TY - THES A1 - Tiwari, Abhishek T1 - Enhancing Users’ Privacy: Static Resolution of the Dynamic Properties of Android N2 - The usage of mobile devices is rapidly growing with Android being the most prevalent mobile operating system. Thanks to the vast variety of mobile applications, users are preferring smartphones over desktops for day to day tasks like Internet surfing. Consequently, smartphones store a plenitude of sensitive data. This data together with the high values of smartphones make them an attractive target for device/data theft (thieves/malicious applications). Unfortunately, state-of-the-art anti-theft solutions do not work if they do not have an active network connection, e.g., if the SIM card was removed from the device. In the majority of these cases, device owners permanently lose their smartphone together with their personal data, which is even worse. Apart from that malevolent applications perform malicious activities to steal sensitive information from smartphones. Recent research considered static program analysis to detect dangerous data leaks. These analyses work well for data leaks due to inter-component communication, but suffer from shortcomings for inter-app communication with respect to precision, soundness, and scalability. This thesis focuses on enhancing users' privacy on Android against physical device loss/theft and (un)intentional data leaks. It presents three novel frameworks: (1) ThiefTrap, an anti-theft framework for Android, (2) IIFA, a modular inter-app intent information flow analysis of Android applications, and (3) PIAnalyzer, a precise approach for PendingIntent vulnerability analysis. ThiefTrap is based on a novel concept of an anti-theft honeypot account that protects the owner's data while preventing a thief from resetting the device. We implemented the proposed scheme and evaluated it through an empirical user study with 35 participants. In this study, the owner's data could be protected, recovered, and anti-theft functionality could be performed unnoticed from the thief in all cases. IIFA proposes a novel approach for Android's inter-component/inter-app communication (ICC/IAC) analysis. Our main contribution is the first fully automatic, sound, and precise ICC/IAC information flow analysis that is scalable for realistic apps due to modularity, avoiding combinatorial explosion: Our approach determines communicating apps using short summaries rather than inlining intent calls between components and apps, which requires simultaneously analyzing all apps installed on a device. We evaluate IIFA in terms of precision, recall, and demonstrate its scalability to a large corpus of real-world apps. IIFA reports 62 problematic ICC-/IAC-related information flows via two or more apps/components. PIAnalyzer proposes a novel approach to analyze PendingIntent related vulnerabilities. PendingIntents are a powerful and universal feature of Android for inter-component communication. We empirically evaluate PIAnalyzer on a set of 1000 randomly selected applications and find 1358 insecure usages of PendingIntents, including 70 severe vulnerabilities. N2 - Die Nutzung von mobilen Geräten nimmt rasant zu, wobei Android das häufigste mobile Betriebssystem ist. Dank der Vielzahl an mobilen Anwendungen bevorzugen Benutzer Smartphones gegenüber Desktops für alltägliche Aufgaben wie das Surfen im Internet. Folglich speichern Smartphones eine Vielzahl sensibler Daten. Diese Daten zusammen mit den hohen Werten von Smartphones machen sie zu einem attraktiven Ziel für Geräte/Datendiebstahl (Diebe/bösartige Anwendungen). Leider funktionieren moderne Diebstahlsicherungslösungen nicht, wenn sie keine aktive Netzwerkverbindung haben, z. B. wenn die SIM-Karte aus dem Gerät entnommen wurde. In den meisten Fällen verlieren Gerätebesitzer ihr Smartphone dauerhaft zusammen mit ihren persönlichen Daten, was noch schlimmer ist. Abgesehen davon gibt es bösartige Anwendungen, die schädliche Aktivitäten ausführen, um vertrauliche Informationen von Smartphones zu stehlen. Kürzlich durchgeführte Untersuchungen berücksichtigten die statische Programmanalyse zur Erkennung gefährlicher Datenlecks. Diese Analysen eignen sich gut für Datenlecks aufgrund der Kommunikation zwischen Komponenten, weisen jedoch hinsichtlich der Präzision, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit Nachteile für die Kommunikation zwischen Apps auf. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Verbesserung der Privatsphäre der Benutzer auf Android gegen Verlust/Diebstahl von physischen Geräten und (un)vorsätzlichen Datenverlust. Es werden drei neuartige Frameworks vorgestellt: (1) ThiefTrap, ein Anti-Diebstahl-Framework für Android, (2) IIFA, eine modulare Inter-App Analyse des Informationsflusses von Android Anwendungen, und (3) PIAnalyzer, ein präziser Ansatz für PendingIntent Schwachstellenanalyse. ThiefTrap basiert auf einem neuartigen Konzept eines Diebstahlschutzkontos, das die Daten des Besitzers schützt und verhindert, dass ein Dieb das Gerät zurücksetzt. Wir haben das vorgeschlagene Schema implementiert und durch eine empirische Anwenderstudie mit 35 Teilnehmern ausgewertet. In dieser Studie könnten die Daten des Besitzers geschützt und wiederhergestellt werden, und die Diebstahlsicherungsfunktion konnte in jedem Fall unbemerkt vom Dieb ausgeführt werden. IIFA schlägt einen neuen Ansatz für die Analyse von Komponenten zwischen Komponenten/ Inter-App Kommunikation (ICC/IAC) von Android vor. Unser Hauptbeitrag ist die erste vollautomatische, solide und präzise ICC/IAC Informationsflussanalyse, die aufgrund ihrer Modularität für realistische Apps skalierbar ist und eine kombinatorische Explosion vermeidet: Unser Ansatz bestimmt, dass Apps über kurze Zusammenfassungen kommuniziert werden, anstatt Absichtsaufrufe zwischen Komponenten zu verwenden und Apps, bei denen gleichzeitig alle auf einem Gerät installierten Apps analysiert werden müssen. Wir bewerten IIFA in Bezug auf Präzision, Rückruf und demonstrieren seine Skalierbarkeit für einen großen Korpus realer Apps. IIFA meldet 62 problematische ICC- / IAC-bezogene Informationsflüsse über zwei oder mehr Apps / Komponenten. PIAnalyzer schlägt einen neuen Ansatz vor, um Schwachstellen im Zusammenhang mit PendingIntent zu analysieren. PendingIntents nutzen eine leistungsstarke und universelle Funktion von Android für die Kommunikation zwischen Komponenten. Wir evaluieren PIAnalyzer empirisch an einem Satz von 1000 zufällig ausgewählten Anwendungen und finden 1358 unsichere Verwendungen von PendingIntents, einschließlich 70 schwerwiegender Schwachstellen. KW - Android Security KW - Static Analysis KW - Privacy Protection Y1 - 2019 ER - TY - THES A1 - Böhne, Sebastian T1 - Different degrees of formality T1 - Verschiedene Formalitätsgrade BT - an introduction to the concept and a demonstration of its usefulness BT - Vorstellung des Konzepts und Nachweis seiner Nützlichkeit N2 - In this thesis we introduce the concept of the degree of formality. It is directed against a dualistic point of view, which only distinguishes between formal and informal proofs. This dualistic attitude does not respect the differences between the argumentations classified as informal and it is unproductive because the individual potential of the respective argumentation styles cannot be appreciated and remains untapped. This thesis has two parts. In the first of them we analyse the concept of the degree of formality (including a discussion about the respective benefits for each degree) while in the second we demonstrate its usefulness in three case studies. In the first case study we will repair Haskell B. Curry's view of mathematics, which incidentally is of great importance in the first part of this thesis, in light of the different degrees of formality. In the second case study we delineate how awareness of the different degrees of formality can be used to help students to learn how to prove. Third, we will show how the advantages of proofs of different degrees of formality can be combined by the development of so called tactics having a medium degree of formality. Together the three case studies show that the degrees of formality provide a convincing solution to the problem of untapped potential. N2 - In dieser Dissertation stellen wir das Konzept der Formalitätsgrade vor, welches sich gegen eine dualistische Sichtweise richtet, die nur zwischen formalen und informalen Beweisen unterscheidet. Letztere Sichtweise spiegelt nämlich die Unterschiede zwischen den als informal klassifizierten Argumentationen nicht wieder und ist außerdem unproduktiv, weil sie nicht in der Lage ist, das individuelle Potential der jeweiligen Argumentationsstile wertzuschätzen und auszuschöpfen. Die Dissertation hat zwei Teile. Im ersten analysieren wir das Konzept der Formalitätsgrade (eine Diskussion über die Vorteile der jeweiligen Grade eingeschlossen), während wir im zweiten Teil die Nützlichkeit der Formalitätsgrade anhand von drei Fallbeispielen nachweisen. Im ersten von diesen werden wir Haskell B. Currys Sichtweise zur Mathematik, die nebenbei bemerkt von größter Wichtigkeit für den ersten Teil der Dissertation ist, mithilfe der verschiedenen Formalitätsgrade reparieren. Im zweiten Fallbeispiel zeigen wir auf, wie die Beachtung der verschiedenen Formalitätsgrade den Studenten dabei helfen kann, das Beweisen zu erlernen. Im letzten Fallbeispiel werden wir dann zeigen, wie die Vorteile von Beweisen verschiedener Formalitätsgrade durch die Anwendung sogenannter Taktiken mittleren Formalitätsgrades kombiniert werden können. Zusammen zeigen die drei Fallbeispiele, dass die Formalitätsgrade eine überzeugende Lösung für das Problem des ungenutzten Potentials darstellen. KW - argumentation KW - Coq KW - Curry KW - degree of formality KW - formalism KW - logic KW - mathematics education KW - philosophy of mathematics KW - proof KW - proof assistant KW - proof environment KW - tactic KW - Argumentation KW - Beweis KW - Beweisassistent KW - Beweisumgebung KW - Coq KW - Curry KW - Formalismus KW - Formalitätsgrad KW - Logik KW - Mathematikdidaktik KW - Mathematikphilosophie KW - Taktik Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-423795 N1 - CCS -> Applied computing -> Education -> Interactive learning environments CCS -> Theory of computation -> Logic CCS -> Computing methodologies -> Symbolic and algebraic manipulation -> Symbolic and algebraic algorithms -> Theorem proving algorithms ER - TY - GEN A1 - Alhosseini Almodarresi Yasin, Seyed Ali A1 - Bin Tareaf, Raad A1 - Najafi, Pejman A1 - Meinel, Christoph T1 - Detect me if you can BT - Spam Bot Detection Using Inductive Representation Learning T2 - Companion Proceedings of The 2019 World Wide Web Conference N2 - Spam Bots have become a threat to online social networks with their malicious behavior, posting misinformation messages and influencing online platforms to fulfill their motives. As spam bots have become more advanced over time, creating algorithms to identify bots remains an open challenge. Learning low-dimensional embeddings for nodes in graph structured data has proven to be