MOOCs for short, have been offered, first at Stanford University and then later at other U.S. elite universities. Following suit, openHPI provides instructional videos on the Internet and further reading material, combined with learning-supportive self-tests, homework and a social discussion forum. Education is further stimulated by the support of a virtual learning community. In contrast to “traditional” lecture platforms, such as the tele-TASK portal (http://www.tele-task.de) where multimedia recorded lectures are available on demand, openHPI offers didactic online courses. The courses have a fixed start date and offer a balanced schedule of six consecutive weeks presented in multimedia and, whenever possible, interactive learning material. Each week, one chapter of the course subject is treated. In addition, a series of learning videos, texts, self-tests and homework exercises are provided to course participants at the beginning of the week. The course offering is combined with a social discussion platform where participants have the opportunity to enter into an exchange with course instructors and fellow participants. Here, for example, they can get answers to questions and discuss the topics in depth. The participants naturally decide themselves about the type and range of their learning activities. They can make personal contributions to the course, for example, in blog posts or tweets, which they can refer to in the forum. In turn, other participants have the chance to comment on, discuss or expand on what has been said. In this way, the learners become the teachers and the subject matter offered to a virtual community is linked to a social learning network.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 79
KW - Online-Lernen
KW - E-Learning
KW - MOOCs
KW - Onlinekurs
KW - openHPI
KW - tele-TASK
KW - Tele-Lab
KW - Tele-Teaching
KW - Online-Learning
KW - E-Learning
KW - MOOCs
KW - Online Course
KW - openHPI
KW - tele-TASK
KW - Tele-Lab
KW - Tele-Teaching
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66802
SN - 978-3-86956-259-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Renz, Jan
A1 - Luderich, Matthias
A1 - Malyska, Vivien
A1 - Kaiser, Konstantin
A1 - Oberländer, Arne
T1 - Die HPI Schul-Cloud
BT - Roll-Out einer Cloud-Architektur für Schulen in Deutschland
N2 - Die digitale Transformation durchdringt alle gesellschaftlichen Ebenen und Felder, nicht zuletzt auch das Bildungssystem. Dieses ist auf die Veränderungen kaum vorbereitet und begegnet ihnen vor allem auf Basis des Eigenengagements seiner Lehrer*innen. Strukturelle Reaktionen auf den Mangel an qualitativ hochwertigen Fortbildungen, auf schlecht ausgestattete Unterrichtsräume und nicht professionell gewartete Computersysteme gibt es erst seit kurzem. Doch auch wenn Beharrungskräfte unter Pädagog*innen verbreitet sind, erfordert die Transformation des Systems Schule auch eine neue Mentalität und neue Arbeits- und Kooperationsformen.
Zeitgemäßer Unterricht benötigt moderne Technologie und zeitgemäße IT-Architekturen. Nur Systeme, die für Lehrer*innen und Schüler*innen problemlos verfügbar, benutzerfreundlich zu bedienen und didaktisch flexibel einsetzbar sind, finden in Schulen Akzeptanz. Hierfür haben wir die HPI Schul-Cloud entwickelt. Sie ermöglicht den einfachen Zugang zu neuesten, professionell gewarteten Anwendungen, verschiedensten digitalen Medien, die Vernetzung verschiedener Lernorte und den rechtssicheren Einsatz von Kommunikations- und Kollaborationstools.
Die Entwicklung der HPI Schul-Cloud ist umso notwendiger, als dass rechtliche Anforderungen - insbesondere aus der Datenschutzgrundverordnung der EU herrührend - den Einsatz von Cloud-Anwendungen, die in der Arbeitswelt verbreitet sind, in Schulen unmöglich machen. Im Bildungsbereich verbreitete Anwendungen sind größtenteils technisch veraltet und nicht benutzerfreundlich.
Dies nötigt die Bundesländer zu kostspieligen Eigenentwicklungen mit Aufwänden im zweistelligen Millionenbereich - Projekte die teilweise gescheitert sind. Dank der modularen Micro-Service-Architektur können die Bundesländer zukünftig auf die HPI Schul-Cloud als technische Grundlage für ihre Eigen- oder Gemeinschaftsprojekte zurückgreifen. Hierfür gilt es, eine nachhaltige Struktur für die Weiterentwicklung der Open-Source-Software HPI Schul-Cloud zu schaffen.
Dieser Bericht beschreibt den Entwicklungsstand und die weiteren Perspektiven des Projekts HPI Schul-Cloud im Januar 2019. 96 Schulen deutschlandweit nutzen die HPI Schul-Cloud, bereitgestellt durch das Hasso-Plattner-Institut. Weitere 45 Schulen und Studienseminare nutzen die Niedersächsische Bildungscloud, die technisch auf der HPI Schul-Cloud basiert. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt läuft in der gegenwärtigen Roll-Out-Phase bis zum 31. Juli 2021. Gemeinsam mit unserem Kooperationspartner MINT-EC streben wir an, die HPI Schul-Cloud möglichst an allen Schulen des Netzwerks einzusetzen.
N2 - Digital transformation affects all social levels and fields, as well as the education system. It is hardly prepared for the changes and meets them primarily on the basis of the personal commitment of its teachers. Structural reactions to the lack of high-quality further training, poorly equipped classrooms and computer systems that are not professionally maintained have only recently emerged. However, while persistent efforts among educators are also widespread, the transformation of the school system requires a new mindset and new forms of work and cooperation.
Contemporary teaching requires modern technology and modern IT architectures. Only systems that are effortlessly available for teachers and students, user-friendly and didactically flexible will find acceptance in schools. For this purpose, we have developed the HPI Schul-Cloud. It provides easy access to the latest professionally maintained applications, a wide variety of digital media, the networking of different learning locations and the legally compliant use of communication and collaboration tools.
The development of the HPI Schul-Cloud is all the more necessary because legal requirements - particularly those arising from the EU’s General Data Protection Regulation (GDPR) - make it impossible to use cloud applications, which are common in modern working places, in schools. The most common educational applications are to a large degree technically outdated and not user-friendly.
This deficiency forces federal states to develop their own costly applications with expenses in the tens of millions - projects that have partly failed. Thanks to the modular micro-service architecture, the federal states will be able to use the HPI Schul-Cloud as the technical basis for their own or joint projects in the future. The aim here is to create a sustainable structure for the further development of the open source software HPI Schul-Cloud.
This report describes the development status and further perspectives of the HPI Schul-Cloud project in January 2019. 96 schools across Germany use the HPI Schul-Cloud, provided by the Hasso-Plattner-Institute. A further 45 schools and study seminars use the Niedersächsische Bildungscloud, which is technically based on the HPI Schul-Cloud. The project, which is funded by the German Federal Ministry of Education and Research, is currently being rolled out until July 31, 2021. Together with our cooperation partner MINT-EC we aim to use the HPI Schul-Cloud possibly at all schools in the network.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 125
KW - digitale Bildung
KW - Schule
KW - IT-Infrastruktur
KW - Cloud
KW - German schools
KW - digital education
KW - IT-infrastructure
KW - cloud
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-423062
SN - 978-3-86956-453-1
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 125
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
ED - Meinel, Christoph
ED - Sack, Harald
T1 - Vierter Deutscher IPv6 Gipfel 2011
N2 - Am 1. und 2. Dezember 2011 fand am Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH in Potsdam der 4. Deutsche IPv6 Gipfel 2011 statt, dessen Dokumentation der vorliegende technische Report dient. Wie mit den vorhergegangenen nationalen IPv6-Gipfeln verfolgte der Deutsche IPv6-Rat auch mit dem 4. Gipfel, der unter dem Motto „Online on the Road - Der neue Standard IPv6 als Treiber der mobilen Kommunikation” stand, das Ziel, Einblicke in aktuelle Entwicklungen rund um den Einsatz von IPv6 diesmal mit einem Fokus auf die automobile Vernetzung zu geben. Gleichzeitig wurde betont, den effizienten und flächendeckenden Umstieg auf IPv6 voranzutreiben, Erfahrungen mit dem Umstieg auf und dem Einsatz von IPv6 auszutauschen, Wirtschaft und öffentliche Verwaltung zu ermutigen und motivieren, IPv6-basierte Lösungen einzusetzen und das öffentliche Problembewusstsein für die Notwendigkeit des Umstiegs auf IPv6 zu erhöhen. Ehrengast war in diesem Jahr die EU-Kommissarin für die Digitale Agenda, Neelie Kroes deren Vortrag von weiteren Beiträgen hochrangiger Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft ergänzt wurde.
N2 - This technical report is summarizing the talks and presentations of the 4th German IPv6 Summit 2011 at the Hasso Plattner Institute for Software System Engineering in Potsdam on December 1./2. 2011. The goal of this summit was to present current developments concerning the implementation of the new IPv6 technology from political and economic perspectives, as well as from a technological point of view. According to the motto 'Online on the Road - The New Technology Standard IPv6 as Driving Force for Mobile Communications" this year's focus was on automobile networking and communication. This year's guest of honor was EU commissioner for Digital Agenda Neelie Kroes. Besides her, the conference was complemented by talks and presentations of high-ranking representatives from industry, government, and research.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 61
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Internet Service Provider
KW - Infrastruktur
KW - Computernetzwerke
KW - Netzpolitik
KW - Datenschutz
KW - Netzneutralität
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Internet Service Provider
KW - Infrastructure
KW - Computer Networks
KW - Network Politics
KW - conference
KW - data security
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60214
SN - 978-3-86956-194-3
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
ED - Meinel, Christoph
ED - Sack, Harald
T1 - Fünfter Deutscher IPv6 Gipfel 2012
N2 - Am 29. und 30. November 2012 fand am Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH in Potsdam der 5. Deutsche IPv6 Gipfel 2012 statt, als dessen Dokumentation der vorliegende technische Report dient. Wie mit den vorhergegangenen nationalen IPv6 Gipfeln verfolgte der Deutsche IPv6-Rat auch mit dem 5. Gipfel, der unter dem Motto „IPv6- der Wachstumstreiber für die Deutsche Wirtschaft” stand, das Ziel, Einblicke in aktuelle Entwicklungen rund um den Einsatz von IPv6 zu geben. Unter anderem wurden die Vorzüge des neue Internetstandards IPv6 vorgestellt und über die Anwendung von IPv6 auf dem Massenmarkt, sowie den Einsatz von IPv6 in Unternehmen und in der öffentlichen Verwaltung referiert. Weitere Themen des Gipfels bezogen sich auf Aktionen und Bedingungen in Unternehmen und Privathaushalten, die für den Umstieg auf IPv6 notwendig sind und welche Erfahrungen dabei bereits gesammelt werden konnten. Neben Vorträgen des Bundesbeauftragten für Datenschutz Peter Schaar und des Geschäftsführers der Technik Telekom Deutschland GmbH, Bruno Jacobfeuerborn, wurden weiteren Beiträge hochrangiger Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft präsentiert, die in diesem technischen Bericht zusammengestellt sind.
N2 - The 5th German IPv6 Summit took place at the Hasso Plattner Institute for Software System Engineering in Potsdam at November 29-30, 2012. This technical report is summarizing the talks and presentations and serves as a documentation of the summit. Like with previous IPv6 summits, the goal of this summit was to present current developments concerning the implementation of the new IPv6 technology from political and economic perspectives, as well as from a technological point of view. According to the motto "IPv6- der Wachstumstreiber für die Deutsche Wirtschaft", the advantages of the new Internet standards have been presented. Furthermore the application of IPv6 in industry, politics and administration has been discussed. The actions and procedures have been identified, which have to be applied for the change to IPv6 in industry and private households and gained experiences have been discussed. Besides presentations of the Federal Commissioner for Data Protection, Peter Schaar and Bruno Jacob Feuerborn, CTO at Deutsche Telekom, the summit was complemented by talks and presentations of high-ranking representatives from industry, government, and research.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 68
KW - Internet
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Internet Service Provider
KW - Infrastruktur
KW - Computernetzwerke
KW - Netzpolitik
KW - Konferenz
KW - Datenschutz
KW - Internet
KW - IPv6
KW - IPv4
KW - Internet Protocol
KW - Internet Service Provider
KW - Infrastructure
KW - Computer Networks
KW - Network Politics
KW - conference
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63947
SN - 978-3-86956-225-4
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Rana, Kaushik
A1 - Mohapatra, Durga Prasad
A1 - Sidorova, Julia
A1 - Lundberg, Lars
A1 - Sköld, Lars
A1 - Lopes Grim, Luís Fernando
A1 - Sampaio Gradvohl, André Leon
A1 - Cremerius, Jonas
A1 - Siegert, Simon
A1 - Weltzien, Anton von
A1 - Baldi, Annika
A1 - Klessascheck, Finn
A1 - Kalancha, Svitlana
A1 - Lichtenstein, Tom
A1 - Shaabani, Nuhad
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Friedrich, Tobias
A1 - Lenzner, Pascal
A1 - Schumann, David
A1 - Wiese, Ingmar
A1 - Sarna, Nicole
A1 - Wiese, Lena
A1 - Tashkandi, Araek Sami
A1 - van der Walt, Estée
A1 - Eloff, Jan H. P.
A1 - Schmidt, Christopher
A1 - Hügle, Johannes
A1 - Horschig, Siegfried
A1 - Uflacker, Matthias
A1 - Najafi, Pejman
A1 - Sapegin, Andrey
A1 - Cheng, Feng
A1 - Stojanovic, Dragan
A1 - Stojnev Ilić, Aleksandra
A1 - Djordjevic, Igor
A1 - Stojanovic, Natalija
A1 - Predic, Bratislav
A1 - González-Jiménez, Mario
A1 - de Lara, Juan
A1 - Mischkewitz, Sven
A1 - Kainz, Bernhard
A1 - van Hoorn, André
A1 - Ferme, Vincenzo
A1 - Schulz, Henning
A1 - Knigge, Marlene
A1 - Hecht, Sonja
A1 - Prifti, Loina
A1 - Krcmar, Helmut
A1 - Fabian, Benjamin
A1 - Ermakova, Tatiana
A1 - Kelkel, Stefan
A1 - Baumann, Annika
A1 - Morgenstern, Laura
A1 - Plauth, Max
A1 - Eberhard, Felix
A1 - Wolff, Felix
A1 - Polze, Andreas
A1 - Cech, Tim
A1 - Danz, Noel
A1 - Noack, Nele Sina
A1 - Pirl, Lukas
A1 - Beilharz, Jossekin Jakob
A1 - De Oliveira, Roberto C. L.
A1 - Soares, Fábio Mendes
A1 - Juiz, Carlos
A1 - Bermejo, Belen
A1 - Mühle, Alexander
A1 - Grüner, Andreas
A1 - Saxena, Vageesh
A1 - Gayvoronskaya, Tatiana
A1 - Weyand, Christopher
A1 - Krause, Mirko
A1 - Frank, Markus
A1 - Bischoff, Sebastian
A1 - Behrens, Freya
A1 - Rückin, Julius
A1 - Ziegler, Adrian
A1 - Vogel, Thomas
A1 - Tran, Chinh
A1 - Moser, Irene
A1 - Grunske, Lars
A1 - Szárnyas, Gábor
A1 - Marton, József
A1 - Maginecz, János
A1 - Varró, Dániel
A1 - Antal, János Benjamin
ED - Meinel, Christoph
ED - Polze, Andreas
ED - Beins, Karsten
ED - Strotmann, Rolf
ED - Seibold, Ulrich
ED - Rödszus, Kurt
ED - Müller, Jürgen
T1 - HPI Future SOC Lab – Proceedings 2018
N2 - The “HPI Future SOC Lab” is a cooperation of the Hasso Plattner Institute (HPI) and industry partners. Its mission is to enable and promote exchange and interaction between the research community and the industry partners.
The HPI Future SOC Lab provides researchers with free of charge access to a complete infrastructure of state of the art hard and software. This infrastructure includes components, which might be too expensive for an ordinary research environment, such as servers with up to 64 cores and 2 TB main memory. The offerings address researchers particularly from but not limited to the areas of computer science and business information systems. Main areas of research include cloud computing, parallelization, and In-Memory technologies.
This technical report presents results of research projects executed in 2018. Selected projects have presented their results on April 17th and November 14th 2017 at the Future SOC Lab Day events.
N2 - Das Future SOC Lab am HPI ist eine Kooperation des Hasso-Plattner-Instituts mit verschiedenen Industriepartnern. Seine Aufgabe ist die Ermöglichung und Förderung des Austausches zwischen Forschungsgemeinschaft und Industrie.
Am Lab wird interessierten Wissenschaftler:innen eine Infrastruktur von neuester Hard- und Software kostenfrei für Forschungszwecke zur Verfügung gestellt. Dazu zählen Systeme, die im normalen Hochschulbereich in der Regel nicht zu finanzieren wären, bspw. Server mit bis zu 64 Cores und 2 TB Hauptspeicher. Diese Angebote richten sich insbesondere an Wissenschaftler:innen in den Gebieten Informatik und Wirtschaftsinformatik. Einige der Schwerpunkte sind Cloud Computing, Parallelisierung und In-Memory Technologien.
In diesem Technischen Bericht werden die Ergebnisse der Forschungsprojekte des Jahres 2018 vorgestellt. Ausgewählte Projekte stellten ihre Ergebnisse am 17. April und 14. November 2018 im Rahmen des Future SOC Lab Tags vor.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 151
KW - Future SOC Lab
KW - research projects
KW - multicore architectures
KW - in-memory technology
KW - cloud computing
KW - machine learning
KW - artifical intelligence
KW - Future SOC Lab
KW - Forschungsprojekte
KW - Multicore Architekturen
KW - In-Memory Technologie
KW - Cloud Computing
KW - maschinelles Lernen
KW - künstliche Intelligenz
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-563712
SN - 978-3-86956-547-7
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 151
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Grüner, Andreas
T1 - Towards practical and trust-enhancing attribute aggregation for self-sovereign identity
N2 - Identity management is at the forefront of applications’ security posture. It separates the unauthorised user from the legitimate individual. Identity management models have evolved from the isolated to the centralised paradigm and identity federations. Within this advancement, the identity provider emerged as a trusted third party that holds a powerful position. Allen postulated the novel self-sovereign identity paradigm to establish a new balance. Thus, extensive research is required to comprehend its virtues and limitations. Analysing the new paradigm, initially, we investigate the blockchain-based self-sovereign identity concept structurally. Moreover, we examine trust requirements in this context by reference to patterns. These shapes comprise major entities linked by a decentralised identity provider. By comparison to the traditional models, we conclude that trust in credential management and authentication is removed. Trust-enhancing attribute aggregation based on multiple attribute providers provokes a further trust shift. Subsequently, we formalise attribute assurance trust modelling by a metaframework. It encompasses the attestation and trust network as well as the trust decision process, including the trust function, as central components. A secure attribute assurance trust model depends on the security of the trust function. The trust function should consider high trust values and several attribute authorities. Furthermore, we evaluate classification, conceptual study, practical analysis and simulation as assessment strategies of trust models. For realising trust-enhancing attribute aggregation, we propose a probabilistic approach. The method exerts the principle characteristics of correctness and validity. These values are combined for one provider and subsequently for multiple issuers. We embed this trust function in a model within the self-sovereign identity ecosystem. To practically apply the trust function and solve several challenges for the service provider that arise from adopting self-sovereign identity solutions, we conceptualise and implement an identity broker. The mediator applies a component-based architecture to abstract from a single solution. Standard identity and access management protocols build the interface for applications. We can conclude that the broker’s usage at the side of the service provider does not undermine self-sovereign principles, but fosters the advancement of the ecosystem. The identity broker is applied to sample web applications with distinct attribute requirements to showcase usefulness for authentication and attribute-based access control within a case study.
N2 - Das Identitätsmanagement ist Kernbestandteil der Sicherheitsfunktionen von Applikationen. Es unterscheidet berechtigte Benutzung von illegitimer Verwendung. Die Modelle des Identitätsmanagements haben sich vom isolierten zum zentralisierten Paradigma und darüber hinaus zu Identitätsverbünden weiterentwickelt. Im Rahmen dieser Evolution ist der Identitätsanbieter zu einer mächtigen vertrauenswürdigen dritten Partei aufgestiegen. Zur Etablierung eines bis jetzt noch unvorstellbaren Machtgleichgewichts wurde der Grundgedanke der selbstbestimmten Identität proklamiert. Eine tiefgehende Analyse des neuen Konzepts unterstützt auf essentielle Weise das generelle Verständnis der Vorzüge und Defizite. Bei der Analyse des Modells untersuchen wir zu Beginn strukturelle Komponenten des selbstbestimmten Identitätsmanagements basierend auf der Blockchain Technologie. Anschließend erforschen wir Vertrauensanforderungen in diesem Kontext anhand von Mustern. Diese schematischen Darstellungen illustrieren das Verhältnis der Hauptakteure im Verbund mit einem dezentralisierten Identitätsanbieter. Im Vergleich zu den traditionellen Paradigmen, können wir festellen, dass kein Vertrauen mehr in das Verwalten von Anmeldeinformationen und der korrekten Authentifizierung benötigt wird. Zusätzlich bewirkt die Verwendung von vertrauensfördernder Attributaggregation eine weitere Transformation der Vertrauenssituation. Darauffolgend formalisieren wir die Darstellung von Vertrauensmodellen in Attribute Assurance mit Hilfe eines Meta-Frameworks. Als zentrale Komponenten sind das Attestierungs- und Vertrauensnetzwerk sowie der Vertrauensentscheidungsprozess, einschließlich der Vertrauensfunktion, enthalten. Ein sicheres Vertrauensmodell beruht auf der Sicherheit der Vertrauensfunktion. Hohe Vertrauenswerte sowie mehrere Attributaussteller sollten dafür berücksichtigt werden. Des Weiteren evaluieren wir Klassifikation, die konzeptionelle und praktische Analyse sowie die Simulation als Untersuchungsansätze für Vertrauensmodelle. Für die Umsetzung der vertrauensfördernden Attributaggregation schlagen wir einen wahrscheinlichkeitstheoretischen Ansatz vor. Die entwickelte Methode basiert auf den primären Charakteristiken der Korrektheit und Gültigkeit von Attributen. Diese Indikatoren werden für einen und anschließend für mehrere Merkmalsanbieter kombiniert. Zusätzlich betten wir die daraus entstehende Vertrauensfunktion in ein vollständiges Modell auf Basis des Ökosystem von selbstbestimmten Identitäten ein. Für die praktische Anwendung der Vertrauensfunktion und die Überwindung mehrerer Herausforderungen für den Dienstanbieter, bei der Einführung selbstbestimmter Identitätslösungen, konzipieren und implementieren wir einen Identitätsbroker. Dieser Vermittler besteht aus einer komponentenbasierten Architektur, um von einer dedizierten selbstbestimmten Identitätslösung zu abstrahieren. Zusätzlich bilden etablierte Identitäts- und Zugriffsverwaltungsprotokolle die Schnittstelle zu herkömmlichen Anwendungen. Der Einsatz des Brokers auf der Seite des Dienstanbieters unterminiert nicht die Grundsätze der selbstbestimmten Identität. Im Gegensatz wird die Weiterentwicklung des entsprechenden Ökosystems gefördert. Innerhalb einer Fallstudie wird die Verwendung des Identitätsbrokers bei Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Benutzerattribute betrachtet, um die Nützlichkeit bei der Authentifizierung und Attributbasierten Zugriffskontrolle zu demonstrieren.
KW - identity
KW - self-sovereign identity
KW - trust
KW - attribute assurance
KW - Identität
KW - selbst-souveräne Identitäten
KW - Vertrauen
KW - Attributsicherung
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-567450
ER -
TY - BOOK
A1 - Gayvoronskaya, Tatiana
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Schnjakin, Maxim
T1 - Blockchain
BT - Hype oder Innovation
N2 - Der Begriff Blockchain ist in letzter Zeit zu einem Schlagwort geworden, aber nur wenige wissen, was sich genau dahinter verbirgt. Laut einer Umfrage, die im ersten Quartal 2017 veröffentlicht wurde, ist der Begriff nur bei 35 Prozent der deutschen Mittelständler bekannt. Dabei ist die Blockchain-Technologie durch ihre rasante Entwicklung und die globale Eroberung unterschiedlicher Märkte für Massenmedien sehr interessant.