useful in various domains. In this paper, we propose a model based on graph convolutional neural networks (GCNN) for spam bot detection. Our hypothesis is that to better detect spam bots, in addition to defining a features set, the social graph must also be taken into consideration. GCNNs are able to leverage both the features of a node and aggregate the features of a node’s neighborhood. We compare our approach, with two methods that work solely on a features set and on the structure of the graph. To our knowledge, this work is the first attempt of using graph convolutional neural networks in spam bot detection. KW - Social Media Analysis KW - Bot Detection KW - Graph Embedding KW - Graph Convolutional Neural Networks Y1 - 2019 SN - 978-1-4503-6675-5 U6 - https://doi.org/10.1145/3308560.3316504 SP - 148 EP - 153 PB - Association for Computing Machinery CY - New York 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 - 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 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Schellhorn, Sebastian T1 - Gelfond-Zhang aggregates as propositional formulas JF - Artificial intelligence N2 - Answer Set Programming (ASP) has become a popular and widespread paradigm for practical Knowledge Representation thanks to its expressiveness and the available enhancements of its input language. One of such enhancements is the use of aggregates, for which different semantic proposals have been made. In this paper, we show that any ASP aggregate interpreted under Gelfond and Zhang's (GZ) semantics can be replaced (under strong equivalence) by a propositional formula. Restricted to the original GZ syntax, the resulting formula is reducible to a disjunction of conjunctions of literals but the formulation is still applicable even when the syntax is extended to allow for arbitrary formulas (including nested aggregates) in the condition. Once GZ-aggregates are represented as formulas, we establish a formal comparison (in terms of the logic of Here-and-There) to Ferraris' (F) aggregates, which are defined by a different formula translation involving nested implications. In particular, we prove that if we replace an F-aggregate by a GZ-aggregate in a rule head, we do not lose answer sets (although more can be gained). This extends the previously known result that the opposite happens in rule bodies, i.e., replacing a GZ-aggregate by an F-aggregate in the body may yield more answer sets. Finally, we characterize a class of aggregates for which GZ- and F-semantics coincide. KW - Aggregates KW - Answer Set Programming Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.artint.2018.10.007 SN - 0004-3702 SN - 1872-7921 VL - 274 SP - 26 EP - 43 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal, Concepcion T1 - Forgetting auxiliary atoms in forks JF - Artificial intelligence N2 - In this work we tackle the problem of checking strong equivalence of logic programs that may contain local auxiliary atoms, to be removed from their stable models and to be forbidden in any external context. We call this property projective strong equivalence (PSE). It has been recently proved that not any logic program containing auxiliary atoms can be reformulated, under PSE, as another logic program or formula without them – this is known as strongly persistent forgetting. In this paper, we introduce a conservative extension of Equilibrium Logic and its monotonic basis, the logic of Here-and-There, in which we deal with a new connective ‘|’ we call fork. We provide a semantic characterisation of PSE for forks and use it to show that, in this extension, it is always possible to forget auxiliary atoms under strong persistence. We further define when the obtained fork is representable as a regular formula. KW - Answer set programming KW - Non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - Denotational semantics KW - Forgetting KW - Strong equivalence Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.artint.2019.07.005 SN - 0004-3702 SN - 1872-7921 VL - 275 SP - 575 EP - 601 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Schellhorn, Sebastian T1 - Lower Bound Founded Logic of Here-and-There T2 - Logics in Artificial Intelligence N2 - A distinguishing feature of Answer Set Programming is that all atoms belonging to a stable model must be founded. That is, an atom must not only be true but provably true. This can be made precise by means of the constructive logic of Here-and-There, whose equilibrium models correspond to stable models. One way of looking at foundedness is to regard Boolean truth values as ordered by letting true be greater than false. Then, each Boolean variable takes the smallest truth value that can be proven for it. This idea was generalized by Aziz to ordered domains and applied to constraint satisfaction problems. As before, the idea is that a, say integer, variable gets only assigned to the smallest integer that can be justified. In this paper, we present a logical reconstruction of Aziz’ idea in the setting of the logic of Here-and-There. More precisely, we start by defining the logic of Here-and-There with lower bound founded variables along with its equilibrium models and elaborate upon its formal properties. Finally, we compare our approach with related ones and sketch future work. Y1 - 2019 SN - 978-3-030-19570-0 SN - 978-3-030-19569-4 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-030-19570-0_34 SN - 0302-9743 SN - 1611-3349 VL - 11468 SP - 509 EP - 525 PB - Springer CY - Cham ER - TY - JOUR A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal-Peracho, Concepcion T1 - Revisiting Explicit Negation in Answer Set Programming JF - Theory and practice of logic programming KW - Answer set programming KW - Non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - Explicit negation Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068419000267 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 19 IS - 5-6 SP - 908 EP - 924 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - THES A1 - Ashouri, Mohammadreza T1 - TrainTrap BT - a hybrid technique for vulnerability analysis in JAVA Y1 - 2020 ER - TY - JOUR A1 - Everardo Pérez, Flavio Omar A1 - Osorio, Mauricio T1 - Towards an answer set programming methodology for constructing programs following a semi-automatic approach BT - extended and revised version JF - Electronic notes in theoretical computer science N2 - Answer Set Programming (ASP) is a successful rule-based formalism for modeling and solving knowledge-intense combinatorial (optimization) problems. Despite its success in both academic and industry, open challenges like automatic source code optimization, and software engineering remains. This is because a problem encoded into an ASP might not have the desired solving performance compared to an equivalent representation. Motivated by these two challenges, this paper has three main contributions. First, we propose a developing process towards a methodology to implement ASP programs, being faithful to existing methods. Second, we present ASP encodings that serve as the basis from the developing process. Third, we demonstrate the use of ASP to reverse the standard solving process. That is, knowing answer sets in advance, and desired strong equivalent properties, “we” exhaustively reconstruct ASP programs if they exist. This paper was originally motivated by the search of propositional formulas (if they exist) that represent the semantics of a new aggregate operator. Particularly, a parity aggregate. This aggregate comes as an improvement from the already existing parity (xor) constraints from xorro, where lacks expressiveness, even though these constraints fit perfectly for reasoning modes like sampling or model counting. To this end, this extended version covers the fundaments from parity constraints as well as the xorro system. Hence, we delve a little more in the examples and the proposed methodology over parity constraints. Finally, we discuss our results by showing the only representation available, that satisfies different properties from the classical logic xor operator, which is also consistent with the semantics of parity constraints from xorro. KW - answer set programming KW - combinatorial optimization problems KW - parity aggregate operator Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.entcs.2020.10.004 SN - 1571-0661 VL - 354 SP - 29 EP - 44 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Hollmann, Susanne A1 - Frohme, Marcus A1 - Endrullat, Christoph A1 - Kremer, Andreas A1 - D’Elia, Domenica A1 - Regierer, Babette A1 - Nechyporenko, Alina T1 - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure JF - PLOS Computational Biology N2 - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation. Y1 - 2020 VL - 16 IS - 9 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - JOUR A1 - Stede, Manfred T1 - From connectives to coherence relations BT - a case study of German contrastrive connectives JF - Revue roumaine de linguistique : RRL = Romanian review of linguistics N2 - The notion of coherence relations is quite widely accepted in general, but concrete proposals differ considerably on the questions of how they should be motivated, which relations are to be assumed, and how they should be defined. This paper takes a "bottom-up" perspective by assessing the contribution made by linguistic signals (connectives), using insights from the relevant literature as well as verification by practical text annotation. We work primarily with the German language here and focus on the realm of contrast. Thus, we suggest a new inventory of contrastive connective functions and discuss their relationship to contrastive coherence relations that have been proposed in earlier work. KW - coherence relation KW - connective KW - contrast KW - concession KW - corpus analysis Y1 - 2020 SN - 0035-3957 VL - 65 IS - 3 SP - 213 EP - 233 PB - Ed. Academiei Române CY - Bucureşti ER - TY - JOUR A1 - Tiwari, Abhishek A1 - Prakash, Jyoti A1 - Groß, Sascha A1 - Hammer, Christian T1 - A large scale analysis of Android BT - Web hybridization JF - The journal of systems and software N2 - Many Android applications embed webpages via WebView components and execute JavaScript code within Android. Hybrid applications leverage dedicated APIs to load a resource and render it in a WebView. Furthermore, Android objects can be shared with the JavaScript world. However, bridging the interfaces of the Android and JavaScript world might also incur severe security threats: Potentially untrusted webpages and their JavaScript might interfere with the Android environment and its access to native features. No general analysis is currently available to assess the implications of such hybrid apps bridging the two worlds. To understand the semantics and effects of hybrid apps, we perform a large-scale study on the usage of the hybridization APIs in the wild. We analyze and categorize the parameters to hybridization APIs for 7,500 randomly selected and the 196 most popular applications from the Google Playstore as well as 1000 malware samples. Our results advance the general