So sehen viele die Blockchain-Technologie entweder als eine Allzweckwaffe, zu der aber nur wenige einen Zugang haben, oder als eine Hacker-Technologie für geheime Geschäfte im Darknet. Dabei liegt die Innovation der Blockchain-Technologie in ihrer erfolgreichen Zusammensetzung bereits vorhandener Ansätze: dezentrale Netzwerke, Kryptographie, Konsensfindungsmodelle. Durch das innovative Konzept wird ein Werte-Austausch in einem dezentralen System möglich. Dabei wird kein Vertrauen zwischen dessen Knoten (z.B. Nutzer) vorausgesetzt.
Mit dieser Studie möchte das Hasso-Plattner-Institut den Lesern helfen, ihren eigenen Standpunkt zur Blockchain-Technologie zu finden und dabei dazwischen unterscheiden zu können, welche Eigenschaften wirklich innovativ und welche nichts weiter als ein Hype sind.
Die Autoren der vorliegenden Arbeit analysieren positive und negative Eigenschaften, welche die Blockchain-Architektur prägen, und stellen mögliche Anpassungs- und Lösungsvorschläge vor, die zu einem effizienten Einsatz der Technologie beitragen können. Jedem Unternehmen, bevor es sich für diese Technologie entscheidet, wird dabei empfohlen, für den geplanten Anwendungszweck zunächst ein klares Ziel zu definieren, das mit einem angemessenen Kosten-Nutzen-Verhältnis angestrebt werden kann. Dabei sind sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen der Blockchain-Technologie zu beachten. Die relevanten Schritte, die es in diesem Zusammenhang zu beachten gilt, fasst die Studie für die Leser übersichtlich zusammen.
Es wird ebenso auf akute Fragestellungen wie Skalierbarkeit der Blockchain, geeigneter Konsensalgorithmus und Sicherheit eingegangen, darunter verschiedene Arten möglicher Angriffe und die entsprechenden Gegenmaßnahmen zu deren Abwehr. Neue Blockchains etwa laufen Gefahr, geringere Sicherheit zu bieten, da Änderungen an der bereits bestehenden Technologie zu Schutzlücken und Mängeln führen können.
Nach Diskussion der innovativen Eigenschaften und Probleme der Blockchain-Technologie wird auf ihre Umsetzung eingegangen. Interessierten Unternehmen stehen viele Umsetzungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die zahlreichen Anwendungen haben entweder eine eigene Blockchain als Grundlage oder nutzen bereits bestehende und weitverbreitete Blockchain-Systeme. Zahlreiche Konsortien und Projekte bieten „Blockchain-as-a-Service“ an und unterstützen andere Unternehmen beim Entwickeln, Testen und Bereitstellen von Anwendungen.
Die Studie gibt einen detaillierten Überblick über zahlreiche relevante Einsatzbereiche und Projekte im Bereich der Blockchain-Technologie. Dadurch, dass sie noch relativ jung ist und sich schnell entwickelt, fehlen ihr noch einheitliche Standards, die Zusammenarbeit der verschiedenen Systeme erlauben und an die sich alle Entwickler halten können. Aktuell orientieren sich Entwickler an Bitcoin-, Ethereum- und Hyperledger-Systeme, diese dienen als Grundlage für viele weitere Blockchain-Anwendungen.
Ziel ist, den Lesern einen klaren und umfassenden Überblick über die Blockchain-Technologie und deren Möglichkeiten zu vermitteln.
N2 - The term blockchain has recently become a buzzword, but only few know what exactly lies behind this approach. According to a survey, issued in the first quarter of 2017, the term is only known by 35 percent of German medium-sized enterprise representatives. However, the blockchain technology is very interesting for the mass media because of its rapid development and global capturing of different markets.
For example, many see blockchain technology either as an all-purpose weapon— which only a few have access to—or as a hacker technology for secret deals in the darknet. The innovation of blockchain technology is found in its successful combination of already existing approaches: such as decentralized networks, cryptography, and consensus models. This innovative concept makes it possible to exchange values in a decentralized system. At the same time, there is no requirement for trust between its nodes (e.g. users).
With this study the Hasso Plattner Institute would like to help readers form their own opinion about blockchain technology, and to distinguish between truly innovative properties and hype.
The authors of the present study analyze the positive and negative properties of the blockchain architecture and suggest possible solutions, which can contribute to the efficient use of the technology. We recommend that every company define a clear target for the intended application, which is achievable with a reasonable cost-benefit ration, before deciding on this technology. Both the possibilities and the limitations of blockchain technology need to be considered. The relevant steps that must be taken in this respect are summarized /summed up for the reader in this study.
Furthermore, this study elaborates on urgent problems such as the scalability of the blockchain, appropriate consensus algorithm and security, including various types of possible attacks and their countermeasures. New blockchains, for example, run the risk of reducing security, as changes to existing technology can lead to lacks in the security and failures.
After discussing the innovative properties and problems of the blockchain technology, its implementation is discussed. There are a lot of implementation opportunities for companies available who are interested in the blockchain realization. The numerous applications have either their own blockchain as a basis or use existing and widespread blockchain systems. Various consortia and projects offer "blockchain-as-a-serviceänd help other companies to develop, test and deploy their own applications.
This study gives a detailed overview of diverse relevant applications and projects in the field of blockchain technology. As this technology is still a relatively young and fast developing approach, it still lacks uniform standards to allow the cooperation of different systems and to which all developers can adhere. Currently, developers are orienting themselves to Bitcoin, Ethereum and Hyperledger systems, which serve as the basis for many other blockchain applications.
The goal is to give readers a clear and comprehensive overview of blockchain technology and its capabilities.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 113
KW - Blockchain-Konsortium R3
KW - blockchain-übergreifend
KW - Blöcke
KW - Blockkette
KW - Blumix-Plattform
KW - dezentrale autonome Organisation
KW - doppelter Hashwert
KW - Identitätsmanagement
KW - intelligente Verträge
KW - Internet der Dinge
KW - Japanisches Blockchain-Konsortium
KW - Kette
KW - Konsensalgorithmus
KW - Konsensprotokoll
KW - Micropayment-Kanäle
KW - Off-Chain-Transaktionen
KW - Peer-to-Peer Netz
KW - Schwierigkeitsgrad
KW - Skalierbarkeit der Blockchain
KW - Transaktion
KW - Verträge
KW - Zielvorgabe
KW - Zookos Dreieck
KW - ACINQ
KW - altchain
KW - alternative chain
KW - ASIC
KW - atomic swap
KW - Australian securities exchange
KW - bidirectional payment channels
KW - Bitcoin Core
KW - bitcoins
KW - BitShares
KW - Blockchain Auth
KW - blockchain consortium
KW - cross-chain
KW - inter-chain
KW - blocks
KW - blockchain
KW - Blockstack ID
KW - Blockstack
KW - blumix platform
KW - BTC
KW - Byzantine Agreement
KW - chain
KW - cloud
KW - Colored Coins
KW - confirmation period
KW - contest period
KW - DAO
KW - Delegated Proof-of-Stake
KW - decentralized autonomous organization
KW - Distributed Proof-of-Research
KW - double hashing
KW - DPoS
KW - ECDSA
KW - Eris
KW - Ether
KW - Ethereum
KW - E-Wallet
KW - Federated Byzantine Agreement
KW - federated voting
KW - FollowMyVote
KW - Fork
KW - Gridcoin
KW - Hard Fork
KW - Hashed Timelock Contracts
KW - hashrate
KW - identity management
KW - smart contracts
KW - Internet of Things
KW - IoT
KW - BCCC
KW - Japanese Blockchain Consortium
KW - consensus algorithm
KW - consensus protocol
KW - ledger assets
KW - Lightning Network
KW - Lock-Time-Parameter
KW - merged mining
KW - merkle root
KW - micropayment
KW - micropayment channels
KW - Microsoft Azur
KW - miner
KW - mining
KW - mining hardware
KW - minting
KW - Namecoin
KW - NameID
KW - NASDAQ
KW - nonce
KW - off-chain transaction
KW - Onename
KW - OpenBazaar
KW - Oracles
KW - Orphan Block
KW - P2P
KW - Peercoin
KW - peer-to-peer network
KW - pegged sidechains
KW - PoB
KW - PoS
KW - PoW
KW - Proof-of-Burn
KW - Proof-of-Stake
KW - Proof-of-Work
KW - quorum slices
KW - Ripple
KW - rootstock
KW - scarce tokens
KW - difficulty
KW - SCP
KW - SHA
KW - sidechain
KW - Simplified Payment Verification
KW - scalability of blockchain
KW - Slock.it
KW - Soft Fork
KW - SPV
KW - Steemit
KW - Stellar Consensus Protocol
KW - Storj
KW - The Bitfury Group
KW - The DAO
KW - transaction
KW - Two-Way-Peg
KW - Unspent Transaction Output
KW - contracts
KW - Watson IoT
KW - difficulty target
KW - Zookos triangle
Y1 - 2018
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103141
SN - 978-3-86956-394-7
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 113
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Puri, Manish
A1 - Varde, Aparna S.
A1 - Melo, Gerard de
T1 - Commonsense based text mining on urban policy
JF - Language resources and evaluation
N2 - Local laws on urban policy, i.e., ordinances directly affect our daily life in various ways (health, business etc.), yet in practice, for many citizens they remain impervious and complex. This article focuses on an approach to make urban policy more accessible and comprehensible to the general public and to government officials, while also addressing pertinent social media postings. Due to the intricacies of the natural language, ranging from complex legalese in ordinances to informal lingo in tweets, it is practical to harness human judgment here. To this end, we mine ordinances and tweets via reasoning based on commonsense knowledge so as to better account for pragmatics and semantics in the text. Ours is pioneering work in ordinance mining, and thus there is no prior labeled training data available for learning. This gap is filled by commonsense knowledge, a prudent choice in situations involving a lack of adequate training data. The ordinance mining can be beneficial to the public in fathoming policies and to officials in assessing policy effectiveness based on public reactions. This work contributes to smart governance, leveraging transparency in governing processes via public involvement. We focus significantly on ordinances contributing to smart cities, hence an important goal is to assess how well an urban region heads towards a smart city as per its policies mapping with smart city characteristics, and the corresponding public satisfaction.
KW - Commonsense reasoning
KW - Opinion mining
KW - Ordinances
KW - Smart cities
KW - Social
KW - media
KW - Text mining
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1007/s10579-022-09584-6
SN - 1574-020X
SN - 1574-0218
VL - 57
SP - 733
EP - 763
PB - Springer
CY - Dordrecht [u.a.]
ER -
TY - THES
A1 - Thiele, Sven
T1 - Modeling biological systems with Answer Set Programming
T1 - Modellierung biologischer Systeme mit Answer Set Programming
N2 - Biology has made great progress in identifying and measuring the building blocks of life. The availability of high-throughput methods in molecular biology has dramatically accelerated the growth of biological knowledge for various organisms. The advancements in genomic, proteomic and metabolomic technologies allow for constructing complex models of biological systems. An increasing number of biological repositories is available on the web, incorporating thousands of biochemical reactions and genetic regulations. Systems Biology is a recent research trend in life science, which fosters a systemic view on biology. In Systems Biology one is interested in integrating the knowledge from all these different sources into models that capture the interaction of these entities. By studying these models one wants to understand the emerging properties of the whole system, such as robustness. However, both measurements as well as biological networks are prone to considerable incompleteness, heterogeneity and mutual inconsistency, which makes it highly non-trivial to draw biologically meaningful conclusions in an automated way. Therefore, we want to promote Answer Set Programming (ASP) as a tool for discrete modeling in Systems Biology. ASP is a declarative problem solving paradigm, in which a problem is encoded as a logic program such that its answer sets represent solutions to the problem. ASP has intrinsic features to cope with incompleteness, offers a rich modeling language and highly efficient solving technology. We present ASP solutions, for the analysis of genetic regulatory networks, determining consistency with observed measurements and identifying minimal causes for inconsistency. We extend this approach for computing minimal repairs on model and data that restore consistency. This method allows for predicting unobserved data even in case of inconsistency. Further, we present an ASP approach to metabolic network expansion. This approach exploits the easy characterization of reachability in ASP and its various reasoning methods, to explore the biosynthetic capabilities of metabolic reaction networks and generate hypotheses for extending the network. Finally, we present the BioASP library, a Python library which encapsulates our ASP solutions into the imperative programming paradigm. The library allows for an easy integration of ASP solution into system rich environments, as they exist in Systems Biology.
N2 - In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Identifikation und Messung der Bausteine des Lebens gemacht. Die Verfügbarkeit von Hochdurchsatzverfahren in der Molekularbiology hat das Anwachsen unseres biologischen Wissens dramatisch beschleunigt. Durch die technische Fortschritte in Genomic, Proteomic und Metabolomic wurde die Konstruktion komplexer Modelle biologischer Systeme ermöglicht. Immer mehr biologische Datenbanken sind über das Internet verfügbar, sie enthalten tausende Daten biochemischer Reaktionen und genetischer Regulation. System Biologie ist ein junger Forschungszweig der Biologie, der versucht Biologische Systeme in ihrer Ganzheit zu erforschen. Dabei ist man daran interessiert möglichst viel Wissen aus den unterschiedlichsten Bereichen in ein Modell zu aggregieren, welches das Zusammenwirken der verschiedensten Komponenten nachbildet. Durch das Studium derartiger Modelle erhofft man sich ein Verständnis der aufbauenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Robustheit, des Systems zu erlangen. Es stellt sich jedoch die Problematik, das sowohl die biologischen Modelle als auch die verfügbaren Messwerte, oft unvollständig, miteinander unvereinbar oder fehlerhaft sind. All dies macht es schwierig biologisch sinnvolle Schlussfolgerungen zu ziehen. Daher, möchten wir in dieser Arbeit Antwortmengen Programmierung (engl. Answer Set Programming; ASP) als Werkzeug zur diskreten Modellierung system biologischer Probleme vorschlagen. ASP verfügt über eingebaute Eigenschaften zum Umgang mit unvollständiger Information, eine reichhaltige Modellierungssprache und hocheffiziente Berechnungstechniken. Wir präsentieren ASP Lösungen zur Analyse von Netzwerken genetischer Regulierungen, zur Prüfung der Konsistenz mit gemessene Daten, und zur Identifikation von Gründen für Inkonsistenz. Diesen Ansatz erweitern wir um die Möglichkeit zur Berechnung minimaler Reparaturen an Modell und Daten, welche Konsistenz erzeugen. Mithilfe dieser Methode werden wir in die Lage versetzt, auch im Fall von Inkonsistenz, noch ungemessene Daten vorherzusagen. Weiterhin, präsentieren wir einen ASP Ansatz zur Analyse metabolischer Netzwerke. Bei diesem Ansatz, nutzen wir zum einen aus das sich Erreichbarkeit mit ASP leicht spezifizieren lässt und das ASP mehrere mächtige Methoden zur Schlussfolgerung bereitstellt, welche sich auch kombiniert lassen. Dadurch wird es möglich die Synthese Möglichkeiten eines Metabolischen Netzwerks zu erforschen und Hypothesen für Erweiterungen des metabolischen Netzwerks zu berechnen. Zu guter Letzt, präsentieren wir die BioASP Softwarebibliothek. Die BioASP-Bibliothek kapselt unsere ASP Lösungen in das imperative Programmierparadigma und vereinfacht eine Integration von ASP Lösungen in heterogene Betriebsumgebungen, wie sie in der System Biologie vorherrschen.
KW - Antwortmengen Programmierung
KW - System Biologie
KW - Inkonsistenz
KW - Unvollständigkeit
KW - Reparatur
KW - answer set programming
KW - systems biology
KW - inconsistency
KW - incompleteness
KW - repair
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59383
ER -
TY - CHAP
A1 - Gebser, Martin
A1 - Hinrichs, Henrik
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Thiele, Sven
T1 - xpanda: a (simple) preprocessor for adding multi-valued propositions to ASP
N2 - We introduce a simple approach extending the input language of Answer Set Programming (ASP) systems by multi-valued propositions. Our approach is implemented as a (prototypical) preprocessor translating logic programs with multi-valued propositions into logic programs with Boolean propositions only. Our translation is modular and heavily benefits from the expressive input language of ASP. The resulting approach, along with its implementation, allows for solving interesting constraint satisfaction problems in ASP, showing a good performance.
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41466
ER -
TY - THES
A1 - Flöter, André
T1 - Analyzing biological expression data based on decision tree induction
T1 - Analyse biologischer Expressionsdaten mit Hilfe von Entscheidungsbauminduktion
N2 - Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these methods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the possibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the understanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of combinatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecutively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowledge and to suggest interesting and new relationships between metabolites.
N2 - Neuere biologische Analysetechniken liefern Forschern verschiedenste Arten von Daten. Eine Art dieser Daten sind die so genannten "Expressionsdaten". Sie geben die Konzentrationen biochemischer Inhaltsstoffe in Gewebeproben an. Neuerdings können Expressionsdaten sehr schnell erzeugt werden. Das führt wiederum zu so großen Datenmengen, dass sie nicht mehr mit klassischen statistischen Verfahren analysiert werden können. "System biology" ist eine neue Disziplin, die sich mit der Modellierung solcher Information befasst. Zur Zeit werden dazu verschiedenste Methoden benutzt. Eine Superklasse dieser Methoden ist das maschinelle Lernen. Dieses wurde bis vor kurzem ausschließlich zum Klassifizieren und zum Vorhersagen genutzt. Dabei wurde eine wichtige zweite Eigenschaft vernachlässigt, nämlich die Möglichkeit zum Erlernen von interpretierbaren Modellen. Die Erstellung solcher Modelle hat mittlerweile eine Schlüsselrolle in der "Systems biology" erlangt. Es sind bereits zahlreiche Methoden dazu vorgeschlagen und diskutiert worden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Nutzung einer ganz grundlegenden Technik: den Entscheidungsbäumen. Zunächst wird ein Konzept zum Vergleich von Baummengen entwickelt, welches das Erkennen bedeutsamer Schwellwerte in reellwertigen Daten anhand ihrer zugehörigen Entscheidungswälder ermöglicht. Das Erkennen solcher Schwellwerte dient dem Verständnis von dynamischen Abläufen in lebenden Organismen. Bei der Anwendung dieser Technik auf metabolische Konzentrationsdaten wurden bereits Zustände erkannt, die nicht mit herkömmlichen Techniken entdeckt werden konnten. Ein zweiter Ansatz befasst sich mit der Auswertung der Struktur von Entscheidungswäldern zur Entdeckung von kombinatorischen Abhängigkeiten zwischen Attributen. Bisherige Arbeiten hierzu befassten sich vornehmlich mit rechenintensiven Verfahren oder mit einzelnen Entscheidungsbäumen, eine sehr eingeschränkte Ausbeutung der Daten. Das führte dann entweder zu unvollständigen oder instabilen Ergebnissen. Darum wird hier eine Methode entwickelt, die Mengen von Entscheidungsbäumen nutzt, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beide vorgestellten Verfahren gibt es als Werkzeuge für den Computer, die entweder hintereinander oder einzeln verwendet werden können. Auf diese Weise stellen sie eine sinnvolle Ergänzung zu vorhandenen Analyswerkzeugen dar. Mit Hilfe der bereitgestellten Software war es möglich, bekanntes Wissen zu bestätigen und interessante neue Zusammenhänge im Stoffwechsel von Pflanzen aufzuzeigen.
KW - Molekulare Bioinformatik
KW - Maschinelles Lernen
KW - Entscheidungsbäume
KW - machine learning
KW - decision trees
KW - computational biology
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416
ER -
TY - THES
A1 - Gebser, Martin
T1 - Proof theory and algorithms for answer set programming
T1 - Beweistheorie und Algorithmen für die Antwortmengenprogrammierung
N2 - Answer Set Programming (ASP) is an emerging paradigm for declarative programming, in which a computational problem is specified by a logic program such that particular models, called answer sets, match solutions. ASP faces a growing range of applications, demanding for high-performance tools able to solve complex problems. ASP integrates ideas from a variety of neighboring fields. In particular, automated techniques to search for answer sets are inspired by Boolean Satisfiability (SAT) solving approaches. While the latter have firm proof-theoretic foundations, ASP lacks formal frameworks for characterizing and comparing solving methods. Furthermore, sophisticated search patterns of modern SAT solvers, successfully applied in areas like, e.g., model checking and verification, are not yet established in ASP solving. We address these deficiencies by, for one, providing proof-theoretic frameworks that allow for characterizing, comparing, and analyzing approaches to answer set computation. For another, we devise modern ASP solving algorithms that integrate and extend state-of-the-art techniques for Boolean constraint solving. We thus contribute to the understanding of existing ASP solving approaches and their interconnections as well as to their enhancement by incorporating sophisticated search patterns. The central idea of our approach is to identify atomic as well as composite constituents of a propositional logic program with Boolean variables. This enables us to describe fundamental inference steps, and to selectively combine them in proof-theoretic characterizations of various ASP solving methods. In particular, we show that different concepts of case analyses applied by existing ASP solvers implicate mutual exponential separations regarding their best-case complexities. We also develop a generic proof-theoretic framework amenable to language extensions, and we point out that exponential separations can likewise be obtained due to case analyses on them. We further exploit fundamental inference steps to derive Boolean constraints characterizing answer sets. They enable the conception of ASP solving algorithms including search patterns of modern SAT solvers, while also allowing for direct technology transfers between the areas of ASP and SAT solving. Beyond the search for one answer set of a logic program, we address the enumeration of answer sets and their projections to a subvocabulary, respectively. The algorithms we develop enable repetition-free enumeration in polynomial space without being intrusive, i.e., they do not necessitate any modifications of computations before an answer set is found. Our approach to ASP solving is implemented in clasp, a state-of-the-art Boolean constraint solver that has successfully participated in recent solver competitions. Although we do here not address the implementation techniques of clasp or all of its features, we present the principles of its success in the context of ASP solving.
N2 - Antwortmengenprogrammierung (engl. Answer Set Programming; ASP) ist ein Paradigma zum deklarativen Problemlösen, wobei Problemstellungen durch logische Programme beschrieben werden, sodass bestimmte Modelle, Antwortmengen genannt, zu Lösungen korrespondieren. Die zunehmenden praktischen Anwendungen von ASP verlangen nach performanten Werkzeugen zum Lösen komplexer Problemstellungen. ASP integriert diverse Konzepte aus verwandten Bereichen. Insbesondere sind automatisierte Techniken für die Suche nach Antwortmengen durch Verfahren zum Lösen des aussagenlogischen Erfüllbarkeitsproblems (engl. Boolean Satisfiability; SAT) inspiriert. Letztere beruhen auf soliden beweistheoretischen Grundlagen, wohingegen es für ASP kaum formale Systeme gibt, um Lösungsmethoden einheitlich zu beschreiben und miteinander zu vergleichen. Weiterhin basiert der Erfolg moderner Verfahren zum Lösen von SAT entscheidend auf fortgeschrittenen Suchtechniken, die in gängigen Methoden zur Antwortmengenberechnung nicht etabliert sind. Diese Arbeit entwickelt beweistheoretische Grundlagen und fortgeschrittene Suchtechniken im Kontext der Antwortmengenberechnung. Unsere formalen Beweissysteme ermöglichen die Charakterisierung, den Vergleich und die Analyse vorhandener Lösungsmethoden für ASP. Außerdem entwerfen wir moderne Verfahren zum Lösen von ASP, die fortgeschrittene Suchtechniken aus dem SAT-Bereich integrieren und erweitern. Damit trägt diese Arbeit sowohl zum tieferen Verständnis von Lösungsmethoden für ASP und ihrer Beziehungen untereinander als auch zu ihrer Verbesserung durch die Erschließung fortgeschrittener Suchtechniken bei. Die zentrale Idee unseres Ansatzes besteht darin, Atome und komposite Konstrukte innerhalb von logischen Programmen gleichermaßen mit aussagenlogischen Variablen zu assoziieren. Dies ermöglicht die Isolierung fundamentaler Inferenzschritte, die wir in formalen Charakterisierungen von Lösungsmethoden für ASP selektiv miteinander kombinieren können. Darauf aufbauend zeigen wir, dass unterschiedliche Einschränkungen von Fallunterscheidungen zwangsläufig zu exponentiellen Effizienzunterschieden zwischen den charakterisierten Methoden führen. Wir generalisieren unseren beweistheoretischen Ansatz auf logische Programme mit erweiterten Sprachkonstrukten und weisen analytisch nach, dass das Treffen bzw. Unterlassen von Fallunterscheidungen auf solchen Konstrukten ebenfalls exponentielle Effizienzunterschiede bedingen kann. Die zuvor beschriebenen fundamentalen Inferenzschritte nutzen wir zur Extraktion inhärenter Bedingungen, denen Antwortmengen genügen müssen. Damit schaffen wir eine Grundlage für den Entwurf moderner Lösungsmethoden für ASP, die fortgeschrittene, ursprünglich für SAT konzipierte, Suchtechniken mit einschließen und darüber hinaus einen transparenten Technologietransfer zwischen Verfahren zum Lösen von ASP und SAT erlauben. Neben der Suche nach einer Antwortmenge behandeln wir ihre Aufzählung, sowohl für gesamte Antwortmengen als auch für Projektionen auf ein Subvokabular. Hierfür entwickeln wir neuartige Methoden, die wiederholungsfreies Aufzählen in polynomiellem Platz ermöglichen, ohne die Suche zu beeinflussen und ggf. zu behindern, bevor Antwortmengen berechnet wurden.
KW - Wissensrepräsentation und -verarbeitung
KW - Antwortmengenprogrammierung
KW - Beweistheorie
KW - Algorithmen
KW - Knowledge Representation and Reasoning
KW - Answer Set Programming
KW - Proof Theory
KW - Algorithms
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55425
ER -
TY - GEN
A1 - Ostrowski, Max
A1 - Schaub, Torsten
T1 - ASP modulo CSP
BT - the clingcon system
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - We present the hybrid ASP solver clingcon, combining the simple modeling language and the high performance Boolean solving capacities of Answer Set Programming (ASP) with techniques for using non-Boolean constraints from the area of Constraint Programming (CP). The new clingcon system features an extended syntax supporting global constraints and optimize statements for constraint variables. The major technical innovation improves the interaction between ASP and CP solver through elaborated learning techniques based on irreducible inconsistent sets. A broad empirical evaluation shows that these techniques yield a performance improvement of an order of magnitude.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 579
KW - answer set
KW - constraints
KW - logic
KW - SMT
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413908
SN - 1866-8372
IS - 579
ER -
TY - JOUR
A1 - Brewka, Gerhard
A1 - Ellmauthaler, Stefan
A1 - Kern-Isberner, Gabriele
A1 - Obermeier, Philipp
A1 - Ostrowski, Max
A1 - Romero, Javier
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Schieweck, Steffen
T1 - Advanced solving technology for dynamic and reactive applications
JF - Künstliche Intelligenz
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0538-8
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 199
EP - 200
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - THES
A1 - Richly, Keven
T1 - Memory-efficient data management for spatio-temporal applications
BT - workload-driven fine-grained configuration optimization for storing spatio-temporal data in columnar In-memory databases
N2 - The wide distribution of location-acquisition technologies means that large volumes of spatio-temporal data are continuously being accumulated. Positioning systems such as GPS enable the tracking of various moving objects' trajectories, which are usually represented by a chronologically ordered sequence of observed locations. The analysis of movement patterns based on detailed positional information creates opportunities for applications that can improve business decisions and processes in a broad spectrum of industries (e.g., transportation, traffic control, or medicine). Due to the large data volumes generated in these applications, the cost-efficient storage of spatio-temporal data is desirable, especially when in-memory database systems are used to achieve interactive performance requirements.
To efficiently utilize the available DRAM capacities, modern database systems support various tuning possibilities to reduce the memory footprint (e.g., data compression) or increase performance (e.g., additional indexes structures). By considering horizontal data partitioning, we can independently apply different tuning options on a fine-grained level. However, the selection of cost and performance-balancing configurations is challenging, due to the vast number of possible setups consisting of mutually dependent individual decisions.
In this thesis, we introduce multiple approaches to improve spatio-temporal data management by automatically optimizing diverse tuning options for the application-specific access patterns and data characteristics. Our contributions are as follows:
(1) We introduce a novel approach to determine fine-grained table configurations for spatio-temporal workloads. Our linear programming (LP) approach jointly optimizes the (i) data compression, (ii) ordering, (iii) indexing, and (iv) tiering. We propose different models which address cost dependencies at different levels of accuracy to compute optimized tuning configurations for a given workload, memory budgets, and data characteristics. To yield maintainable and robust configurations, we further extend our LP-based approach to incorporate reconfiguration costs as well as optimizations for multiple potential workload scenarios.
(2) To optimize the storage layout of timestamps in columnar databases, we present a heuristic approach for the workload-driven combined selection of a data layout and compression scheme. By considering attribute decomposition strategies, we are able to apply application-specific optimizations that reduce the memory footprint and improve performance.
(3) We introduce an approach that leverages past trajectory data to improve the dispatch processes of transportation network companies. Based on location probabilities, we developed risk-averse dispatch strategies that reduce critical delays.
(4) Finally, we used the use case of a transportation network company to evaluate our database optimizations on a real-world dataset. We demonstrate that workload-driven fine-grained optimizations allow us to reduce the memory footprint (up to 71% by equal performance) or increase the performance (up to 90% by equal memory size) compared to established rule-based heuristics.
Individually, our contributions provide novel approaches to the current challenges in spatio-temporal data mining and database research. Combining them allows in-memory databases to store and process spatio-temporal data more cost-efficiently.
N2 - Durch die starke Verbreitung von Systemen zur Positionsbestimmung werden fortlaufend große Mengen an Bewegungsdaten mit einem räumlichen und zeitlichen Bezug gesammelt. Ortungssysteme wie GPS ermöglichen, die Bewegungen verschiedener Objekte (z. B. Personen oder Fahrzeuge) nachzuverfolgen. Diese werden in der Regel durch eine chronologisch geordnete Abfolge beobachteter Aufenthaltsorte repräsentiert. Die Analyse von Bewegungsmustern auf der Grundlage detaillierter Positionsinformationen schafft in unterschiedlichsten Branchen (z. B. Transportwesen, Verkehrssteuerung oder Medizin) die Möglichkeit Geschäftsentscheidungen und -prozesse zu verbessern. Aufgrund der großen Datenmengen, die bei diesen Anwendungen auftreten, stellt die kosteneffiziente Speicherung von Bewegungsdaten eine Herausforderung dar. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Hauptspeicherdatenbanken zur Speicherung eingesetzt werden, um die Anforderungen bezüglich interaktiver Antwortzeiten zu erfüllen.
Um die verfügbaren Speicherkapazitäten effizient zu nutzen, unterstützen moderne Datenbanksysteme verschiedene Optimierungsmöglichkeiten, um den Speicherbedarf zu reduzieren (z. B. durch Datenkomprimierung) oder die Performance zu erhöhen (z. B. durch Indexstrukturen). Dabei ermöglicht eine horizontale Partitionierung der Daten, dass unabhängig voneinander verschiedene Optimierungen feingranular auf einzelnen Bereichen der Daten angewendet werden können. Die Auswahl von Konfigurationen, die sowohl die Kosten als auch Leistungsanforderungen berücksichtigen, ist jedoch aufgrund der großen Anzahl möglicher Kombinationen -- die aus voneinander abhängigen Einzelentscheidungen bestehen -- komplex.
In dieser Dissertation präsentieren wir mehrere Ansätze zur Verbesserung der Datenverwaltung, indem wir die Auswahl verschiedener Datenbankoptimierungen automatisch für die anwendungsspezifischen Zugriffsmuster und Dateneigenschaften anpassen. Diesbezüglich leistet die vorliegende Dissertation die folgenden Beiträge: (1) Wir stellen einen neuen Ansatz vor, um feingranulare Tabellenkonfigurationen für räumlich-zeitliche Workloads zu bestimmen. In diesem Zusammenhang optimiert unser Linear Programming (LP) Ansatz gemeinsam (i) die Datenkompression, (ii) die Sortierung, (iii) die Indizierung und (iv) die Datenplatzierung. Hierzu schlagen wir verschiedene Modelle mit unterschiedlichen Kostenabhängigkeiten vor, um optimierte Konfigurationen für einen gegebenen Workload, ein Speicherbudget und die vorliegenden Dateneigenschaften zu berechnen. Durch die Erweiterung des LP-basierten Ansatzes zur Berücksichtigung von Modifikationskosten und verschiedener potentieller Workloads ist es möglich, die Wartbarkeit und Robustheit der bestimmten Tabellenkonfiguration zu erhöhen.
(2) Um die Speicherung von Timestamps in spalten-orientierten Datenbanken zu optimieren, stellen wir einen heuristischen Ansatz für die kombinierte Auswahl eines Speicherlayouts und eines Kompressionsschemas vor. Zudem sind wir durch die Berücksichtigung von Strategien zur Aufteilung von Attributen in der Lage, anwendungsspezifische Optimierungen anzuwenden, die den Speicherbedarf reduzieren und die Performance verbessern.
(3) Wir stellen einen Ansatz vor, der in der Vergangenheit beobachtete Bewegungsmuster nutzt, um die Zuweisungsprozesse von Vermittlungsdiensten zur Personenbeförderung zu verbessern. Auf der Grundlage von Standortwahrscheinlichkeiten haben wir verschiedene Strategien für die Vergabe von Fahraufträgen an Fahrer entwickelt, die kritische Verspätungen reduzieren.
(4) Abschließend haben wir unsere Datenbankoptimierungen anhand eines realen Datensatzes eines Transportdienstleisters evaluiert. In diesem Zusammenhang zeigen wir, dass wir durch feingranulare workload-basierte Optimierungen den Speicherbedarf (um bis zu 71% bei vergleichbarer Performance) reduzieren oder die Performance (um bis zu 90% bei gleichem Speicherverbrauch) im Vergleich zu regelbasierten Heuristiken verbessern können.
Die einzelnen Beiträge stellen neuartige Ansätze für aktuelle Herausforderungen im Bereich des Data Mining und der Datenbankforschung dar. In Kombination ermöglichen sie eine kosteneffizientere Speicherung und Verarbeitung von Bewegungsdaten in Hauptspeicherdatenbanken.
KW - spatio-temporal data management
KW - trajectory data
KW - columnar databases
KW - in-memory data management
KW - database tuning
KW - spaltenorientierte Datenbanken
KW - Datenbankoptimierung
KW - Hauptspeicher Datenmanagement
KW - Datenverwaltung für Daten mit räumlich-zeitlichem Bezug
KW - Trajektoriendaten
Y1 - 2024
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-635473
ER -
TY - THES
A1 - Lindauer, T. Marius
T1 - Algorithm selection, scheduling and configuration of Boolean constraint solvers
N2 - Boolean constraint solving technology has made tremendous progress over the last decade, leading to industrial-strength solvers, for example, in the areas of answer set programming (ASP), the constraint satisfaction problem (CSP), propositional satisfiability (SAT) and satisfiability of quantified Boolean formulas (QBF). However, in all these areas, there exist multiple solving strategies that work well on different applications; no strategy dominates all other strategies. Therefore, no individual solver shows robust state-of-the-art performance in all kinds of applications. Additionally, the question arises how to choose a well-performing solving strategy for a given application; this is a challenging question even for solver and domain experts. One way to address this issue is the use of portfolio solvers, that is, a set of different solvers or solver configurations. We present three new automatic portfolio methods: (i) automatic construction of parallel portfolio solvers (ACPP) via algorithm configuration,(ii) solving the $NP$-hard problem of finding effective algorithm schedules with Answer Set Programming (aspeed), and (iii) a flexible algorithm selection framework (claspfolio2) allowing for fair comparison of different selection approaches. All three methods show improved performance and robustness in comparison to individual solvers on heterogeneous instance sets from many different applications. Since parallel solvers are important to effectively solve hard problems on parallel computation systems (e.g., multi-core processors), we extend all three approaches to be effectively applicable in parallel settings. We conducted extensive experimental studies different instance sets from ASP, CSP, MAXSAT, Operation Research (OR), SAT and QBF that indicate an improvement in the state-of-the-art solving heterogeneous instance sets. Last but not least, from our experimental studies, we deduce practical advice regarding the question when to apply which of our methods.
N2 - Bool'sche Solver Technologie machte enormen Fortschritt im letzten Jahrzehnt, was beispielsweise zu industrie-relevanten Solvern auf der Basis von Antwortmengenprogrammierung (ASP), dem Constraint Satisfcation Problem (CSP), dem Erfüllbarkeitsproblem für aussagenlogische Formeln (SAT) und dem Erfüllbarkeitsproblem für quantifizierte boolesche Formeln (QBF) führte. Allerdings gibt es in all diesen Bereichen verschiedene Lösungsstrategien, welche bei verschiedenen Anwendungen unterschiedlich effizient sind. Dabei gibt es keine einzelne Strategie, die alle anderen Strategien dominiert. Das führt dazu, dass es keinen robusten Solver für das Lösen von allen möglichen Anwendungsprobleme gibt. Die Wahl der richtigen Strategie für eine neue Anwendung ist eine herausforderne Problemstellung selbst für Solver- und Anwendungsexperten. Eine Möglichkeit, um Solver robuster zu machen, sind Portfolio-Ansätze. Wir stellen drei automatisch einsetzbare Portfolio-Ansätze vor: (i) automatische Konstruktion von parallelen Portfolio-Solvern (ACPP) mit Algorithmen-Konfiguration, (ii) das Lösen des $NP$-harten Problems zur Algorithmen-Ablaufplanung (aspeed) mit ASP, und (iii) ein flexibles Algorithmen-Selektionsframework (claspfolio2), was viele Techniken von Algorithmen-Selektion parametrisiert implementiert und eine faire Vergleichbarkeit zwischen Ihnen erlaubt. Alle drei Methoden verbessern die Robustheit des Solvingprozesses für heterogenen Instanzmengen bestehend aus unterschiedlichsten Anwendungsproblemen. Parallele Solver sind zunehmend der Schlüssel zum effektiven Lösen auf multi-core Maschinen. Daher haben wir all unsere Ansätze auch für den Einsatz auf parallelen Architekturen erweitert. Umfangreiche Experimente auf ASP, CSP, MAXSAT, Operation Research (OR), SAT und QBF zeigen, dass der Stand der Technik durch verbesserte Performanz auf heterogenen Instanzmengen verbessert wurde. Auf Grundlage dieser Experimente leiten wir auch Ratschläge ab, in welchen Anwendungsszenarien welches unserer Verfahren angewendet werden sollte.
T2 - Algorithmen-Selektion, -Ablaufplanung und -Konfiguration von Bool'schen Constraint Solvern
KW - algorithm configuration
KW - algorithm scheduling
KW - algorithm selection
KW - parallel solving
KW - Boolean constraint solver
KW - Algorithmenselektion
KW - Algorithmenablaufplanung
KW - Algorithmenkonfiguration
KW - paralleles Lösen
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-71260
ER -
TY - JOUR
A1 - Fandiño, Jorge
A1 - Laferriere, Francois
A1 - Romero, Javier
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Son, Tran Cao
T1 - Planning with incomplete information in quantified answer set programming
JF - Theory and practice of logic programming
N2 - We present a general approach to planning with incomplete information in Answer Set Programming (ASP). More precisely, we consider the problems of conformant and conditional planning with sensing actions and assumptions. We represent planning problems using a simple formalism where logic programs describe the transition function between states, the initial states and the goal states. For solving planning problems, we use Quantified Answer Set Programming (QASP), an extension of ASP with existential and universal quantifiers over atoms that is analogous to Quantified Boolean Formulas (QBFs). We define the language of quantified logic programs and use it to represent the solutions different variants of conformant and conditional planning. On the practical side, we present a translation-based QASP solver that converts quantified logic programs into QBFs and then executes a QBF solver, and we evaluate experimentally the approach on conformant and conditional planning benchmarks.
KW - answer set programming
KW - planning
KW - quantified logics
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068421000259
SN - 1471-0684
SN - 1475-3081
VL - 21
IS - 5
SP - 663
EP - 679
PB - Cambridge University Press
CY - Cambridge
ER -
TY - GEN
A1 - Dworschak, Steve
A1 - Grell, Susanne
A1 - Nikiforova, Victoria J.
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Selbig, Joachim
T1 - Modeling biological networks by action languages via answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - We describe an approach to modeling biological networks by action languages via answer set programming. To this end, we propose an action language for modeling biological networks, building on previous work by Baral et al. We introduce its syntax and semantics along with a translation into answer set programming, an efficient Boolean Constraint Programming Paradigm. Finally, we describe one of its applications, namely, the sulfur starvation response-pathway of the model plant Arabidopsis thaliana and sketch the functionality of our system and its usage.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 843
KW - biological network model
KW - action language
KW - answer set programming
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429846
SN - 1866-8372
IS - 843
ER -
TY - GEN
A1 - Gebser, Martin
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Thiele, Sven
A1 - Veber, Philippe
T1 - Detecting inconsistencies in large biological networks with answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - We introduce an approach to detecting inconsistencies in large biological networks by using answer set programming. To this end, we build upon a recently proposed notion of consistency between biochemical/genetic reactions and high-throughput profiles of cell activity. We then present an approach based on answer set programming to check the consistency of large-scale data sets. Moreover, we extend this methodology to provide explanations for inconsistencies by determining minimal representations of conflicts. In practice, this can be used to identify unreliable data or to indicate missing reactions.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 561
KW - answer set programming
KW - bioinformatics
KW - consistency
KW - diagnosis
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412467
SN - 1866-8372
IS - 561
ER -
TY - GEN
A1 - Banbara, Mutsunori
A1 - Soh, Takehide
A1 - Tamura, Naoyuki
A1 - Inoue, Katsumi
A1 - Schaub, Torsten
T1 - Answer set programming as a modeling language for course timetabling
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - The course timetabling problem can be generally defined as the task of assigning a number of lectures to a limited set of timeslots and rooms, subject to a given set of hard and soft constraints. The modeling language for course timetabling is required to be expressive enough to specify a wide variety of soft constraints and objective functions. Furthermore, the resulting encoding is required to be extensible for capturing new constraints and for switching them between hard and soft, and to be flexible enough to deal with different formulations. In this paper, we propose to make effective use of ASP as a modeling language for course timetabling. We show that our ASP-based approach can naturally satisfy the above requirements, through an ASP encoding of the curriculum-based course timetabling problem proposed in the third track of the second international timetabling competition (ITC-2007). Our encoding is compact and human-readable, since each constraint is individually expressed by either one or two rules. Each hard constraint is expressed by using integrity constraints and aggregates of ASP. Each soft constraint S is expressed by rules in which the head is the form of penalty (S, V, C), and a violation V and its penalty cost C are detected and calculated respectively in the body. We carried out experiments on four different benchmark sets with five different formulations. We succeeded either in improving the bounds or producing the same bounds for many combinations of problem instances and formulations, compared with the previous best known bounds.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 594
KW - answer set programming
KW - educational timetabling
KW - course timetabling
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-415469
SN - 1866-8372
IS - 594
SP - 783
EP - 798
ER -
TY - GEN
A1 - Kaminski, Roland
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Siegel, Anne
A1 - Videla, Santiago
T1 - Minimal intervention strategies in logical signaling networks with ASP
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Proposing relevant perturbations to biological signaling networks is central to many problems in biology and medicine because it allows for enabling or disabling certain biological outcomes. In contrast to quantitative methods that permit fine-grained (kinetic) analysis, qualitative approaches allow for addressing large-scale networks. This is accomplished by more abstract representations such as logical networks. We elaborate upon such a qualitative approach aiming at the computation of minimal interventions in logical signaling networks relying on Kleene's three-valued logic and fixpoint semantics. We address this problem within answer set programming and show that it greatly outperforms previous work using dedicated algorithms.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 596
KW - systems biology
KW - transduction
KW - circuits
KW - models
KW - sets
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-415704
SN - 1866-8372
IS - 4-5
SP - 675
EP - 690
ER -
TY - GEN
A1 - Hoos, Holger
A1 - Lindauer, Marius
A1 - Schaub, Torsten
T1 - claspfolio 2
BT - advances in algorithm selection for answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Building on the award-winning, portfolio-based ASP solver claspfolio, we present claspfolio 2, a modular and open solver architecture that integrates several different portfolio-based algorithm selection approaches and techniques. The claspfolio 2 solver framework supports various feature generators, solver selection approaches, solver portfolios, as well as solver-schedule-based pre-solving techniques. The default configuration of claspfolio 2 relies on a light-weight version of the ASP solver clasp to generate static and dynamic instance features. The flexible open design of claspfolio 2 is a distinguishing factor even beyond ASP. As such, it provides a unique framework for comparing and combining existing portfolio-based algorithm selection approaches and techniques in a single, unified framework. Taking advantage of this, we conducted an extensive experimental study to assess the impact of different feature sets, selection approaches and base solver portfolios. In addition to gaining substantial insights into the utility of the various approaches and techniques, we identified a default configuration of claspfolio 2 that achieves substantial performance gains not only over clasp's default configuration and the earlier version of claspfolio, but also over manually tuned configurations of clasp.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 606
KW - solver
KW - sat
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-416129
SN - 1866-8372
IS - 606
ER -
TY - GEN
A1 - Gebser, Martin
A1 - Harrison, Amelia
A1 - Kaminski, Roland
A1 - Lifschitz, Vladimir
A1 - Schaub, Torsten
T1 - Abstract gringo
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - This paper defines the syntax and semantics of the input language of the ASP grounder gringo. The definition covers several constructs that were not discussed in earlier work on the semantics of that language, including intervals, pools, division of integers, aggregates with non-numeric values, and lparse-style aggregate expressions. The definition is abstract in the sense that it disregards some details related to representing programs by strings of ASCII characters. It serves as a specification for gringo from Version 4.5 on.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 592
KW - nested expressions
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414751
SN - 1866-8372
IS - 592
ER -
TY - JOUR
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Answer set programming unleashed!
JF - Künstliche Intelligenz
N2 - Answer Set Programming faces an increasing popularity for problem solving in various domains. While its modeling language allows us to express many complex problems in an easy way, its solving technology enables their effective resolution. In what follows, we detail some of the key factors of its success. Answer Set Programming [ASP; Brewka et al. Commun ACM 54(12):92–103, (2011)] is seeing a rapid proliferation in academia and industry due to its easy and flexible way to model and solve knowledge-intense combinatorial (optimization) problems. To this end, ASP offers a high-level modeling language paired with high-performance solving technology. As a result, ASP systems provide out-off-the-box, general-purpose search engines that allow for enumerating (optimal) solutions. They are represented as answer sets, each being a set of atoms representing a solution. The declarative approach of ASP allows a user to concentrate on a problem’s specification rather than the computational means to solve it. This makes ASP a prime candidate for rapid prototyping and an attractive tool for teaching key AI techniques since complex problems can be expressed in a succinct and elaboration tolerant way. This is eased by the tuning of ASP’s modeling language to knowledge representation and reasoning (KRR). The resulting impact is nicely reflected by a growing range of successful applications of ASP [Erdem et al. AI Mag 37(3):53–68, 2016; Falkner et al. Industrial applications of answer set programming. K++nstliche Intelligenz (2018)]
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0550-z
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 105
EP - 108
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - GEN
A1 - Brewka, Gerhard
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Interview with Gerhard Brewka
T2 - Künstliche Intelligenz
N2 - This interview with Gerhard Brewka was conducted by correspondance in May 2018. The question set was compiled by Torsten Schaub and Stefan Woltran.
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0549-5
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 219
EP - 221
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - GEN
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Special issue on answer set programming
T2 - Künstliche Intelligenz
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0554-8
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 101
EP - 103
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - BOOK
A1 - Garus, Marcel
A1 - Sawahn, Rohan
A1 - Wanke, Jonas
A1 - Tiedt, Clemens
A1 - Granzow, Clara
A1 - Kuffner, Tim
A1 - Rosenbaum, Jannis
A1 - Hagemann, Linus
A1 - Wollnik, Tom
A1 - Woth, Lorenz
A1 - Auringer, Felix
A1 - Kantusch, Tobias
A1 - Roth, Felix
A1 - Hanff, Konrad
A1 - Schilli, Niklas
A1 - Seibold, Leonard
A1 - Lindner, Marc Fabian
A1 - Raschack, Selina
ED - Grapentin, Andreas
ED - Tiedt, Clemens
ED - Polze, Andreas
T1 - Operating systems II - student projects
N2 - This technical report presents the results of student projects which were prepared during the lecture “Operating Systems II” offered by the “Operating Systems and Middleware” group at HPI in the Summer term of 2020. The lecture covered ad- vanced aspects of operating system implementation and architecture on topics such as Virtualization, File Systems and Input/Output Systems. In addition to attending the lecture, the participating students were encouraged to gather practical experience by completing a project on a closely related topic over the course of the semester. The results of 10 selected exceptional projects are covered in this report.