understanding of hybrid applications, as well as implications for potential program analyses, and the current security situation: We discovered thousands of flows of sensitive data from Android to JavaScript, the vast majority of which could flow to potentially untrustworthy code. Our analysis identified numerous web pages embedding vulnerabilities, which we exemplarily exploited. Additionally, we discovered a multitude of applications in which potentially untrusted JavaScript code may interfere with (trusted) Android objects, both in benign and malign applications. KW - Android hybrid apps KW - static analysis KW - information flow control Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jss.2020.110775 SN - 0164-1212 SN - 1873-1228 VL - 170 PB - Elsevier CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Bordihn, Henning A1 - Vaszil, György T1 - Deterministic Lindenmayer systems with dynamic control of parallelism JF - International journal of foundations of computer science N2 - M-rate 0L systems are interactionless Lindenmayer systems together with a function assigning to every string a set of multisets of productions that may be applied simultaneously to the string. Some questions that have been left open in the forerunner papers are examined, and the computational power of deterministic M-rate 0L systems is investigated, where also tabled and extended variants are taken into consideration. KW - parallel rewriting KW - Lindenmayer systems KW - restricted parallelism KW - determinism KW - developmental systems KW - formal languages Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1142/S0129054120400031 SN - 0129-0541 SN - 1793-6373 VL - 31 IS - 1 SP - 37 EP - 51 PB - World Scientific CY - Singapore ER - TY - GEN A1 - Hollmann, Susanne A1 - Frohme, Marcus A1 - Endrullat, Christoph A1 - Kremer, Andreas A1 - D’Elia, Domenica A1 - Regierer, Babette A1 - Nechyporenko, Alina T1 - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1201 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525877 SN - 1866-8372 IS - 9 ER - TY - JOUR A1 - Bordihn, Henning A1 - Mitrana, Victor T1 - On the degrees of non-regularity and non-context-freeness JF - Journal of computer and system sciences N2 - We study the derivational complexity of context-free and context-sensitive grammars by counting the maximal number of non-regular and non-context-free rules used in a derivation, respectively. The degree of non-regularity/non-context-freeness of a language is the minimum degree of non-regularity/non-context-freeness of context-free/context-sensitive grammars generating it. A language has finite degree of non-regularity iff it is regular. We give a condition for deciding whether the degree of non-regularity of a given unambiguous context-free grammar is finite. The problem becomes undecidable for arbitrary linear context-free grammars. The degree of non-regularity of unambiguous context-free grammars generating non-regular languages as well as that of grammars generating deterministic context-free languages that are not regular is of order Omega(n). Context-free non-regular languages of sublinear degree of non-regularity are presented. A language has finite degree of non-context-freeness if it is context-free. Context-sensitive grammars with a quadratic degree of non-context-freeness are more powerful than those of a linear degree. KW - context-free grammar KW - degree of non-regularity KW - context-sensitive KW - grammar KW - degree of non-context-freeness Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jcss.2019.09.003 SN - 0022-0000 SN - 1090-2724 VL - 108 SP - 104 EP - 117 PB - Elsevier CY - San Diego, Calif. [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Janhunen, Tomi A1 - Rintanen, Jussi T1 - Declarative encodings of acyclicity properties JF - Journal of logic and computation N2 - Many knowledge representation tasks involve trees or similar structures as abstract datatypes. However, devising compact and efficient declarative representations of such structural properties is non-obvious and can be challenging indeed. In this article, we take a number of acyclicity properties into consideration and investigate various logic-based approaches to encode them. We use answer set programming as the primary representation language but also consider mappings to related formalisms, such as propositional logic, difference logic and linear programming. We study the compactness of encodings and the resulting computational performance on benchmarks involving acyclic or tree structures. KW - acyclicity properties KW - logic-based modeling KW - answer set programming KW - satisfiability Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1093/logcom/exv063 SN - 0955-792X SN - 1465-363X VL - 30 IS - 4 SP - 923 EP - 952 PB - Oxford Univ. Press CY - Eynsham, Oxford ER - TY - GEN A1 - Xenikoudakis, Georgios A1 - Ahmed, Mayeesha A1 - Harris, Jacob Colt A1 - Wadleigh, Rachel A1 - Paijmans, Johanna L. A. A1 - Hartmann, Stefanie A1 - Barlow, Axel A1 - Lerner, Heather A1 - Hofreiter, Michael T1 - Ancient DNA reveals twenty million years of aquatic life in beavers T2 - Current biology : CB N2 - Xenikoudakis et al. report a partial mitochondrial genome of the extinct giant beaver Castoroides and estimate the origin of aquatic behavior in beavers to approximately 20 million years. This time estimate coincides with the extinction of terrestrial beavers and raises the question whether the two events had a common cause. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.12.041 SN - 0960-9822 SN - 1879-0445 VL - 30 IS - 3 SP - R110 EP - R111 PB - Current Biology Ltd. CY - London ER - TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Maratea, Marco A1 - Ricca, Francesco T1 - The Seventh Answer Set Programming Competition BT - design and results JF - Theory and practice of logic programming N2 - Answer Set Programming (ASP) is a prominent knowledge representation language with roots in logic programming and non-monotonic reasoning. Biennial ASP competitions are organized in order to furnish challenging benchmark collections and assess the advancement of the state of the art in ASP solving. In this paper, we report on the design and results of the Seventh ASP Competition, jointly organized by the University of Calabria (Italy), the University of Genova (Italy), and the University of Potsdam (Germany), in affiliation with the 14th International Conference on Logic Programming and Non-Monotonic Reasoning (LPNMR 2017). KW - Answer Set Programming KW - competition Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068419000061 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 2 SP - 176 EP - 204 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Dieguez, Martin A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Schuhmann, Anna T1 - Towards metric temporal answer set programming JF - Theory and practice of logic programming N2 - We elaborate upon the theoretical foundations of a metric temporal extension of Answer Set Programming. In analogy to previous extensions of ASP with constructs from Linear Temporal and Dynamic Logic, we accomplish this in the setting of the logic of Here-and-There and its non-monotonic extension, called Equilibrium Logic. More precisely, we develop our logic on the same semantic underpinnings as its predecessors and thus use a simple time domain of bounded time steps. This allows us to compare all variants in a uniform framework and ultimately combine them in a common implementation. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000307 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 5 SP - 783 EP - 798 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - GEN A1 - Sahlmann, Kristina A1 - Clemens, Vera A1 - Nowak, Michael A1 - Schnor, Bettina T1 - MUP BT - Simplifying Secure Over-The-Air Update with MQTT for Constrained IoT Devices T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) is one of the dominating protocols for edge- and cloud-based Internet of Things (IoT) solutions. When a security vulnerability of an IoT device is known, it has to be fixed as soon as possible. This requires a firmware update procedure. In this paper, we propose a secure update protocol for MQTT-connected devices which ensures the freshness of the firmware, authenticates the new firmware and considers constrained devices. We show that the update protocol is easy to integrate in an MQTT-based IoT network using a semantic approach. The feasibility of our approach is demonstrated by a detailed performance analysis of our prototype implementation on a IoT device with 32 kB RAM. Thereby, we identify design issues in MQTT 5 which can help to improve the support of constrained devices. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1094 KW - Internet of Things KW - security KW - firmware update KW - MQTT KW - edge computing Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-489013 SN - 1866-8372 IS - 1094 ER - TY - JOUR A1 - Sahlmann, Kristina A1 - Clemens, Vera A1 - Nowak, Michael A1 - Schnor, Bettina T1 - MUP BT - Simplifying Secure Over-The-Air Update with MQTT for Constrained IoT Devices JF - Sensors N2 - Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) is one of the dominating protocols for edge- and cloud-based Internet of Things (IoT) solutions. When a security vulnerability of an IoT device is known, it has to be fixed as soon as possible. This requires a firmware update procedure. In this paper, we propose a secure update protocol for MQTT-connected devices which ensures the freshness of the firmware, authenticates the new firmware and considers constrained devices. We show that the update protocol is easy to integrate in an MQTT-based IoT network using a semantic approach. The feasibility of our approach is demonstrated by a detailed performance analysis of our prototype implementation on a IoT device with 32 kB RAM. Thereby, we identify design issues in MQTT 5 which can help to improve the support of constrained devices. KW - Internet of Things KW - security KW - firmware update KW - MQTT KW - edge computing Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.3390/s21010010 SN - 1424-8220 VL - 21 IS - 1 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Bordihn, Henning A1 - Mitrana, Victor A1 - Paun, Andrei A1 - Paun, Mihaela T1 - Hairpin completions and reductions BT - semilinearity properties JF - Natural computing : an innovative journal bridging biosciences and computer sciences ; an international journal N2 - This paper is part of the investigation of some operations on words and languages with motivations coming from DNA biochemistry, namely three variants of hairpin completion and three variants of hairpin reduction. Since not all the hairpin completions or reductions of semilinear languages remain semilinear, we study sufficient conditions for semilinear languages to preserve their semilinearity property after applying the non-iterated hairpin completion or hairpin reduction. A similar approach is then applied to the iterated variants of these operations. Along these lines, we define the hairpin reduction root of