The students have completed hands-on projects on the topics of Operating System Design Concepts and Implementation, Hardware/Software Co-Design, Reverse Engineering, Quantum Computing, Static Source-Code Analysis, Operating Systems History, Application Binary Formats and more. It should be recognized that over the course of the semester all of these projects have achieved outstanding results which went far beyond the scope and the expec- tations of the lecture, and we would like to thank all participating students for their commitment and their effort in completing their respective projects, as well as their work on compiling this report.
N2 - Dieser technische Bericht beschriebt die Ergebnisse der Projekte, welche im Rahmen der Lehrveranstaltung "Betriebssysteme II" on teilnehmenden Studierenden durchgeführt wurden. Die Lehrveranstaltung wurde von der "Betriebssysteme und Middleware" am HPI im Sommersemester 2020 durchgeführt und behandele fortgeschrittene Aspekte der Betriebssystemarchitektur und -Implementierung am Beispiel der Virtualisierung, der Dateisysteme und der Eingabe/Ausgabe (I/O) Systeme. Zusätzlich zu den Vorlesungen wurden die Studierenden angeleitet, durch die Durchführung eines begleitenden Projekts praktische Erfahrungen im Umgang mit den behandelten Themen zu sammeln. Die Ergebnisse von 10 ausgewählten, herausragenden Projekten werden in diesem Report vorgestellt.
Die Studierenden haben unter anderem Projekte zu den Themen Betriebssystemdesign und -Implementierung, Hardware/Software Co-Design, Reverse Engineering, Quanten-Computing, Statische Quellcodeanalyse, Betriebssystemgeschichte, dem Binärformat von ausführbaren Dateien durchgeführt. Es ist anzuerkennen, dass alle teilnehmenden Studierenden im Verlauf des Semesters herausragende Ergebnisse erzielt haben, die weit über die Anforderungen der Lehrveranstaltung hinausgingen. Wir möchten uns bei allen teilnehmenden Studierenden für Ihren Einsatz bei der Durchführung der Projekte, sowie bei der Erstellung dieses Reports bedanken.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 142
KW - operating systems
KW - network protocols
KW - software/hardware co-design
KW - static source-code analysis
KW - reverse engineering
KW - quantum computing
KW - Betriebssysteme
KW - Netzwerkprotokolle
KW - Software/Hardware Co-Design
KW - statische Quellcodeanalyse
KW - Reverse Engineering
KW - Quanten-Computing
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-526363
SN - 978-3-86956-524-8
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 142
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Galbas, Michael
A1 - Hagebölling, David
T1 - Digitale Souveränität: Erkenntnisse aus dem deutschen Bildungssektor
T1 - Digital sovereignty: insights from Germany’s education sector
N2 - Digitale Technologien bieten erhebliche politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Chancen. Zugleich ist der Begriff digitale Souveränität zu einem Leitmotiv im deutschen Diskurs über digitale Technologien geworden: das heißt, die Fähigkeit des Staates, seine Verantwortung wahrzunehmen und die Befähigung der Gesellschaft – und des Einzelnen – sicherzustellen, die digitale Transformation selbstbestimmt zu gestalten. Exemplarisch für die Herausforderung in Deutschland und Europa, die Vorteile digitaler Technologien zu nutzen und gleichzeitig Souveränitätsbedenken zu berücksichtigen, steht der Bildungssektor. Er umfasst Bildung als zentrales öffentliches Gut, ein schnell aufkommendes Geschäftsfeld und wachsende Bestände an hochsensiblen personenbezogenen Daten. Davon ausgehend beschreibt der Bericht Wege zur Entschärfung des Spannungsverhältnisses zwischen Digitalisierung und Souveränität auf drei verschiedenen Ebenen – Staat, Wirtschaft und Individuum – anhand konkreter technischer Projekte im Bildungsbereich: die HPI Schul-Cloud (staatliche Souveränität), die MERLOT-Datenräume (wirtschaftliche Souveränität) und die openHPI-Plattform (individuelle Souveränität).
N2 - Digital technology offers significant political, economic, and societal opportunities. At the same time, the notion of digital sovereignty has become a leitmotif in German discourse: the state’s capacity to assume its responsibilities and safeguard society’s – and individuals’ – ability to shape the digital transformation in a self-determined way. The education sector is exemplary for the challenge faced by Germany, and indeed Europe, of harnessing the benefits of digital technology while navigating concerns around sovereignty. It encompasses education as a core public good, a rapidly growing field of business, and growing pools of highly sensitive personal data. The report describes pathways to mitigating the tension between digitalization and sovereignty at three different levels – state, economy, and individual – through the lens of concrete technical projects in the education sector: the HPI Schul-Cloud (state sovereignty), the MERLOT data spaces (economic sovereignty), and the openHPI platform (individual sovereignty).
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 156
KW - Digitalisierung
KW - digitale Souveränität
KW - digitale Bildung
KW - HPI Schul-Cloud
KW - MERLOT
KW - openHPI
KW - Europäische Union
KW - digitalization
KW - digital sovereignty
KW - digital education
KW - HPI Schul-Cloud
KW - MERLOT
KW - openHPI
KW - European Union
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-595138
SN - 978-3-86956-560-6
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 156
SP - 1
EP - 29
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Galbas, Michael
A1 - Hagebölling, David
T1 - Digital sovereignty: insights from Germany’s education sector
T1 - Digitale Souveränität: Erkenntnisse aus dem deutschen Bildungssektor
N2 - Digital technology offers significant political, economic, and societal opportunities. At the same time, the notion of digital sovereignty has become a leitmotif in German discourse: the state’s capacity to assume its responsibilities and safeguard society’s – and individuals’ – ability to shape the digital transformation in a self-determined way. The education sector is exemplary for the challenge faced by Germany, and indeed Europe, of harnessing the benefits of digital technology while navigating concerns around sovereignty. It encompasses education as a core public good, a rapidly growing field of business, and growing pools of highly sensitive personal data. The report describes pathways to mitigating the tension between digitalization and sovereignty at three different levels – state, economy, and individual – through the lens of concrete technical projects in the education sector: the HPI Schul-Cloud (state sovereignty), the MERLOT data spaces (economic sovereignty), and the openHPI platform (individual sovereignty).
N2 - Digitale Technologien bieten erhebliche politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Chancen. Zugleich ist der Begriff digitale Souveränität zu einem Leitmotiv im deutschen Diskurs über digitale Technologien geworden: das heißt, die Fähigkeit des Staates, seine Verantwortung wahrzunehmen und die Befähigung der Gesellschaft – und des Einzelnen – sicherzustellen, die digitale Transformation selbstbestimmt zu gestalten. Exemplarisch für die Herausforderung in Deutschland und Europa, die Vorteile digitaler Technologien zu nutzen und gleichzeitig Souveränitätsbedenken zu berücksichtigen, steht der Bildungssektor. Er umfasst Bildung als zentrales öffentliches Gut, ein schnell aufkommendes Geschäftsfeld und wachsende Bestände an hochsensiblen personenbezogenen Daten. Davon ausgehend beschreibt der Bericht Wege zur Entschärfung des Spannungsverhältnisses zwischen Digitalisierung und Souveränität auf drei verschiedenen Ebenen – Staat, Wirtschaft und Individuum – anhand konkreter technischer Projekte im Bildungsbereich: die HPI Schul-Cloud (staatliche Souveränität), die MERLOT-Datenräume (wirtschaftliche Souveränität) und die openHPI-Plattform (individuelle Souveränität).
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 157
KW - digitalization
KW - digital sovereignty
KW - digital education
KW - HPI Schul-Cloud
KW - MERLOT
KW - openHPI
KW - European Union
KW - Digitalisierung
KW - digitale Souveränität
KW - digitale Bildung
KW - HPI Schul-Cloud
KW - MERLOT
KW - openHPI
KW - Europäische Union
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-597723
SN - 978-3-86956-561-3
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 157
SP - 1
EP - 27
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - GEN
A1 - Hoos, Holger
A1 - Kaminski, Roland
A1 - Lindauer, Marius
A1 - Schaub, Torsten
T1 - aspeed
BT - solver scheduling via answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Although Boolean Constraint Technology has made tremendous progress over the last decade, the efficacy of state-of-the-art solvers is known to vary considerably across different types of problem instances, and is known to depend strongly on algorithm parameters. This problem was addressed by means of a simple, yet effective approach using handmade, uniform, and unordered schedules of multiple solvers in ppfolio, which showed very impressive performance in the 2011 Satisfiability Testing (SAT) Competition. Inspired by this, we take advantage of the modeling and solving capacities of Answer Set Programming (ASP) to automatically determine more refined, that is, nonuniform and ordered solver schedules from the existing benchmarking data. We begin by formulating the determination of such schedules as multi-criteria optimization problems and provide corresponding ASP encodings. The resulting encodings are easily customizable for different settings, and the computation of optimum schedules can mostly be done in the blink of an eye, even when dealing with large runtime data sets stemming from many solvers on hundreds to thousands of instances. Also, the fact that our approach can be customized easily enabled us to swiftly adapt it to generate parallel schedules for multi-processor machines.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 588
KW - algorithm schedules
KW - answer set programming
KW - portfolio-based solving
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414743
SN - 1866-8372
IS - 588
ER -
TY - GEN
A1 - Gebser, Martin
A1 - Kaminski, Roland
A1 - Schaub, Torsten
T1 - Complex optimization in answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Preference handling and optimization are indispensable means for addressing nontrivial applications in Answer Set Programming (ASP). However, their implementation becomes difficult whenever they bring about a significant increase in computational complexity. As a consequence, existing ASP systems do not offer complex optimization capacities, supporting, for instance, inclusion-based minimization or Pareto efficiency. Rather, such complex criteria are typically addressed by resorting to dedicated modeling techniques, like saturation. Unlike the ease of common ASP modeling, however, these techniques are rather involved and hardly usable by ASP laymen. We address this problem by developing a general implementation technique by means of meta-prpogramming, thus reusing existing ASP systems to capture various forms of qualitative preferences among answer sets. In this way, complex preferences and optimization capacities become readily available for ASP applications.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 554
KW - answer set programming
KW - preference handling
KW - complex optimization
KW - meta-programming
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412436
SN - 1866-8372
IS - 554
ER -
TY - GEN
A1 - Gebser, Martin
A1 - Kaufmann, Benjamin
A1 - Schaub, Torsten
T1 - Multi-threaded ASP solving with clasp
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - We present the new multi-threaded version of the state-of-the-art answer set solver clasp. We detail its component and communication architecture and illustrate how they support the principal functionalities of clasp. Also, we provide some insights into the data representation used for different constraint types handled by clasp. All this is accompanied by an extensive experimental analysis of the major features related to multi-threading in clasp.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 586
KW - propositional satisfiability
KW - clause elimination
KW - parallel execution
KW - SAT
KW - algorithm
KW - platypus
KW - systems
KW - search
KW - solver
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413977
SN - 1866-8372
IS - 586
ER -
TY - GEN
A1 - Durzinsky, Markus
A1 - Marwan, Wolfgang
A1 - Ostrowski, Max
A1 - Schaub, Torsten
A1 - Wagler, Annegret
T1 - Automatic network reconstruction using ASP
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Building biological models by inferring functional dependencies from experimental data is an important issue in Molecular Biology. To relieve the biologist from this traditionally manual process, various approaches have been proposed to increase the degree of automation. However, available approaches often yield a single model only, rely on specific assumptions, and/or use dedicated, heuristic algorithms that are intolerant to changing circumstances or requirements in the view of the rapid progress made in Biotechnology. Our aim is to provide a declarative solution to the problem by appeal to Answer Set Programming (ASP) overcoming these difficulties. We build upon an existing approach to Automatic Network Reconstruction proposed by part of the authors. This approach has firm mathematical foundations and is well suited for ASP due to its combinatorial flavor providing a characterization of all models explaining a set of experiments. The usage of ASP has several benefits over the existing heuristic algorithms. First, it is declarative and thus transparent for biological experts. Second, it is elaboration tolerant and thus allows for an easy exploration and incorporation of biological constraints. Third, it allows for exploring the entire space of possible models. Finally, our approach offers an excellent performance, matching existing, special-purpose systems.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 560
KW - regulatory networks
KW - biological networks
KW - answer
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412419
SN - 1866-8372
IS - 560
ER -
TY - THES
A1 - Kaufmann, Benjamin
T1 - High performance answer set solving
Y1 - 2015
ER -
TY - JOUR
A1 - Schladebach, Marcus
T1 - Satelliten-Megakonstellationen im Weltraumrecht
JF - Kommunikation & Recht : K & R / Beihefter
Y1 - 2022
SN - 1434-6354
IS - 2
SP - 26
EP - 29
PB - dfv-Mediengruppe
CY - Frankfurt am Main
ER -
TY - JOUR
A1 - Pfitzner, Bjarne
A1 - Steckhan, Nico
A1 - Arnrich, Bert
T1 - Federated learning in a medical context
BT - a systematic literature review
JF - ACM transactions on internet technology : TOIT / Association for Computing
N2 - Data privacy is a very important issue. Especially in fields like medicine, it is paramount to abide by the existing privacy regulations to preserve patients' anonymity. However, data is required for research and training machine learning models that could help gain insight into complex correlations or personalised treatments that may otherwise stay undiscovered. Those models generally scale with the amount of data available, but the current situation often prohibits building large databases across sites. So it would be beneficial to be able to combine similar or related data from different sites all over the world while still preserving data privacy. Federated learning has been proposed as a solution for this, because it relies on the sharing of machine learning models, instead of the raw data itself. That means private data never leaves the site or device it was collected on. Federated learning is an emerging research area, and many domains have been identified for the application of those methods. This systematic literature review provides an extensive look at the concept of and research into federated learning and its applicability for confidential healthcare datasets.
KW - Federated learning
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1145/3412357
SN - 1533-5399
SN - 1557-6051
VL - 21
IS - 2
SP - 1
EP - 31
PB - Association for Computing Machinery
CY - New York
ER -
TY - JOUR
A1 - Garrels, Tim
A1 - Khodabakhsh, Athar
A1 - Renard, Bernhard Y.
A1 - Baum, Katharina
T1 - LazyFox: fast and parallelized overlapping community detection in large graphs
JF - PEERJ Computer Science
N2 - The detection of communities in graph datasets provides insight about a graph's underlying structure and is an important tool for various domains such as social sciences, marketing, traffic forecast, and drug discovery. While most existing algorithms provide fast approaches for community detection, their results usually contain strictly separated communities. However, most datasets would semantically allow for or even require overlapping communities that can only be determined at much higher computational cost. We build on an efficient algorithm, FOX, that detects such overlapping communities. FOX measures the closeness of a node to a community by approximating the count of triangles which that node forms with that community. We propose LAZYFOX, a multi-threaded adaptation of the FOX algorithm, which provides even faster detection without an impact on community quality. This allows for the analyses of significantly larger and more complex datasets. LAZYFOX enables overlapping community detection on complex graph datasets with millions of nodes and billions of edges in days instead of weeks. As part of this work, LAZYFOX's implementation was published and is available as a tool under an MIT licence at https://github.com/TimGarrels/LazyFox.
KW - Overlapping community detection
KW - Large networks
KW - Weighted clustering coefficient
KW - Heuristic triangle estimation
KW - Parallelized algorithm
KW - C++ tool
KW - Runtime improvement
KW - Open source
KW - Graph algorithm
KW - Community analysis
Y1 - 2023
U6 - https://doi.org/10.7717/peerj-cs.1291
SN - 2376-5992
VL - 9
PB - PeerJ Inc.
CY - London
ER -
TY - JOUR
A1 - Bonnet, Philippe
A1 - Dong, Xin Luna
A1 - Naumann, Felix
A1 - Tözün, Pınar
T1 - VLDB 2021
BT - Designing a hybrid conference
JF - SIGMOD record
N2 - The 47th International Conference on Very Large Databases (VLDB'21) was held on August 16-20, 2021 as a hybrid conference. It attracted 180 in-person attendees in Copenhagen and 840 remote attendees. In this paper, we describe our key decisions as general chairs and program committee chairs and share the lessons we learned.
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1145/3516431.3516447
SN - 0163-5808
SN - 1943-5835
VL - 50
IS - 4
SP - 50
EP - 53
PB - Association for Computing Machinery
CY - New York
ER -
TY - CHAP
A1 - Hagemann, Linus
A1 - Abramova, Olga
T1 - Crafting audience engagement in social media conversations
BT - evidence from the U.S. 2020 presidential elections
T2 - Proceedings of the 55th Hawaii International Conference on System Sciences
N2 - Observing inconsistent results in prior studies, this paper applies the elaboration likelihood model to investigate the impact of affective and cognitive cues embedded in social media messages on audience engagement during a political event. Leveraging a rich dataset in the context of the 2020 U.S. presidential elections containing more than 3 million tweets, we found the prominence of both cue types. For the overall sample, positivity and sentiment are negatively related to engagement. In contrast, the post-hoc sub-sample analysis of tweets from famous users shows that emotionally charged content is more engaging. The role of sentiment decreases when the number of followers grows and ultimately becomes insignificant for Twitter participants with a vast number of followers. Prosocial orientation (“we-talk”) is consistently associated with more likes, comments, and retweets in the overall sample and sub-samples.
KW - mediated conversation
KW - big data
KW - engagement
KW - sentiment analysis
KW - social media
Y1 - 2022
SN - 978-0-9981331-5-7
SP - 3222
EP - 3231
PB - HICSS Conference Office University of Hawaii at Manoa
CY - Honolulu
ER -
TY - CHAP
A1 - Abramova, Olga
T1 - Does a smile open all doors?
BT - understanding the impact of appearance disclosure on accommodation sharing platforms
T2 - Proceedings of the 53rd Hawaii International Conference on System Sciences
N2 - Online photographs govern an individual’s choices across a variety of contexts. In sharing arrangements, facial appearance has been shown to affect the desire to collaborate, interest to explore a listing, and even willingness to pay for a stay. Because of the ubiquity of online images and their influence on social attitudes, it seems crucial to be able to control these aspects. The present study examines the effect of different photographic self-disclosures on the provider’s perceptions and willingness to accept a potential co-sharer. The findings from our experiment in the accommodation-sharing context suggest social attraction mediates the effect of photographic self-disclosures on willingness to host. Implications of the results for IS research and practitioners are discussed.
KW - The Sharing Economy
KW - airbnb
KW - online photographs
KW - self-disclosure
KW - sharing economy
KW - social attraction
Y1 - 2020
SN - 978-0-9981331-3-3
SP - 831
EP - 840
PB - HICSS Conference Office University of Hawaii at Manoa
CY - Honolulu
ER -
TY - JOUR
A1 - XinYing, Chew
A1 - Tiberius, Victor
A1 - Alnoor, Alhamzah
A1 - Camilleri, Mark
A1 - Khaw, Khai Wah
T1 - The dark side of metaverse: a multi-perspective of deviant behaviors from PLS-SEM and fsQCA findings
JF - International journal of human–computer interaction
N2 - The metaverse has created a huge buzz of interest because such a phenomenon is emerging. The behavioral aspect of the metaverse includes user engagement and deviant behaviors in the metaverse. Such technology has brought various dangers to individuals and society. There are growing cases reported of sexual abuse, racism, harassment, hate speech, and bullying because of online disinhibition make us feel more relaxed. This study responded to the literature call by investigating the effect of technical and social features through mediating roles of security and privacy on deviant behaviors in the metaverse. The data collected from virtual network users reached 1121 respondents. Partial Least Squares based structural equation modeling (PLS-SEM) and fuzzy set Qualitative Comparative Analysis (fsQCA) were used. PLS-SEM results revealed that social features such as user-to-user interaction, homophily, social ties, and social identity, and technical design such as immersive experience and invisibility significantly affect users’ deviant behavior in the metaverse. The fsQCA results provided insights into the multiple causal solutions and configurations. This study is exceptional because it provided decisive results by understanding the deviant behavior of users based on the symmetrical and asymmetrical approach to virtual networks.
KW - deviant behaviors
KW - metaverse
KW - sociotechnical
KW - perspective
KW - privacy
KW - fsQCA
Y1 - 2024
U6 - https://doi.org/10.1080/10447318.2024.2331875
SN - 1044-7318
SN - 1532-7590
PB - Taylor & Francis
CY - London
ER -
TY - JOUR
A1 - De Freitas, Jessica K.
A1 - Johnson, Kipp W.
A1 - Golden, Eddye
A1 - Nadkarni, Girish N.
A1 - Dudley, Joel T.
A1 - Böttinger, Erwin
A1 - Glicksberg, Benjamin S.
A1 - Miotto, Riccardo
T1 - Phe2vec
BT - Automated disease phenotyping based on unsupervised embeddings from electronic health records
JF - Patterns
N2 - Robust phenotyping of patients from electronic health records (EHRs) at scale is a challenge in clinical informatics. Here, we introduce Phe2vec, an automated framework for disease phenotyping from EHRs based on unsupervised learning and assess its effectiveness against standard rule-based algorithms from Phenotype KnowledgeBase (PheKB). Phe2vec is based on pre-computing embeddings of medical concepts and patients' clinical history. Disease phenotypes are then derived from a seed concept and its neighbors in the embedding space. Patients are linked to a disease if their embedded representation is close to the disease phenotype. Comparing Phe2vec and PheKB cohorts head-to-head using chart review, Phe2vec performed on par or better in nine out of ten diseases. Differently from other approaches, it can scale to any condition and was validated against widely adopted expert-based standards. Phe2vec aims to optimize clinical informatics research by augmenting current frameworks to characterize patients by condition and derive reliable disease cohorts.
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1016/j.patter.2021.100337
SN - 2666-3899
VL - 2
IS - 9
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
ER -
TY - GEN
A1 - Konigorski, Stefan
A1 - Wernicke, Sarah
A1 - Slosarek, Tamara
A1 - Zenner, Alexander Maximilian
A1 - Strelow, Nils
A1 - Ruether, Darius Ferenc
A1 - Henschel, Florian
A1 - Manaswini, Manisha
A1 - Pottbäcker, Fabian
A1 - Edelman, Jonathan Antonio
A1 - Owoyele, Babajide
A1 - Danieletto, Matteo
A1 - Golden, Eddye
A1 - Zweig, Micol
A1 - Nadkarni, Girish N.
A1 - Böttinger, Erwin
T1 - StudyU: A Platform for Designing and Conducting Innovative Digital N-of-1 Trials
T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Reihe der Digital Engineering Fakultät
N2 - N-of-1 trials are the gold standard study design to evaluate individual treatment effects and derive personalized treatment strategies. Digital tools have the potential to initiate a new era of N-of-1 trials in terms of scale and scope, but fully functional platforms are not yet available. Here, we present the open source StudyU platform, which includes the StudyU Designer and StudyU app. With the StudyU Designer, scientists are given a collaborative web application to digitally specify, publish, and conduct N-of-1 trials. The StudyU app is a smartphone app with innovative user-centric elements for participants to partake in trials published through the StudyU Designer to assess the effects of different interventions on their health. Thereby, the StudyU platform allows clinicians and researchers worldwide to easily design and conduct digital N-of-1 trials in a safe manner. We envision that StudyU can change the landscape of personalized treatments both for patients and healthy individuals, democratize and personalize evidence generation for self-optimization and medicine, and can be integrated in clinical practice.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Reihe der Digital Engineering Fakultät - 12
KW - digital interventions
KW - N-of-1 trial
KW - SCED
KW - single-case experimental design
KW - web application
KW - mobile application
KW - app
KW - digital health
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-580370
IS - 12
ER -
TY - JOUR
A1 - Freitas da Cruz, Harry
A1 - Pfahringer, Boris
A1 - Martensen, Tom
A1 - Schneider, Frederic
A1 - Meyer, Alexander
A1 - Böttinger, Erwin
A1 - Schapranow, Matthieu-Patrick
T1 - Using interpretability approaches to update "black-box" clinical prediction models
BT - an external validation study in nephrology
JF - Artificial intelligence in medicine : AIM
N2 - Despite advances in machine learning-based clinical prediction models, only few of such models are actually deployed in clinical contexts. Among other reasons, this is due to a lack of validation studies. In this paper, we present and discuss the validation results of a machine learning model for the prediction of acute kidney injury in cardiac surgery patients initially developed on the MIMIC-III dataset when applied to an external cohort of an American research hospital. To help account for the performance differences observed, we utilized interpretability methods based on feature importance, which allowed experts to scrutinize model behavior both at the global and local level, making it possible to gain further insights into why it did not behave as expected on the validation cohort. The knowledge gleaned upon derivation can be potentially useful to assist model update during validation for more generalizable and simpler models. We argue that interpretability methods should be considered by practitioners as a further tool to help explain performance differences and inform model update in validation studies.
KW - Clinical predictive modeling
KW - Nephrology
KW - Validation
KW - Interpretability
KW - methods
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1016/j.artmed.2020.101982
SN - 0933-3657
SN - 1873-2860
VL - 111
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Borchert, Florian
A1 - Mock, Andreas
A1 - Tomczak, Aurelie
A1 - Hügel, Jonas
A1 - Alkarkoukly, Samer
A1 - Knurr, Alexander
A1 - Volckmar, Anna-Lena
A1 - Stenzinger, Albrecht
A1 - Schirmacher, Peter
A1 - Debus, Jürgen
A1 - Jäger, Dirk
A1 - Longerich, Thomas
A1 - Fröhling, Stefan
A1 - Eils, Roland
A1 - Bougatf, Nina
A1 - Sax, Ulrich
A1 - Schapranow, Matthieu-Patrick
T1 - Knowledge bases and software support for variant interpretation in precision oncology
JF - Briefings in bioinformatics
N2 - Precision oncology is a rapidly evolving interdisciplinary medical specialty. Comprehensive cancer panels are becoming increasingly available at pathology departments worldwide, creating the urgent need for scalable cancer variant annotation and molecularly informed treatment recommendations. A wealth of mainly academia-driven knowledge bases calls for software tools supporting the multi-step diagnostic process. We derive a comprehensive list of knowledge bases relevant for variant interpretation by a review of existing literature followed by a survey among medical experts from university hospitals in Germany. In addition, we review cancer variant interpretation tools, which integrate multiple knowledge bases. We categorize the knowledge bases along the diagnostic process in precision oncology and analyze programmatic access options as well as the integration of knowledge bases into software tools. The most commonly used knowledge bases provide good programmatic access options and have been integrated into a range of software tools. For the wider set of knowledge bases, access options vary across different parts of the diagnostic process. Programmatic access is limited for information regarding clinical classifications of variants and for therapy recommendations. The main issue for databases used for biological classification of pathogenic variants and pathway context information is the lack of standardized interfaces. There is no single cancer variant interpretation tool that integrates all identified knowledge bases. Specialized tools are available and need to be further developed for different steps in the diagnostic process.
KW - HiGHmed
KW - personalized medicine
KW - molecular tumor board
KW - data integration
KW - cancer therapy
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1093/bib/bbab134
SN - 1467-5463
SN - 1477-4054
VL - 22
IS - 6
PB - Oxford Univ. Press
CY - Oxford
ER -
TY - THES
A1 - Niephaus, Fabio
T1 - Exploratory tool-building platforms for polyglot virtual machines
N2 - Polyglot programming allows developers to use multiple programming languages within the same software project. While it is common to use more than one language in certain programming domains, developers also apply polyglot programming for other purposes such as to re-use software written in other languages. Although established approaches to polyglot programming come with significant limitations, for example, in terms of performance and tool support, developers still use them to be able to combine languages.
Polyglot virtual machines (VMs) such as GraalVM provide a new level of polyglot programming, allowing languages to directly interact with each other. This reduces the amount of glue code needed to combine languages, results in better performance, and enables tools such as debuggers to work across languages. However, only a little research has focused on novel tools that are designed to support developers in building software with polyglot VMs. One reason is that tool-building is often an expensive activity, another one is that polyglot VMs are still a moving target as their use cases and requirements are not yet well understood.
In this thesis, we present an approach that builds on existing self-sustaining programming systems such as Squeak/Smalltalk to enable exploratory programming, a practice for exploring and gathering software requirements, and re-use their extensive tool-building capabilities in the context of polyglot VMs. Based on TruffleSqueak, our implementation for the GraalVM, we further present five case studies that demonstrate how our approach helps tool developers to design and build tools for polyglot programming. We further show that TruffleSqueak can also be used by application developers to build and evolve polyglot applications at run-time and by language and runtime developers to understand the dynamic behavior of GraalVM languages and internals. Since our platform allows all these developers to apply polyglot programming, it can further help to better understand the advantages, use cases, requirements, and challenges of polyglot VMs. Moreover, we demonstrate that our approach can also be applied to other polyglot VMs and that insights gained through it are transferable to other programming systems.
We conclude that our research on tools for polyglot programming is an important step toward making polyglot VMs more approachable for developers in practice. With good tool support, we believe polyglot VMs can make it much more common for developers to take advantage of multiple languages and their ecosystems when building software.
N2 - Durch Polyglottes Programmieren können Softwareentwickler:innen mehrere Programmiersprachen für das Bauen von Software verwenden. Während diese Art von Programmierung in einigen Programmierdomänen üblich ist, wenden Entwickler:innen Polyglottes Programmieren auch aus anderen Gründen an, wie zum Beispiel, um Software über Programmiersprachen hinweg wiederverwenden zu können. Obwohl die bestehenden Ansätze zum Polyglotten Programmieren mit erheblichen Einschränkungen verbunden sind, wie beispielsweise in Bezug zur Laufzeitperformance oder der Unterstützung durch Programmierwerkzeuge, werden sie dennoch von Entwickler:innen genutzt, um Sprachen kombinieren zu können.
Mehrsprachige Ausführungsumgebungen wie zum Beispiel GraalVM bieten Polyglottes Programmieren auf einer neuen Ebene an, welche es Sprachen erlaubt, direkt miteinander zu interagieren. Dadurch wird die Menge an notwendigem Glue Code beim Kombinieren von Sprachen reduziert und die Laufzeitperformance verbessert. Außerdem können Debugger und andere Programmierwerkzeuge über mehrere Sprachen hinweg verwendet werden. Jedoch hat sich bisher nur wenig wissenschaftliche Arbeit mit neuartigen Werkzeugen beschäftigt, die darauf ausgelegt sind, Entwickler:innen beim Polyglotten Programmieren mit mehrsprachigen Ausführungsumgebungen zu unterstützen. Ein Grund dafür ist, dass das Bauen von Werkzeugen üblicherweise sehr aufwendig ist. Ein anderer Grund ist, dass sich mehrsprachige Ausführungsumgebungen immer noch ständig weiterentwickeln, da ihre Anwendungsfälle und Anforderungen noch nicht ausreichend verstanden sind.
In dieser Arbeit stellen wir einen Ansatz vor, der auf selbsttragenden Programmiersystemen wie zum Beispiel Squeak/Smalltalk aufbaut, um Exploratives Programmieren, eine Praktik zum Explorieren und Erfassen von Softwareanforderungen, sowie das Wiederverwenden ihrer umfangreichen Fähigkeiten zum Bauen von Werkzeugen im Rahmen von mehrsprachigen Ausführungsumgebungen zu ermöglichen. Basierend auf TruffleSqueak, unserer Implementierung für die GraalVM, zeigen wir anhand von fünf Fallstudien, wie unser Ansatz Werkzeugentwickler:innen dabei hilft, neue Werkzeuge zum Polyglotten Programmieren zu entwerfen und zu bauen. Außerdem demonstrieren wir, dass TruffleSqueak auch von Anwendungsentwickler:innen zum Bauen und Erweitern von polyglotten Anwendungen zur Laufzeit genutzt werden kann und Sprach- sowie Laufzeitentwickler:innen dabei hilft, das dynamische Verhalten von GraalVM-Sprachen und -Interna zu verstehen. Da unsere Plattform dabei all diesen Entwickler:innen Polyglottes Programmieren erlaubt, trägt sie außerdem dazu bei, dass Vorteile, Anwendungsfälle, Anforderungen und Herausforderungen von mehrsprachigen Ausführungsumgebungen besser verstanden werden können. Darüber hinaus zeigen wir, dass unser Ansatz auch auf andere mehrsprachige Ausführungsumgebungen angewandt werden kann und dass die Erkenntnisse, die man durch unseren Ansatz gewinnen kann, auch auf andere Programmiersysteme übertragbar sind.
Wir schlussfolgern, dass unsere Forschung an Werkzeugen zum Polyglotten Programmieren ein wichtiger Schritt ist, um mehrsprachige Ausführungsumgebungen zugänglicher für Entwickler:innen in der Praxis zu machen. Wir sind davon überzeugt, dass diese Ausführungsumgebungen mit guter Werkzeugunterstützung dazu führen können, dass Softwareentwickler:innen häufiger von den Vorteilen der Verwendung mehrerer Programmiersprachen zum Bauen von Software profitieren wollen.
KW - polyglot programming
KW - polyglottes Programmieren
KW - programming tools
KW - Programmierwerkzeuge
KW - Smalltalk
KW - Smalltalk
KW - GraalVM
KW - GraalVM
KW - virtual machines
KW - virtuelle Maschinen
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571776
ER -
TY - GEN
A1 - Meythaler, Antonia
A1 - Baumann, Annika
A1 - Krasnova, Hanna
A1 - Hinz, Oliver
A1 - Spiekermann, Sarah
T1 - Technology for humanity
T2 - Business & information systems engineering
Y1 - 2023
U6 - https://doi.org/10.1007/s12599-023-00831-w
SN - 2363-7005
SN - 1867-0202
VL - 65
IS - 5
SP - 487
EP - 496
PB - Springer Fachmedien
CY - Wiesbaden
ER -
TY - THES
A1 - Dehnert, Maik
T1 - Studies on the Digital Transformation of Incumbent Organizations
T1 - Studien zur Digitalen Transformation traditioneller Organisationen
BT - Causes, Effects and Solutions for Banking
BT - Ursachen, Wirkungen und Lösungen für das Bankwesen
N2 - Traditional organizations are strongly encouraged by emerging digital customer behavior and digital competition to transform their businesses for the digital age. Incumbents are particularly exposed to the field of tension between maintaining and renewing their business model. Banking is one of the industries most affected by digitalization, with a large stream of digital innovations around Fintech. Most research contributions focus on digital innovations, such as Fintech, but there are only a few studies on the related challenges and perspectives of incumbent organizations, such as traditional banks. Against this background, this dissertation examines the specific causes, effects and solutions for traditional banks in digital transformation − an underrepresented research area so far.
The first part of the thesis examines how digitalization has changed the latent customer expectations in banking and studies the underlying technological drivers of evolving business-to-consumer (B2C) business models. Online consumer reviews are systematized to identify latent concepts of customer behavior and future decision paths as strategic digitalization effects. Furthermore, the service attribute preferences, the impact of influencing factors and the underlying customer segments are uncovered for checking accounts in a discrete choice experiment. The dissertation contributes here to customer behavior research in digital transformation, moving beyond the technology acceptance model. In addition, the dissertation systematizes value proposition types in the evolving discourse around smart products and services as key drivers of business models and market power in the platform economy.
The second part of the thesis focuses on the effects of digital transformation on the strategy development of financial service providers, which are classified along with their firm performance levels. Standard types are derived based on fuzzy-set qualitative comparative analysis (fsQCA), with facade digitalization as one typical standard type for low performing incumbent banks that lack a holistic strategic response to digital transformation. Based on this, the contradictory impact of digitalization measures on key business figures is examined for German savings banks, confirming that the shift towards digital customer interaction was not accompanied by new revenue models diminishing bank profitability. The dissertation further contributes to the discourse on digitalized work designs and the consequences for job perceptions in banking customer advisory. The threefold impact of the IT support perceived in customer interaction on the job satisfaction of customer advisors is disentangled.
In the third part of the dissertation, solutions are developed design-oriented for core action areas of digitalized business models, i.e., data and platforms. A consolidated taxonomy for data-driven business models and a future reference model for digital banking have been developed. The impact of the platform economy is demonstrated here using the example of the market entry by Bigtech. The role-based e3-value modeling is extended by meta-roles and role segments and linked to value co-creation mapping in VDML. In this way, the dissertation extends enterprise modeling research on platform ecosystems and value co-creation using the example of banking.
N2 - Traditionelle Unternehmen sehen sich angesichts des zunehmend digitalen Kundenverhaltens und gesteigerten digitalen Wettbewerbs damit konfrontiert, ihr Geschäftsmodell adäquat für das digitale Zeitalter weiterzuentwickeln. Insbesondere etablierte Unternehmen befinden sich dabei in einem Spannungsfeld aus Bewahrung und Erneuerung. Der Großteil jüngerer Forschungsbeiträge zum Bankwesen fokussiert sich auf digitale Fintech-Innovationen, nur wenige Studien befassen sich mit Herausforderungen und Perspektiven traditioneller Banken. Vor diesem Hintergrund untersucht die Dissertation die Ursachen und Wirkungen der Digitalen Transformation im Bankwesen und zeigt Lösungswege für traditionelle Banken auf.
Der erste Teil der Dissertation untersucht die Ursachen der Digitalen Transformation im Banking. Neuartige Einflussfaktoren und Entscheidungspfade im Kundenverhalten werden als strategische Digitalisierungstreiber für Banken identifiziert. Darauf aufbauend werden in einem Discrete-Choice-Experiment die Präferenzen deutscher Bankkunden hinsichtlich digitaler und nicht-digitaler Dienstleistungsattribute am Beispiel von Girokonten untersucht. Die Arbeit leistet einen über das Technologieakzeptanzmodell hinausgehenden Beitrag zur Erforschung des Kundenverhaltens in der Digitalen Transformation. Ein weiterer Forschungsbeitrag systematisiert anschließend wesentliche Charakteristika smarter Produkte und Dienstleistungen als Treiber von Geschäftsmodellen und Marktmacht in der Plattformökonomie.
Der zweite Teil der Arbeit befasst sich zunächst mit den Auswirkungen der Digitalen Transformation auf die Strategieentwicklung von traditionellen Finanzdienstleistern, die mittels Fallstudien entlang ihres Finanzerfolgs typologisiert werden. Die Fassadendigitalisierung wird als Standardtyp traditioneller Anbieter systematisiert, die zwar zunehmend auf digitale Kundeninteraktion setzen, aber die Geschäftsmodelldimension der Digitalen Transformation vernachlässigen. Darauf aufbauend werden in Panelregressionsanalysen die Auswirkungen der Digitalisierung auf deutsche Sparkassen auf betriebswirtschaftliche Kennzahlen untersucht. Eine weitere quantitative Studie untersucht die Wirkungen neuartiger IT-Beratungswerkzeuge auf die Arbeitszufriedenheit von Bankkundenberatern. Die Dissertation leistet hiermit einen Beitrag zur Transformationsforschung in den Bereichen Bankstrategie und Arbeitsprozesse.
Im dritten Teil der Dissertation werden gestaltungsorientiert Lösungsartefakte für die zentralen Handlungsfelder digitalisierter Geschäftsmodelle - Daten und Plattformen - entwickelt. Dies schließt einerseits eine konsolidierte Taxonomie für datengetriebene Geschäftsmodelle und andererseits ein Referenzmodell für zukünftige plattformbasierte Bankenökosysteme ein. Die rollenbasierte Referenzmodellierungsmethodik e3-value wird um Meta-Rollen und Rollensegmente erweitert, um die die strategischen Auswirkungen plattformbasierter Geschäftsmodelle aufzuzeigen. Hiermit erweitert die Dissertation die Unternehmensmodellierungsforschung im Bereich digitaler Plattform-Ökosysteme am Beispiel des Bankwesens.
KW - digital transformation
KW - digitalization
KW - digital strategy
KW - consumer behavior
KW - platform ecosystems
KW - value co-creation
KW - Fintech
KW - incumbent
KW - bank
KW - Digitale Transformation
KW - Digitalisierung
KW - Digitalstrategie
KW - Kundenverhalten
KW - Plattform-Ökosysteme
KW - Wertschöpfungskooperation
KW - Fintech
KW - traditionelle Unternehmen
KW - Bank
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548324
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Michael, Galbas
A1 - Dengel, Andreas
A1 - Wendlandt, Matthias
T1 - Konzeption eines integrativen Schulfaches „Digitale Welt“ für hessische Schulen
N2 - Um in der Schule bereits frühzeitig ein Verständnis für informatische Prozesse zu vermitteln wurde das neue Informatikfach Digitale Welt für die Klassenstufe 5 konzipiert mit der bundesweit einmaligen Verbindung von Informatik mit anwendungsbezogenen und gesellschaftlich relevanten Bezügen zur Ökologie und Ökonomie. Der Technische Report gibt eine Handreichung zur Einführung des neuen Faches.
N2 - In order to impart an understanding of computer science processes at an early stage at school, the new computer science subject Digital World was designed for year 5, which combines computer science with application-related and socially relevant references to ecology and economics in a way that is unique in Germany. The Technical Report provides guidance on the introduction of the new subject.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 160
KW - digital world
KW - Digital World
Y1 - 2024
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-639113
SN - 978-3-86956-582-8
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 160
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - GEN
A1 - Krasnova, Hanna
T1 - Interview with Christoph Neuberger on “How digital technologies are shaping our society and what we can do about it”
T2 - Business & information systems engineering
Y1 - 2023
U6 - https://doi.org/10.1007/s12599-023-00832-9
SN - 2363-7005
SN - 1867-0202
VL - 65
IS - 5
SP - 609
EP - 611
PB - Springer Fachmedien
CY - Wiesbaden
ER -
TY - CHAP
A1 - Gonnermann-Müller, Jana
A1 - Teichmann, Malte
ED - Davis, Fred D.
ED - Riedl, René
ED - vom Brocke, Jan
ED - Léger, Pierre-Majorique
ED - Randolph, Adriane B.
ED - Müller-Putz, Gernot R.
T1 - Examining the learner’s cognitive load in response to different learning material in high and low immersive virtual learning environments
BT - an eye-tracking study
T2 - Information systems and neuroscience
N2 - Learning in virtual, immersive environments must be well-designed to foster learning instead of overwhelming and distracting the learner. So far, learning instructions based on cognitive load theory recommend keeping the learning instructions clean and simple to reduce the extraneous cognitive load of the learner to foster learning performance. The advantages of immersive learning, such as multiple options for realistic simulation, movement and feedback, raise questions about the tension between an increase of excitement and flow with highly realistic environments on the one hand and a reduction of cognitive load by developing clean and simple surroundings on the other hand. This study aims to gain insights into learners' cognitive responses during the learning process by continuously assessing cognitive load through eye-tracking. The experiment compares two distinct immersive learning environments and varying methods of content presentation.
Y1 - 2024
SN - 978-3-031-58395-7
SN - 978-3-031-58396-4
U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-031-58396-4_29
VL - 68
SP - 333
EP - 344
PB - Springer
CY - Cham
ER -
TY - BOOK
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Willems, Christian
A1 - Staubitz, Thomas
A1 - Sauer, Dominic
A1 - Hagedorn, Christiane
T1 - openHPI
T1 - openHPI
BT - 10 Jahre MOOCs am Hasso-Plattner-Institut
BT - 10 Years of MOOCs at the Hasso Plattner Institute
N2 - Anlässlich des 10-jährigen Jubiläums von openHPI informiert dieser technische Bericht über die HPI-MOOC-Plattform einschließlich ihrer Kernfunktionen, Technologie und Architektur.
In einer Einleitung wird die Plattformfamilie mit allen Partnerplattformen vorgestellt; diese belaufen sich inklusive openHPI aktuell auf neun Plattformen. In diesem Abschnitt wird außerdem gezeigt, wie openHPI als Berater und Forschungspartner in verschiedenen Projekten fungiert.
Im zweiten Kapitel werden die Funktionalitäten und gängigen Kursformate der Plattform präsentiert. Die Funktionalitäten sind in Lerner- und Admin-Funktionen unterteilt. Der Bereich Lernerfunktionen bietet detaillierte Informationen zu Leistungsnachweisen, Kursen und den Lernmaterialien, aus denen sich ein Kurs zusammensetzt: Videos, Texte und Quiz. Darüber hinaus können die Lernmaterialien durch externe Übungstools angereichert werden, die über den Standard Learning Tools Interoperability (LTI) mit der HPI MOOC-Plattform kommunizieren. Das Konzept der Peer-Assessments rundet die möglichen Lernmaterialien ab.
Der Abschnitt geht dann weiter auf das Diskussionsforum ein, das einen grundlegenden Unterschied von MOOCs im Vergleich zu traditionellen E-Learning-Angeboten darstellt. Zum Abschluss des Abschnitts folgen eine Beschreibung von Quiz-Recap, Lernzielen, mobilen Anwendungen, spielerischen Lernens und dem Helpdesk.
Der nächste Teil dieses Kapitels beschäftigt sich mit den Admin-Funktionen. Die Funktionalitätsbeschreibung beschränkt sich Neuigkeiten und Ankündigungen, Dashboards und Statistiken, Berichtsfunktionen, Forschungsoptionen mit A/B-Tests, den Kurs-Feed und das TransPipe-Tool zur Unterstützung beim Erstellen von automatischen oder manuellen Untertiteln. Die Plattform unterstützt außerdem eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen, doch eine detaillierte Beschreibung dieser Funktionen würde den Rahmen des Berichts sprengen.
Das Kapitel geht dann auf gängige Kursformate und openHPI-Lehrveranstaltungen am HPI ein, bevor es mit einigen Best Practices für die Gestaltung und Durchführung von Kursen schließt.
Zum Abschluss des technischen Berichts gibt das letzte Kapitel eine Zusammenfassung und einen Ausblick auf die Zukunft der digitalen Bildung.
Ein besonderes Merkmal des openHPI-Projekts ist die bewusste Entscheidung, die komplette Anwendung von den physischen Netzwerkkomponenten bis zur Plattformentwicklung eigenständig zu betreiben. Bei der vorliegenden deutschen Variante handelt es sich um eine gekürzte Übersetzung des technischen Berichts 148, bei der kein Einblick in die Technologien und Architektur von openHPI gegeben wird. Interessierte Leser:innen können im technischen Bericht 148 (vollständige englische Version) detaillierte Informationen zum Rechenzentrum und den Geräten, der Cloud-Software und dem openHPI Cloud Service aber auch zu Infrastruktur-Anwendungskomponenten wie Entwicklungstools, Automatisierung, Deployment-Pipeline und Monitoring erhalten. Außerdem finden sich dort weitere Informationen über den Technologiestack und konkrete Implementierungsdetails der Plattform inklusive der serviceorientierten Ruby on Rails-Anwendung, die Kommunikation zwischen den Diensten, öffentliche APIs, sowie Designsystem und -komponenten. Der Abschnitt schließt mit einer Diskussion über die ursprüngliche Microservice-Architektur und die Migration zu einer monolithischen Anwendung.
N2 - On the occasion of the 10th openHPI anniversary, this technical report provides information about the HPI MOOC platform, including its core features, technology, and architecture.
In an introduction, the platform family with all partner platforms is presented; these now amount to nine platforms, including openHPI. This section introduces openHPI as an advisor and research partner in various projects.
In the second chapter, the functionalities and common course formats of the platform are presented. The functionalities are divided into learner and admin features. The learner features section provides detailed information about performance records, courses, and the learning materials of which a course is composed: videos, texts, and quizzes. In addition, the learning materials can be enriched by adding external exercise tools that communicate with the HPI MOOC platform via the Learning Tools Interoperability (LTI) standard. Furthermore, the concept of peer assessments completed the possible learning materials.
The section then proceeds with further information on the discussion forum, a fundamental concept of MOOCs compared to traditional e-learning offers. The section is concluded with a description of the quiz recap, learning objectives, mobile applications, gameful learning, and the help desk.