a language and show that the hairpin reduction root of a semilinear language is not necessarily semilinear except the universal language. A few open problems are finally discussed. KW - DNA hairpin formation KW - Hairpin completions KW - Hairpin reductions KW - Semilinearity property Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1007/s11047-020-09797-0 SN - 1572-9796 VL - 20 IS - 2 SP - 193 EP - 203 PB - Springer Science + Business Media B.V. CY - Dordrecht ER - TY - JOUR A1 - Schneider, Jan Niklas A1 - Brick, Timothy R. A1 - Dziobek, Isabel T1 - Distance to the neutral face predicts arousal ratings of dynamic facial expressions in individuals with and without Autism Spectrum Disorder JF - Frontiers in psychology N2 - Arousal is one of the dimensions of core affect and frequently used to describe experienced or observed emotional states. While arousal ratings of facial expressions are collected in many studies it is not well understood how arousal is displayed in or interpreted from facial expressions. In the context of socioemotional disorders such as Autism Spectrum Disorder, this poses the question of a differential use of facial information for arousal perception. In this study, we demonstrate how automated face-tracking tools can be used to extract predictors of arousal judgments. We find moderate to strong correlations among all measures of static information on one hand and all measures of dynamic information on the other. Based on these results, we tested two measures, average distance to the neutral face and average facial movement speed, within and between neurotypical individuals (N = 401) and individuals with autism (N = 19). Distance to the neutral face was predictive of arousal in both groups. Lower mean arousal ratings were found for the autistic group, but no difference in correlation of the measures and arousal ratings could be found between groups. Results were replicated in an high autistic traits group. The findings suggest a qualitatively similar perception of arousal for individuals with and without autism. No correlations between valence ratings and any of the measures could be found, emphasizing the specificity of our tested measures. Distance and speed predictors share variability and thus speed should not be discarded as a predictor of arousal ratings. KW - arousal KW - face tracking KW - facial expression KW - autism KW - perception KW - perception differences KW - measure development Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.577494 SN - 1664-1078 VL - 11 PB - Frontiers Research Foundation CY - Lausanne ER - TY - JOUR A1 - Luther, Laura A1 - Tiberius, Victor A1 - Brem, Alexander T1 - User experience (UX) in business, management, and psychology BT - a bibliometric mapping of the current state of research JF - Multimodal technologies and interaction : open access journal N2 - User Experience (UX) describes the holistic experience of a user before, during, and after interaction with a platform, product, or service. UX adds value and attraction to their sole functionality and is therefore highly relevant for firms. The increased interest in UX has produced a vast amount of scholarly research since 1983. The research field is, therefore, complex and scattered. Conducting a bibliometric analysis, we aim at structuring the field quantitatively and rather abstractly. We employed citation analyses, co-citation analyses, and content analyses to evaluate productivity and impact of extant research. We suggest that future research should focus more on business and management related topics. KW - bibliometric analysis KW - co-citation analysis KW - co-occurrence analysis KW - citation analysis KW - user experience KW - UX Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.3390/mti4020018 SN - 2414-4088 VL - 4 IS - 2 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Lucke, Ulrike A1 - Hafer, Jörg A1 - Hartmann, Niklas T1 - Strategieentwicklung in der Hochschule als partizipativer Prozess BT - Beispiele und Erkenntnisse JF - Potsdamer Beiträge zur Hochschulforschung N2 - Die Setzung strategischer Ziele sowie die Zuordnung und Umsetzung dazugehörender Maßnahmen sind ein wesentliches Element, um die Innovationsfähigkeit von Organisationen zu erhalten. In den vergangenen Jahren ist auch an Hochschulen die Strategiebildung deutlich vorangetrieben worden. Dies betrifft verschiedene Handlungsfelder, und es werden verschiedene Ansätze verfolgt. Der vorliegende Beitrag greift am Beispiel der Universität Potsdam drei in den vergangenen Jahren adressierte Strategiebereiche heraus: IT, E-Learning und Forschungsdaten. Die damit verbundenen Prozesse waren in unterschiedlichem Maß von Partizipation geprägt. Die gesammelten Erfahrungen werden reflektiert, und es werden Empfehlungen für Strategieentwicklungsprozesse abgeleitet. KW - Innovation KW - Strategie KW - Partizipation KW - IT-Infrastruktur KW - E-Learning KW - Forschungsdatenmanagement Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-492764 SN - 978-3-86956-498-2 SN - 2192-1075 SN - 2192-1083 IS - 6 SP - 99 EP - 117 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Hempel, Sabrina A1 - Adolphs, Julian A1 - Landwehr, Niels A1 - Willink, Dilya A1 - Janke, David A1 - Amon, Thomas T1 - Supervised machine learning to assess methane emissions of a dairy building with natural ventilation JF - Applied Sciences N2 - A reliable quantification of greenhouse gas emissions is a basis for the development of adequate mitigation measures. Protocols for emission measurements and data analysis approaches to extrapolate to accurate annual emission values are a substantial prerequisite in this context. We systematically analyzed the benefit of supervised machine learning methods to project methane emissions from a naturally ventilated cattle building with a concrete solid floor and manure scraper located in Northern Germany. We took into account approximately 40 weeks of hourly emission measurements and compared model predictions using eight regression approaches, 27 different sampling scenarios and four measures of model accuracy. Data normalization was applied based on median and quartile range. A correlation analysis was performed to evaluate the influence of individual features. This indicated only a very weak linear relation between the methane emission and features that are typically used to predict methane emission values of naturally ventilated barns. It further highlighted the added value of including day-time and squared ambient temperature as features. The error of the predicted emission values was in general below 10%. The results from Gaussian processes, ordinary multilinear regression and neural networks were least robust. More robust results were obtained with multilinear regression with regularization, support vector machines and particularly the ensemble methods gradient boosting and random forest. The latter had the added value to be rather insensitive against the normalization procedure. In the case of multilinear regression, also the removal of not significantly linearly related variables (i.e., keeping only the day-time component) led to robust modeling results. We concluded that measurement protocols with 7 days and six measurement periods can be considered sufficient to model methane emissions from the dairy barn with solid floor with manure scraper, particularly when periods are distributed over the year with a preference for transition periods. Features should be normalized according to median and quartile range and must be carefully selected depending on the modeling approach. KW - greenhouse gas KW - on-farm evaluation KW - emission factor KW - regression KW - ensemble methods KW - gradient boosting KW - random forest KW - neural networks KW - support vector machines Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.3390/app10196938 SN - 2076-3417 VL - 10 IS - 19 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Strickroth, Sven A1 - Kiy, Alexander T1 - E-Assessment etablieren BT - Auf dem Weg zu (dezentralen) E-Klausuren JF - Potsdamer Beiträge zur Hochschulforschung N2 - Elektronische Lernstandserhebungen, sogenannte E-Assessments, bieten für Lehrende und Studierende viele Vorteile z. B. hinsichtlich schneller Rückmeldungen oder kompetenzorientierter Fragenformate, und ermöglichen es, unabhängig von Ort und Zeit Prüfungen zu absolvieren. In diesem Beitrag werden die Einführung von summativen Lernstandserhebungen, sogenannter E-Klausuren, am Beispiel der Universität Potsdam, der Aufbau einer länderübergreifenden Initiative für E-Assessment sowie technische Möglichkeiten für dezentrale elektronische Klausuren vorgestellt. Dabei werden der aktuelle Stand, die Ziele und die gewählte stufenweise Umsetzungsstrategie der Universität Potsdam skizziert. Darauf aufbauend folgt eine Beschreibung des Vorgehens, der Kooperationsmöglichkeiten für den Wissens- und Erfahrungsaustausch sowie Herausforderungen der E-Assessment- Initiative. Abschließend werden verschiedene E-Klausurformen und technische Möglichkeiten zur Umsetzung komplexer Prüfungsumgebungen klassifiziert sowie mit ihren charakteristischen Vor- und Nachteilen diskutiert und eine integrierte Lösung vorgeschlagen. KW - E-Assessment KW - Elektronisches Prüfen KW - E-Klausuren KW - Digitalisierung Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-493036 SN - 978-3-86956-498-2 SN - 2192-1075 SN - 2192-1083 IS - 6 SP - 257 EP - 272 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Lucke, Ulrike A1 - Strickroth, Sven T1 - Digitalisierung in Lehre und Studium BT - Eine hochschulweite Perspektive JF - Potsdamer Beiträge zur Hochschulforschung N2 - Das größte der fächerübergreifenden Projekte im Potsdamer Projekt Qualitätspakt Lehre hatte die flächendeckende Etablierung von digitalen Medien als einen integralen Bestandteil von Lehre und Studium zum Gegenstand. Im Teilprojekt E-Learning in Studienbereichen (eLiS) wurden dafür Maßnahmen in den Feldern Organisations-, technische und Inhaltsentwicklung zusammengeführt. Der vorliegende Beitrag präsentiert auf Basis von Ausgangslage und Zielsetzungen die Ergebnisse rund um die Digitalisierung von Lehre und Studium an der Universität Potsdam. Exemplarisch werden fünf Dienste näher vorgestellt, die inzwischen größtenteils in den Regelbetrieb der Hochschule übergegangen sind: die Videoplattform Media.UP, die mobile App Reflect.UP, die persönliche Lernumgebung Campus. UP, das Self-Service-Portal Cook.UP und das Anzeigesystem Freiraum.UP. Dabei wird jeweils ein technischer Blick „unter die Haube“ verbunden mit einer Erläuterung der Nutzungsmöglichkeiten, denen eine aktuelle Einschätzung von Lehrenden und Studierenden der Hochschule gegenübergestellt wird. Der Beitrag schließt mit einer Einbettung der vorgestellten Entwicklungen in einen größeren Kontext und einem Ausblick auf die weiterhin anstehenden Aufgaben. KW - Digitale Medien KW - E-Learning KW - Persönliche Lernumgebung KW - E-Portfolio KW - Mobile App KW - IT-Infrastruktur Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-493024 SN - 978-3-86956-498-2 SN - 2192-1075 SN - 2192-1083 IS - 6 SP - 235 