The next part of this chapter deals with the admin features. The described functionality is restricted to describing the news and announcements, dashboards and statistics, reporting capabilities, research options with A/B testing, the course feed, and the TransPipe tool to support the process of creating automated or manual subtitles. The platform supports a large variety of additional features, but a detailed description of these features goes beyond the scope of this report.
The chapter then elaborates on common course formats and openHPI teaching activities at the HPI. The chapter concludes with some best practices for course design and delivery.
The third chapter provides insights into the technology and architecture behind openHPI. A special characteristic of the openHPI project is the conscious decision to operate the complete application from bare metal to platform development. Hence, the chapter starts with a section about the openHPI Cloud, including detailed information about the data center and devices, the used cloud software OpenStack and Ceph, as well as the openHPI Cloud Service provided for the HPI.
Afterward, a section on the application technology stack and development tooling describes the application infrastructure components, the used automation, the deployment pipeline, and the tools used for monitoring and alerting. The chapter is concluded with detailed information about the technology stack and concrete platform implementation details. The section describes the service-oriented Ruby on Rails application, inter-service communication, and public APIs. It also provides more information on the design system and components used in the application. The section concludes with a discussion of the original microservice architecture, where we share our insights and reasoning for migrating back to a monolithic application.
The last chapter provides a summary and an outlook on the future of digital education.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 150
KW - openHPI
KW - MOOC
KW - digitale Lernplattform
KW - digitale Aufklärung
KW - lebenslanges Lernen
KW - openHPI
KW - MOOC
KW - digital learning platform
KW - digital enlightenment
KW - lifelong learning
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561792
SN - 978-3-86956-546-0
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 150
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Baum, Katharina
A1 - Baumann, Annika
A1 - Batzel, Katharina
T1 - Investigating innovation diffusion in gender-specific medicine
BT - insights from social network analysis
JF - Business & information systems engineering
N2 - The field of healthcare is characterized by constant innovation, with gender-specific medicine emerging as a new subfield that addresses sex and gender disparities in clinical manifestations, outcomes, treatment, and prevention of disease. Despite its importance, the adoption of gender-specific medicine remains understudied, posing potential risks to patient outcomes due to a lack of awareness of the topic. Building on the Innovation Decision Process Theory, this study examines the spread of information about gender-specific medicine in online networks. The study applies social network analysis to a Twitter dataset reflecting online discussions about the topic to gain insights into its adoption by health professionals and patients online. Results show that the network has a community structure with limited information exchange between sub-communities and that mainly medical experts dominate the discussion. The findings suggest that the adoption of gender-specific medicine might be in its early stages, focused on knowledge exchange. Understanding the diffusion of gender-specific medicine among medical professionals and patients may facilitate its adoption and ultimately improve health outcomes.
KW - health data
KW - gender-specific medicine
KW - social network analysis
KW - diffusion of innovations
KW - Twitter
Y1 - 2024
U6 - https://doi.org/10.1007/s12599-024-00875-6
SN - 2363-7005
SN - 1867-0202
VL - 66
IS - 3
SP - 335
EP - 355
PB - Springer Fachmedien
CY - Wiesbaden
ER -
TY - JOUR
A1 - Abramova, Olga
A1 - Gladkaya, Margarita
T1 - Behind videoconferencing fatigue at work
JF - Business & information systems engineering
N2 - A remarkable peculiarity of videoconferencing (VC) applications – the self-view – a.k.a. digital mirror, is examined as a potential reason behind the voiced exhaustion among users. This work draws on technostress research and objective self-awareness theory and proposes the communication role (sender vs. receiver) as an interaction variable. We report the results of two studies among European employees (n1 = 176, n2 = 253) with a one-year time lag. A higher frequency of self-view in a VC when receiving a message, i.e., listening to others, indirectly increases negative affect (study 1 & 2) and exhaustion (study 2) via the increased state of public self-awareness. Self-viewing in the role of message sender, e.g., as an online presenter, also increases public self-awareness, but its overall effects are less harmful. As for individual differences, users predisposed to public self-consciousness were more concerned with how other VC participants perceived them. Gender effects were insignificant.
KW - videoconferencing
KW - self-view
KW - Zoom fatigue
KW - emote work
KW - technostress
KW - self-awareness
Y1 - 2024
U6 - https://doi.org/10.1007/s12599-024-00874-7
SN - 2363-7005
SN - 1867-0202
PB - Springer Fachmedien
CY - Wiesbaden
ER -
TY - CHAP
A1 - Grum, Marcus
ED - Shishkov, Boris
T1 - Researching multi-site artificial neural networks’ activation rates and activation cycles
T2 - Business modeling and software design : 14th International Symposium, BMSD 2024, Luxembourg City, Luxembourg, July 1–3, 2024, proceedings
N2 - With the further development of more and more production machines into cyber-physical systems, and their greater integration with artificial intelligence (AI) techniques, the coordination of intelligent systems is a highly relevant target factor for the operation and improvement of networked processes, such as they can be found in cross-organizational production contexts spanning multiple distributed locations. This work aims to extend prior research on managing their artificial knowledge transfers as coordination instrument by examining effects of different activation types (respective activation rates and cycles) on by Artificial Neural Network (ANN)-instructed production machines. For this, it provides a new integration type of ANN-based cyber-physical production system as a tool to research artificial knowledge transfers: In a design-science-oriented way, a prototype of a simulation system is constructed as Open Source information system which will be used in on-building research to (I) enable research on ANN activation types in production networks, (II) illustrate ANN-based production networks disrupted by activation types and clarify the need for harmonizing them, and (III) demonstrate conceptual management interventions. This simulator shall establish the importance of site-specific coordination mechanisms and novel forms of management interventions as drivers of efficient artificial knowledge transfer.
Y1 - 2024
SN - 978-3-031-64072-8
SN - 978-3-031-64073-5
U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-031-64073-5_12
SP - 186
EP - 206
PB - Springer
CY - Cham
ER -
TY - CHAP
A1 - Grum, Marcus
ED - Shishkov, Boris
T1 - Managing multi-site artificial neural networks’ activation rates and activation cycles
T2 - Business modeling and software design : 14th International Symposium, BMSD 2024, Luxembourg City, Luxembourg, July 1–3, 2024, proceedings
N2 - Traditionally, business models and software designs used to model the usage of artificial intelligence (AI) at a very specific point in the process or rather fix implemented application. Since applications can be based on AI, such as networked artificial neural networks (ANN) on top of which applications are installed, these on-top applications can be instructed directly from their underlying ANN compartments [1]. However, with the integration of several AI-based systems, their coordination is a highly relevant target factor for the operation and improvement of networked processes, such as they can be found in cross-organizational production contexts spanning multiple distributed locations. This work aims to extend prior research on managing artificial knowledge transfers among interlinked AIs as coordination instrument by examining effects of different activation types (respective activation rates and cycles) on by ANN-instructed production machines. In a design-science-oriented way, this paper conceptualizes rhythmic state descriptions for dynamic systems and associated 14 experiment designs. Two experiments have been realized, analyzed and evaluated thereafter in regard with their activities and processes induced. Findings show that the simulator [2] used and experiments designed and realized, here, (I) enable research on ANN activation types, (II) illustrate ANN-based production networks disrupted by activation types and clarify the need for harmonizing them. Further, (III) management interventions are derived for harmonizing interlinked ANNs. This study establishes the importance of site-specific coordination mechanisms and novel forms of management interventions as drivers of efficient artificial knowledge transfer.
Y1 - 2024
SN - 978-3-031-64072-8
SN - 978-3-031-64073-5
U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-031-64073-5_17
SP - 258
EP - 269
PB - Springer
CY - Cham
ER -
TY - GEN
A1 - Kurpiers, Jona
A1 - Neher, Dieter
T1 - Dispersive Non-Geminate Recombination in an Amorphous Polymer:Fullerene Blend
N2 - Recombination of free charge is a key process limiting the performance of solar cells. For low mobility materials, such as organic semiconductors, the kinetics of non-geminate recombination (NGR) is strongly linked to the motion of charges. As these materials possess significant disorder, thermalization of photogenerated carriers in the inhomogeneously broadened density of state distribution is an unavoidable process. Despite its general importance, knowledge about the kinetics of NGR in complete organic solar cells is rather limited. We employ time delayed collection field (TDCF) experiments to study the recombination of photogenerated charge in the high-performance polymer:fullerene blend PCDTBT:PCBM. NGR in the bulk of this amorphous blend is shown to be highly dispersive, with a continuous reduction of the recombination coefficient throughout the entire time scale, until all charge carriers have either been extracted or recombined. Rapid, contact-mediated recombination is identified as an additional loss channel, which, if not properly taken into account, would erroneously suggest a pronounced field dependence of charge generation. These findings are in stark contrast to the results of TDCF experiments on photovoltaic devices made from ordered blends, such as P3HT:PCBM, where non-dispersive recombination was proven to dominate the charge carrier dynamics under application relevant conditions.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 228
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-91541
ER -
TY - GEN
A1 - Neher, Dieter
A1 - Kniepert, Juliane
A1 - Elimelech, Arik
A1 - Koster, L. Jan Anton
T1 - A New Figure of Merit for Organic Solar Cells with Transport-limited Photocurrents
N2 - Compared to their inorganic counterparts, organic semiconductors suffer from relatively low charge carrier mobilities. Therefore, expressions derived for inorganic solar cells to correlate characteristic performance parameters to material properties are prone to fail when applied to organic devices. This is especially true for the classical Shockley-equation commonly used to describe current-voltage (JV)-curves, as it assumes a high electrical conductivity of the charge transporting material. Here, an analytical expression for the JV-curves of organic solar cells is derived based on a previously published analytical model. This expression, bearing a similar functional dependence as the Shockley-equation, delivers a new figure of merit α to express the balance between free charge recombination and extraction in low mobility photoactive materials. This figure of merit is shown to determine critical device parameters such as the apparent series resistance and the fill factor.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 225
KW - Electronic and spintronic devices
KW - Semiconductors
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-91414
ER -
TY - JOUR
A1 - Kurpiers, Jona
A1 - Neher, Dieter
T1 - Dispersive Non-Geminate Recombination in an Amorphous Polymer:Fullerene Blend
JF - Scientific reports
N2 - Recombination of free charge is a key process limiting the performance of solar cells. For low mobility materials, such as organic semiconductors, the kinetics of non-geminate recombination (NGR) is strongly linked to the motion of charges. As these materials possess significant disorder, thermalization of photogenerated carriers in the inhomogeneously broadened density of state distribution is an unavoidable process. Despite its general importance, knowledge about the kinetics of NGR in complete organic solar cells is rather limited. We employ time delayed collection field (TDCF) experiments to study the recombination of photogenerated charge in the high-performance polymer:fullerene blend PCDTBT:PCBM. NGR in the bulk of this amorphous blend is shown to be highly dispersive, with a continuous reduction of the recombination coefficient throughout the entire time scale, until all charge carriers have either been extracted or recombined. Rapid, contact-mediated recombination is identified as an additional loss channel, which, if not properly taken into account, would erroneously suggest a pronounced field dependence of charge generation. These findings are in stark contrast to the results of TDCF experiments on photovoltaic devices made from ordered blends, such as P3HT:PCBM, where non-dispersive recombination was proven to dominate the charge carrier dynamics under application relevant conditions.
Y1 - 2016
U6 - https://doi.org/10.1038/srep26832
SN - 2045-2322
VL - 6
PB - Nature Publishing Group
CY - London
ER -
TY - JOUR
A1 - Neher, Dieter
A1 - Kniepert, Juliane
A1 - Elimelech, Arik
A1 - Koster, L. Jan Anton
T1 - A New Figure of Merit for Organic Solar Cells with Transport-limited Photocurrents
JF - Scientific reports
N2 - Compared to their inorganic counterparts, organic semiconductors suffer from relatively low charge carrier mobilities. Therefore, expressions derived for inorganic solar cells to correlate characteristic performance parameters to material properties are prone to fail when applied to organic devices. This is especially true for the classical Shockley-equation commonly used to describe current-voltage (JV)-curves, as it assumes a high electrical conductivity of the charge transporting material. Here, an analytical expression for the JV-curves of organic solar cells is derived based on a previously published analytical model. This expression, bearing a similar functional dependence as the Shockley-equation, delivers a new figure of merit α to express the balance between free charge recombination and extraction in low mobility photoactive materials. This figure of merit is shown to determine critical device parameters such as the apparent series resistance and the fill factor.
KW - Electronic and spintronic devices
KW - Semiconductors
Y1 - 2016
U6 - https://doi.org/10.1038/srep24861
SN - 2045-2322
VL - 6
PB - Nature Publishing Group
CY - London
ER -
TY - JOUR
A1 - Schindler, Daniel
A1 - Moldenhawer, Ted
A1 - Stange, Maike
A1 - Lepro, Valentino
A1 - Beta, Carsten
A1 - Holschneider, Matthias
A1 - Huisinga, Wilhelm
T1 - Analysis of protrusion dynamics in amoeboid cell motility by means of regularized contour flows
JF - PLoS Computational Biology : a new community journal
N2 - Amoeboid cell motility is essential for a wide range of biological processes including wound healing, embryonic morphogenesis, and cancer metastasis. It relies on complex dynamical patterns of cell shape changes that pose long-standing challenges to mathematical modeling and raise a need for automated and reproducible approaches to extract quantitative morphological features from image sequences. Here, we introduce a theoretical framework and a computational method for obtaining smooth representations of the spatiotemporal contour dynamics from stacks of segmented microscopy images. Based on a Gaussian process regression we propose a one-parameter family of regularized contour flows that allows us to continuously track reference points (virtual markers) between successive cell contours. We use this approach to define a coordinate system on the moving cell boundary and to represent different local geometric quantities in this frame of reference. In particular, we introduce the local marker dispersion as a measure to identify localized membrane expansions and provide a fully automated way to extract the properties of such expansions, including their area and growth time. The methods are available as an open-source software package called AmoePy, a Python-based toolbox for analyzing amoeboid cell motility (based on time-lapse microscopy data), including a graphical user interface and detailed documentation. Due to the mathematical rigor of our framework, we envision it to be of use for the development of novel cell motility models. We mainly use experimental data of the social amoeba Dictyostelium discoideum to illustrate and validate our approach.
Author summary Amoeboid motion is a crawling-like cell migration that plays an important key role in multiple biological processes such as wound healing and cancer metastasis. This type of cell motility results from expanding and simultaneously contracting parts of the cell membrane. From fluorescence images, we obtain a sequence of points, representing the cell membrane, for each time step. By using regression analysis on these sequences, we derive smooth representations, so-called contours, of the membrane. Since the number of measurements is discrete and often limited, the question is raised of how to link consecutive contours with each other. In this work, we present a novel mathematical framework in which these links are described by regularized flows allowing a certain degree of concentration or stretching of neighboring reference points on the same contour. This stretching rate, the so-called local dispersion, is used to identify expansions and contractions of the cell membrane providing a fully automated way of extracting properties of these cell shape changes. We applied our methods to time-lapse microscopy data of the social amoeba Dictyostelium discoideum.
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1009268
SN - 1553-734X
SN - 1553-7358
VL - 17
IS - 8
PB - PLoS
CY - San Fransisco
ER -
TY - GEN
A1 - Panzer, Marcel
A1 - Bender, Benedict
A1 - Gronau, Norbert
T1 - Neural agent-based production planning and control
BT - an architectural review
T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe
N2 - Nowadays, production planning and control must cope with mass customization, increased fluctuations in demand, and high competition pressures. Despite prevailing market risks, planning accuracy and increased adaptability in the event of disruptions or failures must be ensured, while simultaneously optimizing key process indicators. To manage that complex task, neural networks that can process large quantities of high-dimensional data in real time have been widely adopted in recent years. Although these are already extensively deployed in production systems, a systematic review of applications and implemented agent embeddings and architectures has not yet been conducted. The main contribution of this paper is to provide researchers and practitioners with an overview of applications and applied embeddings and to motivate further research in neural agent-based production. Findings indicate that neural agents are not only deployed in diverse applications, but are also increasingly implemented in multi-agent environments or in combination with conventional methods — leveraging performances compared to benchmarks and reducing dependence on human experience. This not only implies a more sophisticated focus on distributed production resources, but also broadening the perspective from a local to a global scale. Nevertheless, future research must further increase scalability and reproducibility to guarantee a simplified transfer of results to reality.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe - 172
KW - production planning and control
KW - machine learning
KW - neural networks
KW - systematic literature review
KW - taxonomy
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-604777
SN - 1867-5808
ER -
TY - JOUR
A1 - Panzer, Marcel
A1 - Bender, Benedict
A1 - Gronau, Norbert
T1 - Neural agent-based production planning and control
BT - an architectural review
JF - Journal of Manufacturing Systems
N2 - Nowadays, production planning and control must cope with mass customization, increased fluctuations in demand, and high competition pressures. Despite prevailing market risks, planning accuracy and increased adaptability in the event of disruptions or failures must be ensured, while simultaneously optimizing key process indicators. To manage that complex task, neural networks that can process large quantities of high-dimensional data in real time have been widely adopted in recent years. Although these are already extensively deployed in production systems, a systematic review of applications and implemented agent embeddings and architectures has not yet been conducted. The main contribution of this paper is to provide researchers and practitioners with an overview of applications and applied embeddings and to motivate further research in neural agent-based production. Findings indicate that neural agents are not only deployed in diverse applications, but are also increasingly implemented in multi-agent environments or in combination with conventional methods — leveraging performances compared to benchmarks and reducing dependence on human experience. This not only implies a more sophisticated focus on distributed production resources, but also broadening the perspective from a local to a global scale. Nevertheless, future research must further increase scalability and reproducibility to guarantee a simplified transfer of results to reality.
KW - production planning and control
KW - machine learning
KW - neural networks
KW - systematic literature review
KW - taxonomy
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2022.10.019
SN - 0278-6125
SN - 1878-6642
VL - 65
SP - 743
EP - 766
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Tavakoli, Hamad
A1 - Alirezazadeh, Pendar
A1 - Hedayatipour, Ava
A1 - Nasib, A. H. Banijamali
A1 - Landwehr, Niels
T1 - Leaf image-based classification of some common bean cultivars using discriminative convolutional neural networks
JF - Computers and electronics in agriculture : COMPAG online ; an international journal
N2 - In recent years, many efforts have been made to apply image processing techniques for plant leaf identification. However, categorizing leaf images at the cultivar/variety level, because of the very low inter-class variability, is still a challenging task. In this research, we propose an automatic discriminative method based on convolutional neural networks (CNNs) for classifying 12 different cultivars of common beans that belong to three various species. We show that employing advanced loss functions, such as Additive Angular Margin Loss and Large Margin Cosine Loss, instead of the standard softmax loss function for the classification can yield better discrimination between classes and thereby mitigate the problem of low inter-class variability. The method was evaluated by classifying species (level I), cultivars from the same species (level II), and cultivars from different species (level III), based on images from the leaf foreside and backside. The results indicate that the performance of the classification algorithm on the leaf backside image dataset is superior. The maximum mean classification accuracies of 95.86, 91.37 and 86.87% were obtained at the levels I, II and III, respectively. The proposed method outperforms the previous relevant works and provides a reliable approach for plant cultivars identification.
KW - Bean
KW - Plant identification
KW - Digital image analysis
KW - VGG16
KW - Loss
KW - functions
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105935
SN - 0168-1699
SN - 1872-7107
VL - 181
PB - Elsevier
CY - Amsterdam [u.a.]
ER -
TY - THES
A1 - Morozov, Alexei
T1 - Optimierung von Fehlererkennungsschaltungen auf der Grundlage von komplementären Ergänzungen für 1-aus-3 und Berger Codes
T1 - Optimisation of Error-Detection Circuits by Complementary Circuits for 1-out-of-3 and Berger Codes
N2 - Die Dissertation stellt eine neue Herangehensweise an die Lösung der Aufgabe der funktionalen Diagnostik digitaler Systeme vor. In dieser Arbeit wird eine neue Methode für die Fehlererkennung vorgeschlagen, basierend auf der Logischen Ergänzung und der Verwendung von Berger-Codes und dem 1-aus-3 Code. Die neue Fehlererkennungsmethode der Logischen Ergänzung gestattet einen hohen Optimierungsgrad der benötigten Realisationsfläche der konstruierten Fehlererkennungsschaltungen. Außerdem ist eins der wichtigen in dieser Dissertation gelösten Probleme die Synthese vollständig selbstprüfender Schaltungen.
N2 - In this dissertation concurrent checking by use of a complementary circuit for an 1-out-of-n Codes and Berger-Code is investigated. For an arbitrarily given combinational circuit necessary and sufficient conditions for the existence of a totally self-checking checker are derived for the first time.
KW - logische Ergänzung
KW - neue Online-Fehlererkennungsmethode
KW - selbstprüfende Schaltungen
KW - Complementary Circuits
KW - New On-Line Error-Detection Methode
KW - Error-Detection Circuits
KW - Self-Checking Circuits
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5360
ER -
TY - GEN
A1 - Hägele, Claudia
A1 - Schlagenhauf, Florian
A1 - Rapp, Michael A.
A1 - Sterzer, Philipp
A1 - Beck, Anne
A1 - Bermpohl, Felix
A1 - Stoy, Meline
A1 - Ströhle, Andreas
A1 - Wittchen, Hans-Ulrich
A1 - Dolan, Raymond J.
A1 - Heinz, Andreas
T1 - Dimensional psychiatry
BT - reward dysfunction and depressive mood across psychiatric disorders
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe
N2 - A dimensional approach in psychiatry aims to identify core mechanisms of mental disorders across nosological boundaries.
We compared anticipation of reward between major psychiatric disorders, and investigated whether reward anticipation is impaired in several mental disorders and whether there is a common psychopathological correlate (negative mood) of such an impairment.
We used functional magnetic resonance imaging (fMRI) and a monetary incentive delay (MID) task to study the functional correlates of reward anticipation across major psychiatric disorders in 184 subjects, with the diagnoses of alcohol dependence (n = 26), schizophrenia (n = 44), major depressive disorder (MDD, n = 24), bipolar disorder (acute manic episode, n = 13), attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD, n = 23), and healthy controls (n = 54). Subjects' individual Beck Depression Inventory-and State-Trait Anxiety Inventory-scores were correlated with clusters showing significant activation during reward anticipation.
During reward anticipation, we observed significant group differences in ventral striatal (VS) activation: patients with schizophrenia, alcohol dependence, and major depression showed significantly less ventral striatal activation compared to healthy controls. Depressive symptoms correlated with dysfunction in reward anticipation regardless of diagnostic entity. There was no significant correlation between anxiety symptoms and VS functional activation.
Our findings demonstrate a neurobiological dysfunction related to reward prediction that transcended disorder categories and was related to measures of depressed mood. The findings underline the potential of a dimensional approach in psychiatry and strengthen the hypothesis that neurobiological research in psychiatric disorders can be targeted at core mechanisms that are likely to be implicated in a range of clinical entities.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 653
KW - dimensional
KW - fMRI
KW - reward system
KW - ventral striatum
KW - monetary incentive delay task
KW - depressive symptoms
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-431064
SN - 1866-8364
IS - 653
SP - 331
EP - 341
ER -
TY - THES
A1 - Jiang, Lan
T1 - Discovering metadata in data files
N2 - It is estimated that data scientists spend up to 80% of the time exploring, cleaning, and transforming their data. A major reason for that expenditure is the lack of knowledge about the used data, which are often from different sources and have heterogeneous structures. As a means to describe various properties of data, metadata can help data scientists understand and prepare their data, saving time for innovative and valuable data analytics. However, metadata do not always exist: some data file formats are not capable of storing them; metadata were deleted for privacy concerns; legacy data may have been produced by systems that were not designed to store and handle meta- data. As data are being produced at an unprecedentedly fast pace and stored in diverse formats, manually creating metadata is not only impractical but also error-prone, demanding automatic approaches for metadata detection.
In this thesis, we are focused on detecting metadata in CSV files – a type of plain-text file that, similar to spreadsheets, may contain different types of content at arbitrary positions. We propose a taxonomy of metadata in CSV files and specifically address the discovery of three different metadata: line and cell type, aggregations, and primary keys and foreign keys.
Data are organized in an ad-hoc manner in CSV files, and do not follow a fixed structure, which is assumed by common data processing tools. Detecting the structure of such files is a prerequisite of extracting information from them, which can be addressed by detecting the semantic type, such as header, data, derived, or footnote, of each line or each cell. We propose the supervised- learning approach Strudel to detect the type of lines and cells. CSV files may also include aggregations. An aggregation represents the arithmetic relationship between a numeric cell and a set of other numeric cells. Our proposed AggreCol algorithm is capable of detecting aggregations of five arithmetic functions in CSV files. Note that stylistic features, such as font style and cell background color, do not exist in CSV files. Our proposed algorithms address the respective problems by using only content, contextual, and computational features.
Storing a relational table is also a common usage of CSV files. Primary keys and foreign keys are important metadata for relational databases, which are usually not present for database instances dumped as plain-text files. We propose the HoPF algorithm to holistically detect both constraints in relational databases. Our approach is capable of distinguishing true primary and foreign keys from a great amount of spurious unique column combinations and inclusion dependencies, which can be detected by state-of-the-art data profiling algorithms.
N2 - Schätzungen zufolge verbringen Datenwissenschaftler bis zu 80% ihrer Zeit mit der Erkundung, Bereinigung und Umwandlung ihrer Daten. Ein Hauptgrund für diesen Aufwand ist das fehlende Wissen über die verwendeten Daten, die oft aus unterschiedlichen Quellen stammen und heterogene Strukturen aufweisen.
Als Mittel zur Beschreibung verschiedener Dateneigenschaften können Metadaten Datenwissenschaftlern dabei helfen, ihre Daten zu verstehen und aufzubereiten, und so wertvolle Zeit die Datenanalysen selbst sparen.
Metadaten sind jedoch nicht immer vorhanden: Zum Beispiel sind einige Dateiformate nicht in der Lage, sie zu speichern; Metadaten können aus Datenschutzgründen gelöscht worden sein; oder ältere Daten wurden möglicherweise von Systemen erzeugt, die nicht für die Speicherung und Verarbeitung von Metadaten konzipiert waren. Da Daten in einem noch nie dagewesenen Tempo produziert und in verschiedenen Formaten gespeichert werden, ist die manuelle Erstellung von Metadaten nicht nur unpraktisch, sondern auch fehleranfällig, so dass automatische Ansätze zur Metadatenerkennung erforderlich sind.
In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Erkennung von Metadaten in CSV-Dateien - einer Art von Klartextdateien, die, ähnlich wie Tabellenkalkulationen, verschiedene Arten von Inhalten an beliebigen Positionen enthalten können. Wir schlagen eine Taxonomie der Metadaten in CSV-Dateien vor und befassen uns speziell mit der Erkennung von drei verschiedenen Metadaten: Zeile und Zellensemantischer Typ, Aggregationen sowie Primärschlüssel und Fremdschlüssel.
Die Daten sind in CSV-Dateien ad-hoc organisiert und folgen keiner festen Struktur, wie sie von gängigen Datenverarbeitungsprogrammen angenommen wird. Die Erkennung der Struktur solcher Dateien ist eine Voraussetzung für die Extraktion von Informationen aus ihnen, die durch die Erkennung des semantischen Typs jeder Zeile oder jeder Zelle, wie z. B. Kopfzeile, Daten, abgeleitete Daten oder Fußnote, angegangen werden kann. Wir schlagen den Ansatz des überwachten Lernens, genannt „Strudel“ vor, um den strukturellen Typ von Zeilen und Zellen zu klassifizieren. CSV-Dateien können auch Aggregationen enthalten. Eine Aggregation stellt die arithmetische Beziehung zwischen einer numerischen Zelle und einer Reihe anderer numerischer Zellen dar. Der von uns vorgeschlagene „Aggrecol“-Algorithmus ist in der Lage, Aggregationen von fünf arithmetischen Funktionen in CSV-Dateien zu erkennen. Da stilistische Merkmale wie Schriftart und Zellhintergrundfarbe in CSV-Dateien nicht vorhanden sind, die von uns vorgeschlagenen Algorithmen die entsprechenden Probleme, indem sie nur die Merkmale Inhalt, Kontext und Berechnungen verwenden.
Die Speicherung einer relationalen Tabelle ist ebenfalls eine häufige Verwendung von CSV-Dateien. Primär- und Fremdschlüssel sind wichtige Metadaten für relationale Datenbanken, die bei Datenbankinstanzen, die als reine Textdateien gespeichert werden, normalerweise nicht vorhanden sind. Wir schlagen den „HoPF“-Algorithmus vor, um beide Constraints in relationalen Datenbanken ganzheitlich zu erkennen. Unser Ansatz ist in der Lage, echte Primär- und Fremdschlüssel von einer großen Menge an falschen eindeutigen Spaltenkombinationen und Einschlussabhängigkeiten zu unterscheiden, die von modernen Data-Profiling-Algorithmen erkannt werden können.
KW - data preparation
KW - metadata detection
KW - data wrangling
KW - Datenaufbereitung
KW - Datentransformation
KW - Erkennung von Metadaten
Y1 - 2022
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-566204
ER -
TY - JOUR
A1 - Rosin, Paul L.
A1 - Lai, Yu-Kun
A1 - Mould, David
A1 - Yi, Ran
A1 - Berger, Itamar
A1 - Doyle, Lars
A1 - Lee, Seungyong
A1 - Li, Chuan
A1 - Liu, Yong-Jin
A1 - Semmo, Amir
A1 - Shamir, Ariel
A1 - Son, Minjung
A1 - Winnemöller, Holger
T1 - NPRportrait 1.0: A three-level benchmark for non-photorealistic rendering of portraits
JF - Computational visual media
N2 - Recently, there has been an upsurge of activity in image-based non-photorealistic rendering (NPR), and in particular portrait image stylisation, due to the advent of neural style transfer (NST). However, the state of performance evaluation in this field is poor, especially compared to the norms in the computer vision and machine learning communities. Unfortunately, the task of evaluating image stylisation is thus far not well defined, since it involves subjective, perceptual, and aesthetic aspects. To make progress towards a solution, this paper proposes a new structured, three-level, benchmark dataset for the evaluation of stylised portrait images. Rigorous criteria were used for its construction, and its consistency was validated by user studies. Moreover, a new methodology has been developed for evaluating portrait stylisation algorithms, which makes use of the different benchmark levels as well as annotations provided by user studies regarding the characteristics of the faces. We perform evaluation for a wide variety of image stylisation methods (both portrait-specific and general purpose, and also both traditional NPR approaches and NST) using the new benchmark dataset.
KW - non-photorealistic rendering (NPR)
KW - image stylization
KW - style transfer
KW - portrait
KW - evaluation
KW - benchmark
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1007/s41095-021-0255-3
SN - 2096-0433
SN - 2096-0662
VL - 8
IS - 3
SP - 445
EP - 465
PB - Springer Nature
CY - London
ER -
TY - CHAP
A1 - Rojahn, Marcel
A1 - Gronau, Norbert
ED - Bui, Tung X.
T1 - Openness indicators for the evaluation of digital platforms between the launch and maturity phase
T2 - Proceedings of the 57th Annual Hawaii International Conference on System Sciences
N2 - In recent years, the evaluation of digital platforms has become an important focus in the field of information systems science. The identification of influential indicators that drive changes in digital platforms, specifically those related to openness, is still an unresolved issue. This paper addresses the challenge of identifying measurable indicators and characterizing the transition from launch to maturity in digital platforms. It proposes a systematic analytical approach to identify relevant openness indicators for evaluation purposes. The main contributions of this study are the following (1) the development of a comprehensive procedure for analyzing indicators, (2) the categorization of indicators as evaluation metrics within a multidimensional grid-box model, (3) the selection and evaluation of relevant indicators, (4) the identification and assessment of digital platform architectures during the launch-to-maturity transition, and (5) the evaluation of the applicability of the conceptualization and design process for digital platform evaluation.
KW - federated industrial platform ecosystems
KW - technologies
KW - business models
KW - data-driven artifacts
KW - design-science research
KW - digital platform openness
KW - evaluation
KW - morphological analysis
Y1 - 2024
SN - 978-0-99813-317-1
SP - 4516
EP - 4525
PB - Department of IT Management Shidler College of Business University of Hawaii
CY - Honolulu, HI
ER -
TY - GEN
A1 - Fandiño, Jorge
T1 - Founded (auto)epistemic equilibrium logic satisfies epistemic splitting
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - In a recent line of research, two familiar concepts from logic programming semantics (unfounded sets and splitting) were extrapolated to the case of epistemic logic programs. The property of epistemic splitting provides a natural and modular way to understand programs without epistemic cycles but, surprisingly, was only fulfilled by Gelfond's original semantics (G91), among the many proposals in the literature. On the other hand, G91 may suffer from a kind of self-supported, unfounded derivations when epistemic cycles come into play. Recently, the absence of these derivations was also formalised as a property of epistemic semantics called foundedness. Moreover, a first semantics proved to satisfy foundedness was also proposed, the so-called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic (FAEEL). In this paper, we prove that FAEEL also satisfies the epistemic splitting property something that, together with foundedness, was not fulfilled by any other approach up to date. To prove this result, we provide an alternative characterisation of FAEEL as a combination of G91 with a simpler logic we called Founded Epistemic Equilibrium Logic (FEEL), which is somehow an extrapolation of the stable model semantics to the modal logic S5.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1060
KW - answer set programming
KW - epistemic specifications
KW - epistemic logic programs
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469685
SN - 1866-8372
IS - 1060
SP - 671
EP - 687
ER -
TY - JOUR
A1 - Cabalar, Pedro
A1 - Fandiño, Jorge
A1 - Fariñas del Cerro, Luis
T1 - Splitting epistemic logic programs
JF - Theory and practice of logic programming / publ. for the Association for Logic Programming
N2 - Epistemic logic programs constitute an extension of the stable model semantics to deal with new constructs called subjective literals. Informally speaking, a subjective literal allows checking whether some objective literal is true in all or some stable models. As it can be imagined, the associated semantics has proved to be non-trivial, since the truth of subjective literals may interfere with the set of stable models it is supposed to query. As a consequence, no clear agreement has been reached and different semantic proposals have been made in the literature. Unfortunately, comparison among these proposals has been limited to a study of their effect on individual examples, rather than identifying general properties to be checked. In this paper, we propose an extension of the well-known splitting property for logic programs to the epistemic case. We formally define when an arbitrary semantics satisfies the epistemic splitting property and examine some of the consequences that can be derived from that, including its relation to conformant planning and to epistemic constraints. Interestingly, we prove (through counterexamples) that most of the existing approaches fail to fulfill the epistemic splitting property, except the original semantics proposed by Gelfond 1991 and a recent proposal by the authors, called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic.
KW - knowledge representation and nonmonotonic reasoning
KW - logic programming methodology and applications
KW - theory
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000058
SN - 1471-0684
SN - 1475-3081
VL - 21
IS - 3
SP - 296
EP - 316
PB - Cambridge Univ. Press
CY - Cambridge [u.a.]
ER -
TY - GEN
A1 - Aguado, Felicidad
A1 - Cabalar, Pedro
A1 - Fandiño, Jorge
A1 - Pearce, David
A1 - Perez, Gilberto
A1 - Vidal, Concepcion
T1 - Revisiting explicit negation in answer set programming
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - A common feature in Answer Set Programming is the use of a second negation, stronger than default negation and sometimes called explicit, strong or classical negation. This explicit negation is normally used in front of atoms, rather than allowing its use as a regular operator. In this paper we consider the arbitrary combination of explicit negation with nested expressions, as those defined by Lifschitz, Tang and Turner. We extend the concept of reduct for this new syntax and then prove that it can be captured by an extension of Equilibrium Logic with this second negation. We study some properties of this variant and compare to the already known combination of Equilibrium Logic with Nelson's strong negation.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1104
KW - Answer Set Programming
KW - non-monotonic reasoning
KW - Equilibrium logic
KW - explicit negation
Y1 - 2021
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469697
SN - 1866-8372
IS - 1104
SP - 908
EP - 924
ER -
TY - JOUR
A1 - Göbel, Andreas
A1 - Lagodzinski, Julius Albert Gregor
A1 - Seidel, Karen
T1 - Counting homomorphisms to trees modulo a prime
JF - ACM transactions on computation theory : TOCT / Association for Computing Machinery
N2 - Many important graph-theoretic notions can be encoded as counting graph homomorphism problems, such as partition functions in statistical physics, in particular independent sets and colourings. In this article, we study the complexity of #(p) HOMSTOH, the problem of counting graph homomorphisms from an input graph to a graph H modulo a prime number p. Dyer and Greenhill proved a dichotomy stating that the tractability of non-modular counting graph homomorphisms depends on the structure of the target graph. Many intractable cases in non-modular counting become tractable in modular counting due to the common phenomenon of cancellation. In subsequent studies on counting modulo 2, however, the influence of the structure of H on the tractability was shown to persist, which yields similar dichotomies.
Our main result states that for every tree H and every prime p the problem #pHOMSTOH is either polynomial time computable or #P-p-complete. This relates to the conjecture of Faben and Jerrum stating that this dichotomy holds for every graph H when counting modulo 2. In contrast to previous results on modular counting, the tractable cases of #pHOMSTOH are essentially the same for all values of the modulo when H is a tree. To prove this result, we study the structural properties of a homomorphism. As an important interim result, our study yields a dichotomy for the problem of counting weighted independent sets in a bipartite graph modulo some prime p. These results are the first suggesting that such dichotomies hold not only for the modulo 2 case but also for the modular counting functions of all primes p.
KW - Graph homomorphisms
KW - modular counting
KW - complexity dichotomy
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1145/3460958
SN - 1942-3454
SN - 1942-3462
VL - 13
IS - 3
SP - 1
EP - 33
PB - Association for Computing Machinery
CY - New York
ER -
TY - THES
A1 - Taleb, Aiham
T1 - Self-supervised deep learning methods for medical image analysis
T1 - Selbstüberwachte Deep Learning Methoden für die medizinische Bildanalyse
N2 - Deep learning has seen widespread application in many domains, mainly for its ability to learn data representations from raw input data. Nevertheless, its success has so far been coupled with the availability of large annotated (labelled) datasets. This is a requirement that is difficult to fulfil in several domains, such as in medical imaging. Annotation costs form a barrier in extending deep learning to clinically-relevant use cases. The labels associated with medical images are scarce, since the generation of expert annotations of multimodal patient data at scale is non-trivial, expensive, and time-consuming. This substantiates the need for algorithms that learn from the increasing amounts of unlabeled data. Self-supervised representation learning algorithms offer a pertinent solution, as they allow solving real-world (downstream) deep learning tasks with fewer annotations. Self-supervised approaches leverage unlabeled samples to acquire generic features about different concepts, enabling annotation-efficient downstream task solving subsequently.
Nevertheless, medical images present multiple unique and inherent challenges for existing self-supervised learning approaches, which we seek to address in this thesis: (i) medical images are multimodal, and their multiple modalities are heterogeneous in nature and imbalanced in quantities, e.g. MRI and CT; (ii) medical scans are multi-dimensional, often in 3D instead of 2D; (iii) disease patterns in medical scans are numerous and their incidence exhibits a long-tail distribution, so it is oftentimes essential to fuse knowledge from different data modalities, e.g. genomics or clinical data, to capture disease traits more comprehensively; (iv) Medical scans usually exhibit more uniform color density distributions, e.g. in dental X-Rays, than natural images. Our proposed self-supervised methods meet these challenges, besides significantly reducing the amounts of required annotations.
We evaluate our self-supervised methods on a wide array of medical imaging applications and tasks. Our experimental results demonstrate the obtained gains in both annotation-efficiency and performance; our proposed methods outperform many approaches from related literature. Additionally, in case of fusion with genetic modalities, our methods also allow for cross-modal interpretability. In this thesis, not only we show that self-supervised learning is capable of mitigating manual annotation costs, but also our proposed solutions demonstrate how to better utilize it in the medical imaging domain. Progress in self-supervised learning has the potential to extend deep learning algorithms application to clinical scenarios.
N2 - Deep Learning findet in vielen Bereichen breite Anwendung, vor allem wegen seiner Fähigkeit, Datenrepräsentationen aus rohen Eingabedaten zu lernen. Dennoch war der Erfolg bisher an die Verfügbarkeit großer annotatierter Datensätze geknüpft. Dies ist eine Anforderung, die in verschiedenen Bereichen, z. B. in der medizinischen Bildgebung, schwer zu erfüllen ist. Die Kosten für die Annotation stellen ein Hindernis für die Ausweitung des Deep Learning auf klinisch relevante Anwendungsfälle dar. Die mit medizinischen Bildern verbundenen Annotationen sind rar, da die Erstellung von Experten Annotationen für multimodale Patientendaten in großem Umfang nicht trivial, teuer und zeitaufwändig ist. Dies unterstreicht den Bedarf an Algorithmen, die aus den wachsenden Mengen an unbeschrifteten Daten lernen. Selbstüberwachte Algorithmen für das Repräsentationslernen bieten eine mögliche Lösung, da sie die Lösung realer (nachgelagerter) Deep-Learning-Aufgaben mit weniger Annotationen ermöglichen. Selbstüberwachte Ansätze nutzen unannotierte Stichproben, um generisches Eigenschaften über verschiedene Konzepte zu erlangen und ermöglichen so eine annotationseffiziente Lösung nachgelagerter Aufgaben.
Medizinische Bilder stellen mehrere einzigartige und inhärente Herausforderungen für existierende selbstüberwachte Lernansätze dar, die wir in dieser Arbeit angehen wollen: (i) medizinische Bilder sind multimodal, und ihre verschiedenen Modalitäten sind von Natur aus heterogen und in ihren Mengen unausgewogen, z.B. (ii) medizinische Scans sind mehrdimensional, oft in 3D statt in 2D; (iii) Krankheitsmuster in medizinischen Scans sind zahlreich und ihre Häufigkeit weist eine Long-Tail-Verteilung auf, so dass es oft unerlässlich ist, Wissen aus verschiedenen Datenmodalitäten, z. B. Genomik oder klinische Daten, zu verschmelzen, um Krankheitsmerkmale umfassender zu erfassen; (iv) medizinische Scans weisen in der Regel eine gleichmäßigere Farbdichteverteilung auf, z. B. in zahnmedizinischen Röntgenaufnahmen, als natürliche Bilder. Die von uns vorgeschlagenen selbstüberwachten Methoden adressieren diese Herausforderungen und reduzieren zudem die Menge der erforderlichen Annotationen erheblich.
Wir evaluieren unsere selbstüberwachten Methoden in verschiedenen Anwendungen und Aufgaben der medizinischen Bildgebung. Unsere experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die von uns vorgeschlagenen Methoden sowohl die Effizienz der Annotation als auch die Leistung steigern und viele Ansätze aus der verwandten Literatur übertreffen. Darüber hinaus ermöglichen unsere Methoden im Falle der Fusion mit genetischen Modalitäten auch eine modalübergreifende Interpretierbarkeit. In dieser Arbeit zeigen wir nicht nur, dass selbstüberwachtes Lernen in der Lage ist, die Kosten für manuelle Annotationen zu senken, sondern auch, wie man es in der medizinischen Bildgebung besser nutzen kann. Fortschritte beim selbstüberwachten Lernen haben das Potenzial, die Anwendung von Deep-Learning-Algorithmen auf klinische Szenarien auszuweiten.
KW - Artificial Intelligence
KW - machine learning
KW - unsupervised learning
KW - representation learning
KW - Künstliche Intelligenz
KW - maschinelles Lernen
KW - Representationlernen
KW - selbstüberwachtes Lernen
Y1 - 2024
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-644089
ER -
TY - JOUR
A1 - Taleb, Aiham
A1 - Rohrer, Csaba
A1 - Bergner, Benjamin
A1 - De Leon, Guilherme
A1 - Rodrigues, Jonas Almeida
A1 - Schwendicke, Falk
A1 - Lippert, Christoph
A1 - Krois, Joachim
T1 - Self-supervised learning methods for label-efficient dental caries classification
JF - Diagnostics : open access journal
N2 - High annotation costs are a substantial bottleneck in applying deep learning architectures to clinically relevant use cases, substantiating the need for algorithms to learn from unlabeled data.
In this work, we propose employing self-supervised methods. To that end, we trained with three self-supervised algorithms on a large corpus of unlabeled dental images, which contained 38K bitewing radiographs (BWRs). We then applied the learned neural network representations on tooth-level dental caries classification, for which we utilized labels extracted from electronic health records (EHRs). Finally, a holdout test-set was established, which consisted of 343 BWRs and was annotated by three dental professionals and approved by a senior dentist.
This test-set was used to evaluate the fine-tuned caries classification models. Our experimental results demonstrate the obtained gains by pretraining models using self-supervised algorithms. These include improved caries classification performance (6 p.p. increase in sensitivity) and, most importantly, improved label-efficiency.
In other words, the resulting models can be fine-tuned using few labels (annotations).
Our results show that using as few as 18 annotations can produce >= 45% sensitivity, which is comparable to human-level diagnostic performance.
This study shows that self-supervision can provide gains in medical image analysis, particularly when obtaining labels is costly and expensive.
KW - unsupervised methods
KW - self-supervised learning
KW - representation learning
KW - dental caries classification
KW - data driven approaches
KW - annotation
KW - efficient deep learning
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.3390/diagnostics12051237
SN - 2075-4418
VL - 12
IS - 5
PB - MDPI
CY - Basel
ER -
TY - JOUR
A1 - Vitagliano, Gerardo
A1 - Hameed, Mazhar
A1 - Jiang, Lan
A1 - Reisener, Lucas
A1 - Wu, Eugene
A1 - Naumann, Felix
T1 - Pollock: a data loading benchmark
JF - Proceedings of the VLDB Endowment
N2 - Any system at play in a data-driven project has a fundamental requirement: the ability to load data. The de-facto standard format to distribute and consume raw data is CSV. Yet, the plain text and flexible nature of this format make such files often difficult to parse and correctly load their content, requiring cumbersome data preparation steps. We propose a benchmark to assess the robustness of systems in loading data from non-standard CSV formats and with structural inconsistencies. First, we formalize a model to describe the issues that affect real-world files and use it to derive a systematic lpollutionz process to generate dialects for any given grammar. Our benchmark leverages the pollution framework for the csv format. To guide pollution, we have surveyed thousands of real-world, publicly available csv files, recording the problems we encountered. We demonstrate the applicability of our benchmark by testing and scoring 16 different systems: popular csv parsing frameworks, relational database tools, spreadsheet systems, and a data visualization tool.
Y1 - 2023
U6 - https://doi.org/10.14778/3594512.3594518
SN - 2150-8097
VL - 16
IS - 8
SP - 1870
EP - 1882
PB - Association for Computing Machinery
CY - New York
ER -
TY - CHAP
A1 - Marx, Julian
A1 - Brünker, Felix
A1 - Mirbabaie, Milad
A1 - Stieglitz, Stefan
ED - Bui, Tung X.
T1 - Digital activism on social media
BT - the role of brand ambassadors and corporate reputation management
T2 - Proceedings of the 57th Annual Hawaii International Conference on System Sciences
N2 - Social media constitute an important arena for public debates and steady interchange of issues relevant to society. To boost their reputation, commercial organizations also engage in political, social, or environmental debates on social media. To engage in this type of digital activism, organizations increasingly utilize the social media profiles of executive employees and other brand ambassadors. However, the relationship between brand ambassadors’ digital activism and corporate reputation is only vaguely understood. The results of a qualitative inquiry suggest that digital activism via brand ambassadors can be risky (e.g., creating additional surface for firestorms, financial loss) and rewarding (e.g., emitting authenticity, employing ‘megaphones’ for industry change) at the same time. The paper informs both scholarship and practitioners about strategic trade-offs that need to be considered when employing brand ambassadors for digital activism.
KW - the bright and dark side of social media in the marginalized contexts
KW - brand ambassadors
KW - digital activism
KW - reputation management
KW - social media
Y1 - 2024
UR - https://hdl.handle.net/10125/107250
SN - 978-0-99813-317-1
SP - 7205
EP - 7214
PB - Department of IT Management Shidler College of Business University of Hawaii
CY - Honolulu, HI
ER -
TY - CHAP
A1 - Mirbabaie, Milad
A1 - Rieskamp, Jonas
A1 - Hofeditz, Lennart
A1 - Stieglitz, Stefan
ED - Bui, Tung X.