EP - 255 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Dug, Mehmed A1 - Weidling, Stefan A1 - Sogomonyan, Egor A1 - Jokic, Dejan A1 - Krstić, Miloš T1 - Full error detection and correction method applied on pipelined structure using two approaches JF - Journal of circuits, systems and computers N2 - In this paper, two approaches are evaluated using the Full Error Detection and Correction (FEDC) method for a pipelined structure. The approaches are referred to as Full Duplication with Comparison (FDC) and Concurrent Checking with Parity Prediction (CCPP). Aforementioned approaches are focused on the borderline cases of FEDC method which implement Error Detection Circuit (EDC) in two manners for the purpose of protection of combinational logic to address the soft errors of unspecified duration. The FDC approach implements a full duplication of the combinational circuit, as the most complex and expensive implementation of the FEDC method, and the CCPP approach implements only the parity prediction bit, being the simplest and cheapest technique, for soft error detection. Both approaches are capable of detecting soft errors in the combinational logic, with single faults being injected into the design. On the one hand, the FDC approach managed to detect and correct all injected faults while the CCPP approach could not detect multiple faults created at the output of combinational circuit. On the other hand, the FDC approach leads to higher power consumption and area increase compared to the CCPP approach. KW - Fault tolerance KW - FEDC KW - EDC Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1142/S0218126620502187 SN - 0218-1266 SN - 1793-6454 VL - 29 IS - 13 PB - World Scientific CY - Singapore ER - TY - JOUR A1 - Li, Yuanqing A1 - Breitenreiter, Anselm A1 - Andjelkovic, Marko A1 - Chen, Junchao A1 - Babic, Milan A1 - Krstić, Miloš T1 - Double cell upsets mitigation through triple modular redundancy JF - Microelectronics Journal N2 - A triple modular redundancy (TMR) based design technique for double cell upsets (DCUs) mitigation is investigated in this paper. This technique adds three extra self-voter circuits into a traditional TMR structure to enable the enhanced error correction capability. Fault-injection simulations show that the soft error rate (SER) of the proposed technique is lower than 3% of that of TMR. The implementation of this proposed technique is compatible with the automatic digital design flow, and its applicability and performance are evaluated on an FIFO circuit. KW - Triple modular redundancy (TMR) KW - Double cell upsets (DCUs) Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.mejo.2019.104683 SN - 0026-2692 SN - 1879-2391 VL - 96 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Nordmann, Paul-Patrick T1 - Fehlerkorrektur von Speicherfehlern mit Low-Density-Parity-Check-Codes N2 - Die Fehlerkorrektur in der Codierungstheorie beschäftigt sich mit der Erkennung und Behebung von Fehlern bei der Übertragung und auch Sicherung von Nachrichten. Hierbei wird die Nachricht durch zusätzliche Informationen in ein Codewort kodiert. Diese Kodierungsverfahren besitzen verschiedene Ansprüche, wie zum Beispiel die maximale Anzahl der zu korrigierenden Fehler und die Geschwindigkeit der Korrektur. Ein gängiges Codierungsverfahren ist der BCH-Code, welches industriell für bis zu vier Fehler korrigiere Codes Verwendung findet. Ein Nachteil dieser Codes ist die technische Durchlaufzeit für die Berechnung der Fehlerstellen mit zunehmender Codelänge. Die Dissertation stellt ein neues Codierungsverfahren vor, bei dem durch spezielle Anordnung kleinere Codelängen eines BCH-Codes ein langer Code erzeugt wird. Diese Anordnung geschieht über einen weiteren speziellen Code, einem LDPC-Code, welcher für eine schneller Fehlererkennung konzipiert ist. Hierfür wird ein neues Konstruktionsverfahren vorgestellt, welches einen Code für einen beliebige Länge mit vorgebbaren beliebigen Anzahl der zu korrigierenden Fehler vorgibt. Das vorgestellte Konstruktionsverfahren erzeugt zusätzlich zum schnellen Verfahren der Fehlererkennung auch eine leicht und schnelle Ableitung eines Verfahrens zu Kodierung der Nachricht zum Codewort. Dies ist in der Literatur für die LDPC-Codes bis zum jetzigen Zeitpunkt einmalig. Durch die Konstruktion eines LDPC-Codes wird ein Verfahren vorgestellt wie dies mit einem BCH-Code kombiniert wird, wodurch eine Anordnung des BCH-Codes in Blöcken erzeugt wird. Neben der allgemeinen Beschreibung dieses Codes, wird ein konkreter Code für eine 2-Bitfehlerkorrektur beschrieben. Diese besteht aus zwei Teilen, welche in verschiedene Varianten beschrieben und verglichen werden. Für bestimmte Längen des BCH-Codes wird ein Problem bei der Korrektur aufgezeigt, welche einer algebraischen Regel folgt. Der BCH-Code wird sehr allgemein beschrieben, doch existiert durch bestimmte Voraussetzungen ein BCH-Code im engerem Sinne, welcher den Standard vorgibt. Dieser BCH-Code im engerem Sinne wird in dieser Dissertation modifiziert, so dass das algebraische Problem bei der 2-Bitfehler Korrektur bei der Kombination mit dem LDPC-Code nicht mehr existiert. Es wird gezeigt, dass nach der Modifikation der neue Code weiterhin ein BCH-Code im allgemeinen Sinne ist, welcher 2-Bitfehler korrigieren und 3-Bitfehler erkennen kann. Bei der technischen Umsetzung der Fehlerkorrektur wird des Weiteren gezeigt, dass die Durchlaufzeiten des modifizierten Codes im Vergleich zum BCH-Code schneller ist und weiteres Potential für Verbesserungen besitzt. Im letzten Kapitel wird gezeigt, dass sich dieser modifizierte Code mit beliebiger Länge eignet für die Kombination mit dem LDPC-Code, wodurch dieses Verfahren nicht nur umfänglicher in der Länge zu nutzen ist, sondern auch durch die schnellere Dekodierung auch weitere Vorteile gegenüber einem BCH-Code im engerem Sinne besitzt. N2 - Error correction in coding theory is concerned with the detection and correction of errors in the transmission and also securing of messages. For this purpose a message is coded into a code word by means of additional information. These coding methods have different requirements, such as the maximum number of errors to be corrected and the speed of correction. A common coding method is the BCH code, which is used industrially for codes that can be corrected for up to 4-bit errors. A disadvantage of these codes is the run-time for calculating the error positions with increasing code length. The dissertation presents a new coding method in which a long code is generated by a special arrangement of smaller code lengths of a BCH code. This arrangement is done by means of another special code, an LDPC code, which is designed for faster fault detection. For this purpose, a new construction method for LDPC codes is presented, which specifies a code of any length with a predeterminable arbitrary number of errors to be corrected. In addition to the fast method of error detection, the presented construction method also generates an easy and fast derivation of a method for coding the message to the code word. This is unique in the literature for LDPC codes up to now. With the construction of an LDPC code a procedure is presented which combines the code with a BCH code, whereby an arrangement of the BCH code in blocks is done. Besides the general description of this code, the concrete code for a 2-bit error correction is described. This consists of two parts, which are described and compared in different variants. For certain lengths of the BCH code a correction problem is shown, which follows an algebraic rule. The BCH code is described in a very general way, but due to certain conditions a BCH code in a narrower sense exists, which sets the standard. This BCH code in a narrower sense is modified in this dissertation, so that the algebraic problem in 2-bit error correction, when combined with the LDPC code, no longer exists. It is shown that after the modification the new code is still a BCH code in the general sense, which can correct 2-bit errors and detect 3-bit errors. In the technical implementation of the error correction it is shown that the processing times of the modified code are faster compared to the BCH code and have further potential for improvement. In the last chapter it is shown that the modified code of any length is suitable for combination with the LDPC code, according to the procedure already presented. Thus this procedure, the combination of the modified BCH code with the LDPC code, is not only more comprehensively usable in the code lengths compared to the BCH code in the narrower sense with the LDPC code, but offers a further advantage due to the faster decoding with modified BCH codes. T2 - Error correction of memory errors with Low-density parity-check codes KW - Codierungstheorie KW - LDPC-Code KW - BCH-Code KW - BCH code KW - Coding theory KW - LDPC code Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-480480 ER - TY - JOUR A1 - Kuentzer, Felipe A. A1 - Krstić, Miloš T1 - Soft error detection and correction architecture for asynchronous bundled data designs JF - IEEE transactions on circuits and systems N2 - In this paper, an asynchronous design for soft error detection and correction in combinational and sequential circuits is presented. The proposed architecture is called Asynchronous Full Error Detection and Correction (AFEDC). A custom design flow with integrated commercial EDA tools generates the AFEDC using the asynchronous bundled-data design style. The AFEDC relies on an Error Detection Circuit (EDC) for protecting the combinational logic and fault-tolerant latches for protecting the sequential logic. The EDC can be implemented using different detection methods. For this work, two boundary variants are considered, the Full Duplication with Comparison (FDC) and the Partial Duplication with Parity Prediction (PDPP). The AFEDC architecture can handle single events and timing faults of arbitrarily long duration as well as the synchronous FEDC, but additionally can address known metastability issues of the FEDC and other similar synchronous architectures and provide a more practical solution for handling the error recovery process. Two case studies are developed, a carry look-ahead adder and a pipelined non-restoring array divider. Results show that the AFEDC provides equivalent fault coverage when compared to the FEDC while reducing area, ranging from 9.6% to 17.6%, and increasing energy efficiency, which can be up to 6.5%. KW - circuit Faults KW - latches KW - Fault tolerance KW - Fault tolerant systems KW - timing KW - clocks KW - transient analysis KW - asynchrounous design KW - soft errors KW - transient Faults KW - bundled data KW - click controller KW - self-checking KW - concurrent checking KW - DMR KW - TMR Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1109/TCSI.2020.2998911 SN - 1549-8328 SN - 1558-0806 VL - 67 IS - 12 SP - 4883 EP - 4894 PB - Institute of Electrical and Electronics Engineers CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Fandiño, Jorge A1 - Lifschitz, Vladimir A1 - Lühne, Patrick A1 - Schaub, Torsten H. T1 - Verifying tight logic programs with Anthem and Vampire JF - Theory and practice of logic programming N2 - This paper continues the line of research aimed at investigating the relationship between logic programs and first-order theories. We extend the definition of program completion to programs with input and output in a subset of the input language of the ASP grounder gringo, study the relationship between stable models and completion in this context, and describe preliminary experiments with the use of two software tools, anthem and vampire, for verifying the correctness of programs with input and output. Proofs of theorems are based on a lemma that relates the semantics of programs studied in this paper to stable models of first-order formulas. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000344 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 5 SP - 735 EP - 750 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Garea, Javier A1 - Romero, Javier A1 - Schaub, Torsten H. T1 - Eclingo BT - a solver for epistemic logic programs JF - Theory and practice of logic programming N2 - We describe eclingo, a solver for epistemic logic programs under Gelfond 1991 semantics built upon the Answer Set Programming system clingo. The input language of eclingo uses the syntax extension capabilities of clingo to define subjective literals that, as usual in epistemic logic programs, allow for checking the truth of a regular literal in all or in some of the answer sets of a program. The eclingo solving process follows a guess and check strategy. It first generates potential truth values for subjective literals and, in a second step, it checks the obtained result with respect to the cautious and brave consequences of the program. This process is implemented using the multi-shot functionalities of clingo. We have also implemented some optimisations, aiming at reducing the search space and, therefore, increasing eclingo 's efficiency in some scenarios. Finally, we compare the efficiency of eclingo with two state-of-the-art solvers for epistemic logic programs on a pair of benchmark scenarios and show that eclingo generally outperforms their obtained results. KW - Answer Set Programming KW - Epistemic Logic Programs KW - Non-Monotonic KW - Reasoning KW - Conformant Planning Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000228 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 6 SP - 834 EP - 847 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - CHAP A1 - Hafer, Jörg A1 - Kostädt, Peter A1 - Lucke, Ulrike T1 - Das Corona-Virus als Treiber der Digitalisierung BT - eine kritische Analyse am Beispiel der Universität Potsdam T2 - Das Corona-Virus als Treiber der Digitalisierung N2 - Mit der Covid-19-Pandemie hat die Digitalisierung an Hochschulen weitere Bedeutung erlangt. Insbesondere dem Einsatz digitaler Medien in Lehre und Studium galt großes Augenmerk. Das legt die Hoffnung nahe, dass die Digitalisierung durch das Virus einen Schub erfahren und die Hochschulen dauerhaft verändert hat. Der Beitrag geht am Beispiel der Universität Potsdam der Frage nach, welcher Natur diese Veränderungen waren – ausgehend sowohl von den unternommenen Maßnahmen als auch von den erzielten Resultaten – und inwiefern sie von Dauer sind. Dabei werden förderliche und hemmende Faktoren identifiziert, die in Empfehlungen für weitere Digitalisierungsvorhaben übersetzt werden. Y1 - 2021 SN - 978-3-658-32608-1 SN - 978-3-658-32609-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-32609-8_15 SP - 219 EP - 242 PB - Springer CY - Wiesbaden ER - TY - THES A1 - Hecher, Markus T1 - Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving N2 - In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver’s interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth. In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth. Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat. N2 - In den letzten Jahrzehnten konnte ein beachtlicher Fortschritt im Bereich der Aussagenlogik verzeichnet werden. Dieser äußerte sich dadurch, dass für das wichtigste Problem in diesem Bereich, genannt „Sat“, welches sich mit der Fragestellung befasst, ob eine gegebene aussagenlogische Formel erfüllbar ist oder nicht, überwältigend schnelle Computerprogramme („Solver“) entwickelt werden konnten. Interessanterweise liefern diese Solver eine beeindruckende Leistung, weil sie oft selbst Probleminstanzen mit mehreren Millionen von Variablen spielend leicht lösen können. Auf der anderen Seite jedoch glaubt man in der Wissenschaft weitgehend an die Exponentialzeithypothese (ETH), welche besagt, dass man im schlimmsten Fall für das Lösen einer Instanz in diesem Bereich exponentielle Laufzeit in der Anzahl der Variablen benötigt. Dieser vermeintliche Widerspruch ist noch immer nicht vollständig geklärt, denn wahrscheinlich gibt es viele ineinandergreifende Gründe für die Schnelligkeit aktueller Sat Solver. Einer dieser Gründe befasst sich weitgehend mit strukturellen Eigenschaften von Probleminstanzen, die wohl indirekt und intern von diesen Solvern ausgenützt werden. Diese Dissertation beschäftigt sich mit solchen strukturellen Eigenschaften, nämlich mit der sogenannten Baumweite. Die Baumweite ist sehr gut erforscht und versucht zu messen, wie groß der Abstand von Probleminstanzen zu Bäumen ist (Baumnähe). Allerdings ist dieser Parameter sehr generisch und bei Weitem nicht auf Problemstellungen der Aussagenlogik beschränkt. Tatsächlich gibt es viele weitere Probleme, die parametrisiert mit Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Interessanterweise gibt es auch viele Probleme in der Wissensrepräsentation (KR), von denen man davon ausgeht, dass sie härter sind als das Problem Sat, die bei beschränkter Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Ein prominentes Beispiel solcher Probleme ist das Problem QSat, welches sich für die Gültigkeit einer gegebenen quantifizierten, aussagenlogischen Formel (QBF), das sind aussagenlogische Formeln, wo gewisse Variablen existenziell bzw. universell quantifiziert werden können, befasst. Bemerkenswerterweise wird allerdings auch im Zusammenhang mit Baumweite, ähnlich zu Methoden der klassischen Komplexitätstheorie, die tatsächliche Komplexität (Härte) solcher Problemen quantifiziert, wo man die exakte Laufzeitabhängigkeit beim Problemlösen in der Baumweite (Stufe der Exponentialität) beschreibt. Diese Arbeit befasst sich mit fortgeschrittenen, Baumweite-basierenden Methoden und Werkzeugen für Probleme der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz (AI). Dabei präsentieren wir Methoden, um präzise Laufzeitresultate (obere Schranken) für prominente Fragmente der Antwortmengenprogrammierung (ASP), welche ein kanonisches Paradigma zum Lösen von Problemen der Wissensrepräsentation darstellt, zu erhalten. Unsere Resultate basieren auf dem Konzept der dynamischen Programmierung, die angeleitet durch eine sogenannte Baumzerlegung und ähnlich dem Prinzip „Teile-und-herrsche“ funktioniert. Solch eine Baumzerlegung ist eine konkrete, strukturelle Zerlegung einer Probleminstanz, die sich stark an der Baumweite orientiert. Des Weiteren präsentieren wir einen neuen Typ von Problemreduktion, den wir als „decomposition-guided (DG)“, also „zerlegungsangeleitet“, bezeichnen. Dieser Reduktionstyp erlaubt es, Baumweiteerhöhungen und -verringerungen während einer Problemreduktion von einem bestimmten Problem zu einem anderen Problem präzise zu untersuchen und zu kontrollieren. Zusätzlich ist dieser neue Reduktionstyp die Basis, um ein lange offen gebliebenes Resultat betreffend quantifizierter, aussagenlogischer Formeln zu zeigen. Tatsächlich sind wir damit in der Lage, präzise untere Schranken, unter der Annahme der Exponentialzeithypothese, für das Problem QSat bei beschränkter Baumweite zu zeigen. Genauer gesagt können wir mit diesem Konzept der DG Reduktionen zeigen, dass das Problem QSat, beschränkt auf Quantifizierungsrang ` und parametrisiert mit Baumweite k, im Allgemeinen nicht besser als in einer Laufzeit, die `-fach exponentiell in der Baumweite und polynomiell in der Instanzgröße ist1, lösen. Dieses Resultat hebt auf nicht-inkrementelle Weise ein bekanntes Ergebnis für Quantifizierungsrang 2 auf beliebige Quantifizierungsränge, allerdings impliziert es auch sehr viele weitere Konsequenzen. Das Resultat über die untere Schranke des Problems QSat erlaubt es, eine neue Methodologie zum Zeigen unterer Schranken einer Vielzahl von Problemen der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz, zu etablieren. In weiterer Konsequenz können wir damit auch zeigen, dass die oberen Schranken sowie die DG Reduktionen dieser Arbeit unter der Hypothese ETH „eng“ sind, d.h., sie können wahrscheinlich nicht mehr signifikant verbessert werden. Die Ergebnisse betreffend der unteren Schranken für QSat und die dazugehörige Methodologie konstituieren in gewisser Weise eine Hierarchie von über Baumweite parametrisierte Laufzeitklassen. Diese Laufzeitklassen können verwendet werden, um die Härte von Problemen für das Ausnützen von Baumweite zu quantifizieren und diese entsprechend ihrer Laufzeitabhängigkeit bezüglich Baumweite zu kategorisieren. Schlussendlich und trotz der genannten Resultate betreffend unterer Schranken sind wir im Stande, eine effiziente Implementierung von Algorithmen basierend auf dynamischer Programmierung, die entlang einer Baumzerlegung angeleitet wird, zur Verfügung zu stellen. Dabei funktioniert unser Ansatz dahingehend, indem er probiert, passende Abstraktionen von Instanzen zu finden, die dann im Endeffekt sukzessive und auf rekursive Art und Weise verfeinert und verbessert werden. Inspiriert durch die enorme Effizienz und Effektivität der Sat Solver, ist unsere Implementierung ein hybrider Ansatz, weil sie den starken Gebrauch von Sat Solvern zum Lösen diverser Subprobleme, die während der dynamischen Programmierung auftreten, pflegt. Dabei stellt sich heraus, dass der resultierende Solver unserer Implementierung im Bezug auf Effizienz beim Lösen von zwei kanonischen, Sat-verwandten Zählproblemen mit bestehenden Solvern locker mithalten kann. Tatsächlich sind wir im Stande, Instanzen, wo die oberen Schranken von Baumweite 260 übersteigen, zu lösen. Diese überraschende Beobachtung zeigt daher, dass Baumweite ein wichtiger Parameter sein könnte, der wohl in modernen Designs von Solvern berücksichtigt werden sollte. KW - Treewidth KW - Dynamic Programming KW - Knowledge Representation and Reasoning KW - Artificial Intelligence KW - Computational Complexity KW - Parameterized Complexity KW - Answer Set Programming KW - Exponential Time Hypothesis KW - Lower Bounds KW - Algorithms KW - Algorithmen KW - Antwortmengenprogrammierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Komplexitätstheorie KW - Dynamische Programmierung KW - Exponentialzeit Hypothese KW - Wissensrepräsentation und Schlussfolgerung KW - Untere Schranken KW - Parametrisierte Komplexität KW - Baumweite Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519 ER - TY - THES A1 - Moebert, Tobias T1 - Zum Einfluss von Adaptivität auf die Wahrnehmung von Komplexität in der Mensch-Technik-Interaktion T1 - On the Influence of Adaptivity upon the Perception of Complexity in Human-Technology Interaction BT - dargestellt am Beispiel Bildungstechnologie N2 - Wir leben in einer Gesellschaft, die von einem stetigen Wunsch nach Innovation und Fortschritt geprägt ist. Folgen dieses Wunsches sind die immer weiter fortschreitende Digitalisierung und informatische Vernetzung aller Lebensbereiche, die so zu immer komplexeren sozio-technischen Systemen führen. Ziele dieser Systeme sind u. a. die Unterstützung von Menschen, die Verbesserung ihrer Lebenssituation oder Lebensqualität oder die Erweiterung menschlicher Möglichkeiten. Doch haben neue komplexe technische Systeme nicht nur positive soziale und gesellschaftliche Effekte. Oft gibt es unerwünschte Nebeneffekte, die erst im Gebrauch sichtbar werden, und sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen komplexer vernetzter Technologien fühlen sich oft orientierungslos. Die Folgen können von sinkender Akzeptanz bis hin zum kompletten Verlust des Vertrauens in vernetze Softwaresysteme reichen. Da komplexe Anwendungen, und damit auch immer komplexere Mensch-Technik-Interaktionen, immer mehr an Relevanz gewinnen, ist es umso wichtiger, wieder Orientierung zu finden. Dazu müssen wir zuerst diejenigen Elemente identifizieren, die in der Interaktion mit vernetzten sozio-technischen Systemen zu Komplexität beitragen und somit Orientierungsbedarf hervorrufen. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um ein strukturiertes Reflektieren über die Komplexität vernetzter sozio-technischer Systeme im gesamten Konstruktionsprozess zu ermöglichen. Dazu wird zuerst eine Definition von Komplexität und komplexen Systemen erarbeitet, die über das informatische Verständnis von Komplexität (also der Kompliziertheit von Problemen, Algorithmen oder Daten) hinausgeht. Im Vordergrund soll vielmehr die sozio-technische Interaktion mit und in komplexen vernetzten Systemen stehen. Basierend auf dieser Definition wird dann ein Analysewerkzeug entwickelt, welches es ermöglicht, die Komplexität in der Interaktion mit sozio-technischen Systemen sichtbar und beschreibbar zu machen. Ein Bereich, in dem vernetzte sozio-technische Systeme zunehmenden Einzug finden, ist jener digitaler Bildungstechnologien. Besonders adaptiven Bildungstechnologien wurde in den letzten Jahrzehnten ein großes Potential zugeschrieben. Zwei adaptive Lehr- bzw. Trainingssysteme sollen deshalb exemplarisch mit dem in dieser Arbeit entwickelten Analysewerkzeug untersucht werden. Hierbei wird ein besonderes Augenmerkt auf den Einfluss von Adaptivität auf die Komplexität von Mensch-Technik-Interaktionssituationen gelegt. In empirischen Untersuchungen werden die Erfahrungen von Konstrukteur*innen und Nutzer*innen jener adaptiver Systeme untersucht, um so die entscheidenden Kriterien für Komplexität ermitteln zu können. Auf diese Weise können zum einen wiederkehrende Orientierungsfragen bei der Entwicklung adaptiver Bildungstechnologien aufgedeckt werden. Zum anderen werden als komplex wahrgenommene Interaktionssituationen identifiziert. An diesen Situationen kann gezeigt werden, wo aufgrund der Komplexität des Systems die etablierten Alltagsroutinen von Nutzenden nicht mehr ausreichen, um die Folgen der Interaktion mit dem System vollständig erfassen zu können. Dieses Wissen kann sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen helfen, in Zukunft besser mit der inhärenten Komplexität moderner Bildungstechnologien umzugehen. N2 - We live in a society that is characterized by a constant desire for innovation and progress. The consequences of this desire are the ever-increasing digitalization and networking of all areas of life, which thus lead to ever more complex socio-technical systems. The goals of these systems include supporting people, improving their living situation or quality of life, or expanding human possibilities. But new complex technical systems do not only have positive social and societal effects. Often there are undesirable side effects that only become apparent during use, and both designers and users of complex networked technologies often feel disoriented. The consequences can range from decreasing acceptance to a complete loss of trust in networked software systems. As complex applications, and thus increasingly complex human-technology interactions, become more and more relevant, it is all the more important to find orientation again. For this purpose, we first have to identify those elements that contribute to complexity in the interaction with networked socio-technical systems and thus create a need for orientation. This work is intended to contribute to a structured reflection on the complexity of networked socio-technical systems throughout the entire construction process. For this purpose, a definition of complexity and complex system is first developed, which goes beyond the informatics understanding of complexity (i.e. the complexity of problems, algorithms, or data). The focus will rather be on the socio-technical interaction with and within complex networked systems. Based on this definition, an analysis tool will be developed, which allows us to make the complexity in the interaction with socio-technical systems visible and describable. One area in which networked socio-technical systems are becoming increasingly important is that of digital educational technologies. Adaptive educational technologies in particular have been attributed a great potential in the last decades. Therefore, two adaptive teaching and training systems will be examined with the analysis tool developed in this thesis. Special attention will be paid to the influence of adaptivity on the complexity of human-technology interaction situations. In empirical studies, the experiences of users and constructors of those adaptive systems will be examined to determine the decisive criteria for complexity. In this way, recurring questions of orientation in the development of adaptive educational technologies can be uncovered. Furthermore, interaction situations perceived as complex are identified. These situations can be used to show where, due to the complexity of the system, the established everyday routines of users are no longer sufficient to fully grasp the consequences of interaction with the system. This knowledge can help both designers and users to better deal with the inherent complexity of modern educational technologies in the future. KW - Bildungstechnologien KW - Mensch-Technik-Interaktion KW - Komplexität KW - Adaptivität KW - Methodik KW - Adaptivity KW - Educational Technologies KW - Complexity KW - Human-Technology Interaction KW - Methodology Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-499926 ER - TY - THES A1 - Dehne, Julian T1 - Möglichkeiten und Limitationen der medialen Unterstützung forschenden Lernens N2 - Forschendes Lernen und die digitale Transformation sind zwei der wichtigsten Einflüsse auf die Entwicklung der Hochschuldidaktik im deutschprachigen Raum. Während das forschende Lernen als normative Theorie das sollen beschreibt, geben die digitalen Werkzeuge, alte wie neue, das können in vielen Bereichen vor. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prozessmodell aufgestellt, was den Versuch unternimmt, das forschende Lernen hinsichtlich interaktiver, gruppenbasierter Prozesse zu systematisieren. Basierend auf dem entwickelten Modell wurde ein Softwareprototyp implementiert, der den gesamten Forschungsprozess begleiten kann. Dabei werden Gruppenformation, Feedback- und Reflexionsprozesse und das Peer Assessment mit Bildungstechnologien unterstützt. Die Entwicklungen wurden in einem qualitativen Experiment eingesetzt, um Systemwissen über die Möglichkeiten und Grenzen der digitalen Unterstützung von forschendem Lernen zu gewinnen. N2 - Research-based learning and digital transformation are two of the most important influences on the development of pedagogies of universities in German-speaking countries. While research-based learning as a normative theory explains the should, the digital tools, both old and new, provide the can in many areas. In the present work, a process model was developed, which captures research-based learning with regard to interactive, group-based processes. Based on this model a software prototype was implemented that can accompany the entire research process. Thereby group formation, feedback and reflection processes and peer assessment are supported with educational technology. The developed software was used in a qualitative experiment to gain knowledge about the possibilities and limits of digital support for research-based learning. T2 - Limits and chances of supporting inquiry-based learning with digital media KW - Forschendes Lernen KW - Digitale Medien KW - Modellierung KW - Bildungstechnologien KW - Educational Technologies KW - Digital Media KW - Inquiry-based learning KW - Modelling Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-497894 ER - TY - JOUR A1 - Bordihn, Henning A1 - Vaszil, György T1 - Reversible parallel communicating finite automata systems JF - Acta informatica N2 - We study the concept of reversibility in connection with parallel communicating systems of finite automata (PCFA in short). We define the notion of reversibility in the case of PCFA (also covering the non-deterministic case) and discuss the relationship of the reversibility of the systems and the reversibility of its components. We show that a system can be reversible with non-reversible components, and the other way around, the reversibility of the components does not necessarily imply the reversibility of the system as a whole. We also investigate the computational power of deterministic centralized reversible PCFA. We show that these very simple types of PCFA (returning or non-returning) can recognize regular languages which cannot be accepted by reversible (deterministic) finite automata, and that they can even accept languages that are not context-free. We also separate the deterministic and non-deterministic variants in the case of systems with non-returning communication. We show that there are languages accepted by non-deterministic centralized PCFA, which cannot be recognized by any deterministic variant of the same type. KW - Finite automata KW - Reversibility KW - Systems of parallel communicating KW - automata Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s00236-021-00396-9 SN - 0001-5903 SN - 1432-0525 VL - 58 IS - 4 SP - 263 EP - 279 PB - Springer CY - Berlin ; Heidelberg ; New York, NY ER - TY - THES A1 - Hitz, Michael T1 - Modellierung und Generierung kombinierbarer Benutzungsschnittstellenvarianten und deren gemeinschaftliche Nutzung in Dienst-Ökosystemen T1 - Modeling and generation of composable user interface variants and their shared use in digital service ecosystems N2 - Digitalisierung ermöglicht es uns, mit Partnern (z.B. Unternehmen, Institutionen) in einer IT-unterstützten Umgebung zu interagieren und Tätigkeiten auszuführen, die vormals manuell erledigt wurden. Ein Ziel der Digitalisierung ist dabei, Dienstleistungen unterschiedlicher