T1 - Breaking down barriers
BT - how conversational agents facilitate open science and data sharing
T2 - Proceedings of the 57th Annual Hawaii International Conference on System Sciences
N2 - Many researchers hesitate to provide full access to their datasets due to a lack of knowledge about research data management (RDM) tools and perceived fears, such as losing the value of one's own data. Existing tools and approaches often do not take into account these fears and missing knowledge. In this study, we examined how conversational agents (CAs) can provide a natural way of guidance through RDM processes and nudge researchers towards more data sharing. This work offers an online experiment in which researchers interacted with a CA on a self-developed RDM platform and a survey on participants’ data sharing behavior. Our findings indicate that the presence of a guiding and enlightening CA on an RDM platform has a constructive influence on both the intention to share data and the actual behavior of data sharing. Notably, individual factors do not appear to impede or hinder this effect.
KW - open science practices in information systems research
KW - conversational agents
KW - data sharing
KW - digital nudging
KW - open science
KW - research data management
Y1 - 2024
UR - https://hdl.handle.net/10125/106457
SN - 978-0-99813-317-1
SP - 672
EP - 681
PB - Department of IT Management Shidler College of Business University of Hawaii
CY - Honolulu, HI
ER -
TY - JOUR
A1 - Nguyen, Dong Hai Phuong
A1 - Georgie, Yasmin Kim
A1 - Kayhan, Ezgi
A1 - Eppe, Manfred
A1 - Hafner, Verena Vanessa
A1 - Wermter, Stefan
T1 - Sensorimotor representation learning for an "active self" in robots
BT - a model survey
JF - Künstliche Intelligenz : KI ; Forschung, Entwicklung, Erfahrungen ; Organ des Fachbereichs 1 Künstliche Intelligenz der Gesellschaft für Informatik e.V., GI / Fachbereich 1 der Gesellschaft für Informatik e.V
N2 - Safe human-robot interactions require robots to be able to learn how to behave appropriately in spaces populated by people and thus to cope with the challenges posed by our dynamic and unstructured environment, rather than being provided a rigid set of rules for operations. In humans, these capabilities are thought to be related to our ability to perceive our body in space, sensing the location of our limbs during movement, being aware of other objects and agents, and controlling our body parts to interact with them intentionally. Toward the next generation of robots with bio-inspired capacities, in this paper, we first review the developmental processes of underlying mechanisms of these abilities: The sensory representations of body schema, peripersonal space, and the active self in humans. Second, we provide a survey of robotics models of these sensory representations and robotics models of the self; and we compare these models with the human counterparts. Finally, we analyze what is missing from these robotics models and propose a theoretical computational framework, which aims to allow the emergence of the sense of self in artificial agents by developing sensory representations through self-exploration.
KW - Developmental robotics
KW - Body schema
KW - Peripersonal space
KW - Agency
KW - Robot learning
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-021-00703-z
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 35
IS - 1
SP - 9
EP - 35
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Huegle, Johannes
T1 - Causal discovery in practice: Non-parametric conditional independence testing and tooling for causal discovery
T1 - Kausale Entdeckung in der Praxis: Nichtparametrische bedingte Unabhängigkeitstests und Werkzeuge für die Kausalentdeckung
N2 - Knowledge about causal structures is crucial for decision support in various domains. For example, in discrete manufacturing, identifying the root causes of failures and quality deviations that interrupt the highly automated production process requires causal structural knowledge. However, in practice, root cause analysis is usually built upon individual expert knowledge about associative relationships. But, "correlation does not imply causation", and misinterpreting associations often leads to incorrect conclusions. Recent developments in methods for causal discovery from observational data have opened the opportunity for a data-driven examination. Despite its potential for data-driven decision support, omnipresent challenges impede causal discovery in real-world scenarios. In this thesis, we make a threefold contribution to improving causal discovery in practice.
(1) The growing interest in causal discovery has led to a broad spectrum of methods with specific assumptions on the data and various implementations. Hence, application in practice requires careful consideration of existing methods, which becomes laborious when dealing with various parameters, assumptions, and implementations in different programming languages. Additionally, evaluation is challenging due to the lack of ground truth in practice and limited benchmark data that reflect real-world data characteristics.
To address these issues, we present a platform-independent modular pipeline for causal discovery and a ground truth framework for synthetic data generation that provides comprehensive evaluation opportunities, e.g., to examine the accuracy of causal discovery methods in case of inappropriate assumptions.
(2) Applying constraint-based methods for causal discovery requires selecting a conditional independence (CI) test, which is particularly challenging in mixed discrete-continuous data omnipresent in many real-world scenarios. In this context, inappropriate assumptions on the data or the commonly applied discretization of continuous variables reduce the accuracy of CI decisions, leading to incorrect causal structures.
Therefore, we contribute a non-parametric CI test leveraging k-nearest neighbors methods and prove its statistical validity and power in mixed discrete-continuous data, as well as the asymptotic consistency when used in constraint-based causal discovery. An extensive evaluation of synthetic and real-world data shows that the proposed CI test outperforms state-of-the-art approaches in the accuracy of CI testing and causal discovery, particularly in settings with low sample sizes.
(3) To show the applicability and opportunities of causal discovery in practice, we examine our contributions in real-world discrete manufacturing use cases. For example, we showcase how causal structural knowledge helps to understand unforeseen production downtimes or adds decision support in case of failures and quality deviations in automotive body shop assembly lines.
N2 - Kenntnisse über die Strukturen zugrundeliegender kausaler Mechanismen sind eine Voraussetzung für die Entscheidungsunterstützung in verschiedenen Bereichen. In der Fertigungsindustrie beispielsweise erfordert die Fehler-Ursachen-Analyse von Störungen und Qualitätsabweichungen, die den hochautomatisierten Produktionsprozess unterbrechen, kausales Strukturwissen. In Praxis stützt sich die Fehler-Ursachen-Analyse in der Regel jedoch auf individuellem Expertenwissen über assoziative Zusammenhänge. Aber "Korrelation impliziert nicht Kausalität", und die Fehlinterpretation assoziativer Zusammenhänge führt häufig zu falschen Schlussfolgerungen. Neueste Entwicklungen von Methoden des kausalen Strukturlernens haben die Möglichkeit einer datenbasierten Betrachtung eröffnet. Trotz seines Potenzials zur datenbasierten Entscheidungsunterstützung wird das kausale Strukturlernen in der Praxis jedoch durch allgegenwärtige Herausforderungen erschwert. In dieser Dissertation leisten wir einen dreifachen Beitrag zur Verbesserung des kausalen Strukturlernens in der Praxis.
(1) Das wachsende Interesse an kausalem Strukturlernen hat zu einer Vielzahl von Methoden mit spezifischen statistischen Annahmen über die Daten und verschiedenen Implementierungen geführt. Daher erfordert die Anwendung in der Praxis eine sorgfältige Prüfung der vorhandenen Methoden, was eine Herausforderung darstellt, wenn verschiedene Parameter, Annahmen und Implementierungen in unterschiedlichen Programmiersprachen betrachtet werden. Hierbei wird die Evaluierung von Methoden des kausalen Strukturlernens zusätzlich durch das Fehlen von "Ground Truth" in der Praxis und begrenzten Benchmark-Daten, welche die Eigenschaften realer Datencharakteristiken widerspiegeln, erschwert.
Um diese Probleme zu adressieren, stellen wir eine plattformunabhängige modulare Pipeline für kausales Strukturlernen und ein Tool zur Generierung synthetischer Daten vor, die umfassende Evaluierungsmöglichkeiten bieten, z.B. um Ungenauigkeiten von Methoden des Lernens kausaler Strukturen bei falschen Annahmen an die Daten aufzuzeigen.
(2) Die Anwendung von constraint-basierten Methoden des kausalen Strukturlernens erfordert die Wahl eines bedingten Unabhängigkeitstests (CI-Test), was insbesondere bei gemischten diskreten und kontinuierlichen Daten, die in vielen realen Szenarien allgegenwärtig sind, die Anwendung erschwert. Beispielsweise führen falsche Annahmen der CI-Tests oder die Diskretisierung kontinuierlicher Variablen zu einer Verschlechterung der Korrektheit der Testentscheidungen, was in fehlerhaften kausalen Strukturen resultiert.
Um diese Probleme zu adressieren, stellen wir einen nicht-parametrischen CI-Test vor, der auf Nächste-Nachbar-Methoden basiert, und beweisen dessen statistische Validität und Trennschärfe bei gemischten diskreten und kontinuierlichen Daten, sowie dessen asymptotische Konsistenz in constraint-basiertem kausalem Strukturlernen. Eine umfangreiche Evaluation auf synthetischen und realen Daten zeigt, dass der vorgeschlagene CI-Test bestehende Verfahren hinsichtlich der Korrektheit der Testentscheidung und gelernter kausaler Strukturen übertrifft, insbesondere bei geringen Stichprobengrößen.
(3) Um die Anwendbarkeit und Möglichkeiten kausalen Strukturlernens in der Praxis aufzuzeigen, untersuchen wir unsere Beiträge in realen Anwendungsfällen aus der Fertigungsindustrie. Wir zeigen an mehreren Beispielen aus der automobilen Karosseriefertigungen wie kausales Strukturwissen helfen kann, unvorhergesehene Produktionsausfälle zu verstehen oder eine Entscheidungsunterstützung bei Störungen und Qualitätsabweichungen zu geben.
KW - causal discovery
KW - causal structure learning
KW - causal AI
KW - non-parametric conditional independence testing
KW - manufacturing
KW - causal reasoning
KW - mixed data
KW - kausale KI
KW - kausale Entdeckung
KW - kausale Schlussfolgerung
KW - kausales Strukturlernen
KW - Fertigung
KW - gemischte Daten
KW - nicht-parametrische bedingte Unabhängigkeitstests
Y1 - 2024
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-635820
ER -
TY - JOUR
A1 - Wiemker, Veronika
A1 - Bunova, Anna
A1 - Neufeld, Maria
A1 - Gornyi, Boris
A1 - Yurasova, Elena
A1 - Konigorski, Stefan
A1 - Kalinina, Anna
A1 - Kontsevaya, Anna
A1 - Ferreira-Borges, Carina
A1 - Probst, Charlotte
T1 - Pilot study to evaluate usability and acceptability of the 'Animated Alcohol Assessment Tool' in Russian primary healthcare
JF - Digital health
N2 - Background and aims: Accurate and user-friendly assessment tools quantifying alcohol consumption are a prerequisite to effective prevention and treatment programmes, including Screening and Brief Intervention. Digital tools offer new potential in this field. We developed the ‘Animated Alcohol Assessment Tool’ (AAA-Tool), a mobile app providing an interactive version of the World Health Organization's Alcohol Use Disorders Identification Test (AUDIT) that facilitates the description of individual alcohol consumption via culturally informed animation features. This pilot study evaluated the Russia-specific version of the Animated Alcohol Assessment Tool with regard to (1) its usability and acceptability in a primary healthcare setting, (2) the plausibility of its alcohol consumption assessment results and (3) the adequacy of its Russia-specific vessel and beverage selection. Methods: Convenience samples of 55 patients (47% female) and 15 healthcare practitioners (80% female) in 2 Russian primary healthcare facilities self-administered the Animated Alcohol Assessment Tool and rated their experience on the Mobile Application Rating Scale – User Version. Usage data was automatically collected during app usage, and additional feedback on regional content was elicited in semi-structured interviews. Results: On average, patients completed the Animated Alcohol Assessment Tool in 6:38 min (SD = 2.49, range = 3.00–17.16). User satisfaction was good, with all subscale Mobile Application Rating Scale – User Version scores averaging >3 out of 5 points. A majority of patients (53%) and practitioners (93%) would recommend the tool to ‘many people’ or ‘everyone’. Assessed alcohol consumption was plausible, with a low number (14%) of logically impossible entries. Most patients reported the Animated Alcohol Assessment Tool to reflect all vessels (78%) and all beverages (71%) they typically used. Conclusion: High acceptability ratings by patients and healthcare practitioners, acceptable completion time, plausible alcohol usage assessment results and perceived adequacy of region-specific content underline the Animated Alcohol Assessment Tool's potential to provide a novel approach to alcohol assessment in primary healthcare. After its validation, the Animated Alcohol Assessment Tool might contribute to reducing alcohol-related harm by facilitating Screening and Brief Intervention implementation in Russia and beyond.
KW - Alcohol use assessment
KW - Alcohol Use Disorders Identification Test
KW - screening tools
KW - digital health
KW - mobile applications
KW - Russia
KW - primary healthcare
KW - usability
KW - acceptability
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1177/20552076211074491
SN - 2055-2076
VL - 8
PB - Sage Publications
CY - London
ER -
TY - JOUR
A1 - Omranian, Sara
A1 - Angeleska, Angela
A1 - Nikoloski, Zoran
T1 - PC2P
BT - parameter-free network-based prediction of protein complexes
JF - Bioinformatics
N2 - Motivation:
Prediction of protein complexes from protein-protein interaction (PPI) networks is an important problem in systems biology, as they control different cellular functions. The existing solutions employ algorithms for network community detection that identify dense subgraphs in PPI networks. However, gold standards in yeast and human indicate that protein complexes can also induce sparse subgraphs, introducing further challenges in protein complex prediction.
Results:
To address this issue, we formalize protein complexes as biclique spanned subgraphs, which include both sparse and dense subgraphs. We then cast the problem of protein complex prediction as a network partitioning into biclique spanned subgraphs with removal of minimum number of edges, called coherent partition. Since finding a coherent partition is a computationally intractable problem, we devise a parameter-free greedy approximation algorithm, termed Protein Complexes from Coherent Partition (PC2P), based on key properties of biclique spanned subgraphs. Through comparison with nine contenders, we demonstrate that PC2P: (i) successfully identifies modular structure in networks, as a prerequisite for protein complex prediction, (ii) outperforms the existing solutions with respect to a composite score of five performance measures on 75% and 100% of the analyzed PPI networks and gold standards in yeast and human, respectively, and (iii,iv) does not compromise GO semantic similarity and enrichment score of the predicted protein complexes. Therefore, our study demonstrates that clustering of networks in terms of biclique spanned subgraphs is a promising framework for detection of complexes in PPI networks.
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btaa1089
SN - 1367-4811
VL - 37
IS - 1
SP - 73
EP - 81
PB - Oxford Univ. Press
CY - Oxford
ER -
TY - BOOK
A1 - Zhang, Shuhao
A1 - Plauth, Max
A1 - Eberhardt, Felix
A1 - Polze, Andreas
A1 - Lehmann, Jens
A1 - Sejdiu, Gezim
A1 - Jabeen, Hajira
A1 - Servadei, Lorenzo
A1 - Möstl, Christian
A1 - Bär, Florian
A1 - Netzeband, André
A1 - Schmidt, Rainer
A1 - Knigge, Marlene
A1 - Hecht, Sonja
A1 - Prifti, Loina
A1 - Krcmar, Helmut
A1 - Sapegin, Andrey
A1 - Jaeger, David
A1 - Cheng, Feng
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Friedrich, Tobias
A1 - Rothenberger, Ralf
A1 - Sutton, Andrew M.
A1 - Sidorova, Julia A.
A1 - Lundberg, Lars
A1 - Rosander, Oliver
A1 - Sköld, Lars
A1 - Di Varano, Igor
A1 - van der Walt, Estée
A1 - Eloff, Jan H. P.
A1 - Fabian, Benjamin
A1 - Baumann, Annika
A1 - Ermakova, Tatiana
A1 - Kelkel, Stefan
A1 - Choudhary, Yash
A1 - Cooray, Thilini
A1 - Rodríguez, Jorge
A1 - Medina-Pérez, Miguel Angel
A1 - Trejo, Luis A.
A1 - Barrera-Animas, Ari Yair
A1 - Monroy-Borja, Raúl
A1 - López-Cuevas, Armando
A1 - Ramírez-Márquez, José Emmanuel
A1 - Grohmann, Maria
A1 - Niederleithinger, Ernst
A1 - Podapati, Sasidhar
A1 - Schmidt, Christopher
A1 - Huegle, Johannes
A1 - de Oliveira, Roberto C. L.
A1 - Soares, Fábio Mendes
A1 - van Hoorn, André
A1 - Neumer, Tamas
A1 - Willnecker, Felix
A1 - Wilhelm, Mathias
A1 - Kuster, Bernhard
ED - Meinel, Christoph
ED - Polze, Andreas
ED - Beins, Karsten
ED - Strotmann, Rolf
ED - Seibold, Ulrich
ED - Rödszus, Kurt
ED - Müller, Jürgen
T1 - HPI Future SOC Lab – Proceedings 2017
T1 - HPI Future SOC Lab – Proceedings 2017
N2 - The “HPI Future SOC Lab” is a cooperation of the Hasso Plattner Institute (HPI) and industry partners. Its mission is to enable and promote exchange and interaction between the research community and the industry partners.
The HPI Future SOC Lab provides researchers with free of charge access to a complete infrastructure of state of the art hard and software. This infrastructure includes components, which might be too expensive for an ordinary research environment, such as servers with up to 64 cores and 2 TB main memory. The offerings address researchers particularly from but not limited to the areas of computer science and business information systems. Main areas of research include cloud computing, parallelization, and In-Memory technologies.
This technical report presents results of research projects executed in 2017. Selected projects have presented their results on April 25th and November 15th 2017 at the Future SOC Lab Day events.
N2 - Das Future SOC Lab am HPI ist eine Kooperation des Hasso-Plattner-Instituts mit verschiedenen Industriepartnern. Seine Aufgabe ist die Ermöglichung und Förderung des Austausches zwischen Forschungsgemeinschaft und Industrie.
Am Lab wird interessierten Wissenschaftlern eine Infrastruktur von neuester Hard- und Software kostenfrei für Forschungszwecke zur Verfügung gestellt. Dazu zählen teilweise noch nicht am Markt verfügbare Technologien, die im normalen Hochschulbereich in der Regel nicht zu finanzieren wären, bspw. Server mit bis zu 64 Cores und 2 TB Hauptspeicher. Diese Angebote richten sich insbesondere an Wissenschaftler in den Gebieten Informatik und Wirtschaftsinformatik. Einige der Schwerpunkte sind Cloud Computing, Parallelisierung und In-Memory Technologien.
In diesem Technischen Bericht werden die Ergebnisse der Forschungsprojekte des Jahres 2017 vorgestellt. Ausgewählte Projekte stellten ihre Ergebnisse am 25. April und 15. November 2017 im Rahmen der Future SOC Lab Tag Veranstaltungen vor.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 130
KW - Future SOC Lab
KW - research projects
KW - multicore architectures
KW - In-Memory technology
KW - cloud computing
KW - machine learning
KW - artifical intelligence
KW - Future SOC Lab
KW - Forschungsprojekte
KW - Multicore Architekturen
KW - In-Memory Technologie
KW - Cloud Computing
KW - maschinelles Lernen
KW - Künstliche Intelligenz
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-433100
SN - 978-3-86956-475-3
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 130
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Ulrich, Jens-Uwe
A1 - Lutfi, Ahmad
A1 - Rutzen, Kilian
A1 - Renard, Bernhard Y.
T1 - ReadBouncer
BT - precise and scalable adaptive sampling for nanopore sequencing
JF - Bioinformatics
N2 - Motivation:
Nanopore sequencers allow targeted sequencing of interesting nucleotide sequences by rejecting other sequences from individual pores. This feature facilitates the enrichment of low-abundant sequences by depleting overrepresented ones in-silico. Existing tools for adaptive sampling either apply signal alignment, which cannot handle human-sized reference sequences, or apply read mapping in sequence space relying on fast graphical processing units (GPU) base callers for real-time read rejection. Using nanopore long-read mapping tools is also not optimal when mapping shorter reads as usually analyzed in adaptive sampling applications.
Results:
Here, we present a new approach for nanopore adaptive sampling that combines fast CPU and GPU base calling with read classification based on Interleaved Bloom Filters. ReadBouncer improves the potential enrichment of low abundance sequences by its high read classification sensitivity and specificity, outperforming existing tools in the field. It robustly removes even reads belonging to large reference sequences while running on commodity hardware without GPUs, making adaptive sampling accessible for in-field researchers. Readbouncer also provides a user-friendly interface and installer files for end-users without a bioinformatics background.
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac223
SN - 1367-4803
SN - 1367-4811
VL - 38
IS - SUPPL 1
SP - 153
EP - 160
PB - Oxford Univ. Press
CY - Oxford
ER -
TY - JOUR
A1 - Wittig, Alice
A1 - Miranda, Fabio Malcher
A1 - Hölzer, Martin
A1 - Altenburg, Tom
A1 - Bartoszewicz, Jakub Maciej
A1 - Beyvers, Sebastian
A1 - Dieckmann, Marius Alfred
A1 - Genske, Ulrich
A1 - Giese, Sven Hans-Joachim
A1 - Nowicka, Melania
A1 - Richard, Hugues
A1 - Schiebenhoefer, Henning
A1 - Schmachtenberg, Anna-Juliane
A1 - Sieben, Paul
A1 - Tang, Ming
A1 - Tembrockhaus, Julius
A1 - Renard, Bernhard Y.
A1 - Fuchs, Stephan
T1 - CovRadar
BT - continuously tracking and filtering SARS-CoV-2 mutations for genomic surveillance
JF - Bioinformatics
N2 - The ongoing pandemic caused by SARS-CoV-2 emphasizes the importance of genomic surveillance to understand the evolution of the virus, to monitor the viral population, and plan epidemiological responses. Detailed analysis, easy visualization and intuitive filtering of the latest viral sequences are powerful for this purpose. We present CovRadar, a tool for genomic surveillance of the SARS-CoV-2 Spike protein. CovRadar consists of an analytical pipeline and a web application that enable the analysis and visualization of hundreds of thousand sequences. First, CovRadar extracts the regions of interest using local alignment, then builds a multiple sequence alignment, infers variants and consensus and finally presents the results in an interactive app, making accessing and reporting simple, flexible and fast.
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac411
SN - 1367-4803
SN - 1367-4811
VL - 38
IS - 17
SP - 4223
EP - 4225
PB - Oxford Univ. Press
CY - Oxford
ER -
TY - JOUR
A1 - Trautmann, Justin
A1 - Zhou, Lin
A1 - Brahms, Clemens Markus
A1 - Tunca, Can
A1 - Ersoy, Cem
A1 - Granacher, Urs
A1 - Arnrich, Bert
T1 - TRIPOD
BT - A treadmill walking dataset with IMU, pressure-distribution and photoelectric data for gait analysis
JF - Data : open access ʻData in scienceʼ journal
N2 - Inertial measurement units (IMUs) enable easy to operate and low-cost data recording for gait analysis. When combined with treadmill walking, a large number of steps can be collected in a controlled environment without the need of a dedicated gait analysis laboratory. In order to evaluate existing and novel IMU-based gait analysis algorithms for treadmill walking, a reference dataset that includes IMU data as well as reliable ground truth measurements for multiple participants and walking speeds is needed. This article provides a reference dataset consisting of 15 healthy young adults who walked on a treadmill at three different speeds. Data were acquired using seven IMUs placed on the lower body, two different reference systems (Zebris FDMT-HQ and OptoGait), and two RGB cameras. Additionally, in order to validate an existing IMU-based gait analysis algorithm using the dataset, an adaptable modular data analysis pipeline was built. Our results show agreement between the pressure-sensitive Zebris and the photoelectric OptoGait system (r = 0.99), demonstrating the quality of our reference data. As a use case, the performance of an algorithm originally designed for overground walking was tested on treadmill data using the data pipeline. The accuracy of stride length and stride time estimations was comparable to that reported in other studies with overground data, indicating that the algorithm is equally applicable to treadmill data. The Python source code of the data pipeline is publicly available, and the dataset will be provided by the authors upon request, enabling future evaluations of IMU gait analysis algorithms without the need of recording new data.
KW - inertial measurement unit
KW - gait analysis algorithm
KW - OptoGait
KW - Zebris
KW - data pipeline
KW - public dataset
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.3390/data6090095
SN - 2306-5729
VL - 6
IS - 9
PB - MDPI
CY - Basel
ER -