fachlicher Domänen zu Prozessen zu kombinieren und vielen Nutzergruppen bedarfsgerecht zugänglich zu machen. Hierzu stellen Anbieter technische Dienste bereit, die in unterschiedliche Anwendungen integriert werden können. Die Digitalisierung stellt die Anwendungsentwicklung vor neue Herausforderungen. Ein Aspekt ist die bedarfsgerechte Anbindung von Nutzern an Dienste. Zur Interaktion menschlicher Nutzer mit den Diensten werden Benutzungsschnittstellen benötigt, die auf deren Bedürfnisse zugeschnitten sind. Hierzu werden Varianten für spezifische Nutzergruppen (fachliche Varianten) und variierende Umgebungen (technische Varianten) benötigt. Zunehmend müssen diese mit Diensten anderer Anbieter kombiniert werden können, um domänenübergreifend Prozesse zu Anwendungen mit einem erhöhten Mehrwert für den Endnutzer zu verknüpfen (z.B. eine Flugbuchung mit einer optionalen Reiseversicherung). Die Vielfältigkeit der Varianten lässt die Erstellung von Benutzungsschnittstellen komplex und die Ergebnisse sehr individuell erscheinen. Daher werden die Varianten in der Praxis vorwiegend manuell erstellt. Dies führt zur parallelen Entwicklung einer Vielzahl sehr ähnlicher Anwendungen, die nur geringes Potential zur Wiederverwendung besitzen. Die Folge sind hohe Aufwände bei Erstellung und Wartung. Dadurch wird häufig auf die Unterstützung kleiner Nutzerkreise mit speziellen Anforderungen verzichtet (z.B. Menschen mit physischen Einschränkungen), sodass diese weiterhin von der Digitalisierung ausgeschlossen bleiben. Die Arbeit stellt eine konsistente Lösung für diese neuen Herausforderungen mit den Mitteln der modellgetriebenen Entwicklung vor. Sie präsentiert einen Ansatz zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen und deren automatischer Generierung für digitale Dienste in einem verteilten Umfeld. Die Arbeit schafft eine Lösung zur Wiederverwendung und gemeinschaftlichen Nutzung von Benutzungsschnittstellen über Anbietergrenzen hinweg. Sie führt zu einer Infrastruktur, in der eine Vielzahl von Anbietern ihre Expertise in gemeinschaftliche Anwendungen einbringen können. Die Beiträge bestehen im Einzelnen in Konzepten und Metamodellen zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen sowie einem Verfahren zu deren vollständig automatisierten Transformation in funktionale Benutzungsschnittstellen. Zur Umsetzung der gemeinschaftlichen Nutzbarkeit werden diese ergänzt um eine universelle Repräsentation der Modelle, einer Methodik zur Anbindung unterschiedlicher Dienst-Anbieter sowie einer Architektur zur verteilten Nutzung der Artefakte und Verfahren in einer dienstorientierten Umgebung. Der Ansatz bietet die Chance, unterschiedlichste Menschen bedarfsgerecht an der Digitalisierung teilhaben zu lassen. Damit setzt die Arbeit Impulse für zukünftige Methoden zur Anwendungserstellung in einem zunehmend vielfältigen Umfeld. N2 - Digitalization enables us to interact with partners (e.g., companies, institutions) and perform operations in an IT-supported, digital environment. A major objective of the digitalization efforts is to combine and integrate services of different business domains in order to make them accessible to a wide variety of users. To achieve that objective, service suppliers provide technical services that can be integrated into applications. This brings new challenges for the development of applications. An important aspect is the needs-oriented accessibility of services for users. To interact with technical services, human users need user interfaces (UIs) tailored to suit their needs. This requires a variety of UI variants focusing on the different requirements of special user groups (user specific variants) and tailored for multiple technical environments (technical variants). In addition, user interfaces increasingly need to combine services from different suppliers and business domains to build applications with added value for the customer (e.g., a flight booking in combination with a travel insurance product). The diversity of the variants lets the development of user interfaces seems to be a complex and very individual task. Therefore, in daily practice variants are mostly built manually. This leads to concurrent developments of very similar, yet hardly reusable applications. This results in increasing expenses for application building and maintenance. One consequence is that service providers shy away from the effort to build variants for small user groups with special needs (e.g., visually impaired persons), excluding them from digital offerings and leaving them behind. This thesis offers a consistent solution for these new challenges by applying model driven development techniques to the problem. It presents an approach for modeling dialog-based user interfaces, variants and compositions including their completely automatic generation as UIs for digital services in a distributed environment. The thesis provides a solution for reuse and sharing of user interfaces across different domains and suppliers. It leads to an infrastructure where a variety of suppliers can share their expertise to build applications. The contributions of this work are concepts and metamodels for modeling user interfaces, variants and compositions along with a process for a completely automated transformation into fully functional UIs. To achieve reusability and shareability the solutions are complemented by a universal representation of the models, a method to reuse them with different service suppliers and a distributed architecture for sharing the artifacts and functional components of the approach in a service oriented environment. The approach offers the opportunity to a variety of people to participate in digitalization. It provides impetus for future application development methods within an increasingly diverse environment. KW - Digitalisierung KW - Dienst-Ökosysteme KW - Dialogbasierte Benutzerschnittstellen KW - Multimodale Benutzerschnittstellen KW - Modellgetriebene UI Entwicklung KW - UI-Komponenten KW - Digitalisation KW - Service Ecosystems KW - Tailored UI Variants KW - User Interfaces KW - Dialog-based User Interfaces KW - Multimodal User Interfaces KW - Model Driven UI Development KW - Automatic UI Generation KW - Reuseable UIs KW - UI Components KW - Composed UIs KW - UI Metamodels KW - Softwareentwicklung KW - Domänenspezifische Sprachen KW - Generative Programmierung KW - Modellgetriebene Softwareentwicklung KW - Serviceorientierte Architektur KW - Benutzungsschnittstellen Ontologien KW - Linked Data Anwendungen KW - Applications and Software Development KW - Model-Driven Software Development KW - Service Oriented Architectures KW - Software Engineering KW - User Interface Ontologies KW - Linked Data Application Modelling KW - Application Aggregation KW - Generative Programming KW - Domain-Specific Languages Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500224 ER - TY - JOUR A1 - Bordihn, Henning A1 - Holzer, Markus T1 - On the number of active states in finite automata JF - Acta informatica N2 - We introduce a new measure of descriptional complexity on finite automata, called the number of active states. Roughly speaking, the number of active states of an automaton A on input w counts the number of different states visited during the most economic computation of the automaton A for the word w. This concept generalizes to finite automata and regular languages in a straightforward way. We show that the number of active states of both finite automata and regular languages is computable, even with respect to nondeterministic finite automata. We further compare the number of active states to related measures for regular languages. In particular, we show incomparability to the radius of regular languages and that the difference between the number of active states and the total number of states needed in finite automata for a regular language can be of exponential order. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s00236-021-00397-8 SN - 0001-5903 SN - 1432-0525 VL - 58 IS - 4 SP - 301 EP - 318 PB - Springer CY - Berlin ; Heidelberg [u.a.] ER - TY - THES A1 - Reuß, Florian T1 - Entwicklung eines Prototyps einer Lernumgebung für interaktive Funktionsanalyse-Übungen nach einem Gamification- Ansatz T1 - On the development of a prototypical learning environment for music theory exercises following a gamification approach N2 - In vielen Studiengängen kommt es durch die oft heterogenen Vorkenntnisse in der Studieneingangsphase zu mangelnder Motivation durch Über- oder Unterforderung. Dieses Problem tritt auch in der musiktheoretischen Grundausbildung an Hochschulen auf. Durch Einsatz von Elementen, die aus dem Unterhaltungskontext geläufig sind, kann eine Steigerung der Motivation erreicht werden. Die Nutzung solcher Elemente wird als Gamification bezeichnet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, am Fallbeispiel der musiktheoretischen Grundausbildung zu analysieren, ob Lerngelegenheiten durch einen gamifizierten interaktiven Prototyp einer Lernumgebung unterstützt werden können. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Inwieweit wirkt Gamification auf die Motivation bei den Lernenden zur Beschäftigung mit dem Thema (musikalische) Funktionsanalyse? Um die Forschungsfragen zu beantworten, wurde zunächst ein systematisches, theoriegeleitetes Vorgehensmodell zur Gamification von Lernumgebungen entwickelt und angewandt. Der so entstandene Prototyp wurde anschließend um alle Game-Design-Elemente reduziert und im Rahmen einer experimentellen Studie mit zwei unabhängigen Versuchsgruppen mit der gamifizierten Variante verglichen. Die Untersuchung zeigte, dass die Gamification einer Lernanwendung nach dem entwickelten Vorgehensmodell grundsätzlich das Potenzial besitzt, manche Aspekte des Nutzungserlebnisses (UX) positiv zu beeinflussen. Insbesondere hatte die Gamification positive Effekte auf die Joy of Use und die Immersivität. Allerdings blieb das Ausmaß der beobachteten Effekte deutlich hinter den Erwartungen zurück, die auf Basis verschiedener Motivationstheorien getroffen wurden. Daher erscheint Gamification besonders in außeruniversitären Kontexten vielversprechend, in denen der Fokus auf einer Erhöhung der Joy of Use oder einer Steigerung der Immersivität liegt. Allerdings lassen sich durch die Untersuchung neue Erkenntnisse zur emotionalen Wirkung von Gamification und zu einem systematischen Vorgehen bei der Gamification von Lernanwendungen herausstellen. Weiterführende Forschung könnte an diese Erkenntnisse anknüpfen, indem sie die emotionale Wirkung von Gamification und deren Einfluss auf die Motivation näher untersucht. Darüber hinaus sollte sie Gamification auch aus einer entscheidungstheoretischen Perspektive betrachten und Analysemethoden entwickeln, mit denen entschieden werden kann, ob der Einsatz von Gamification zur Motivationssteigerung in einem spezifischen Anwendungsfall zielführend ist. Unter Verwendung des entwickelten Vorgehensmodells kann es sinnvoll sein, näher zu untersuchen, welche Faktoren insgesamt für das Gelingen einer Gamification-Maßnahme in Bildungskontexten entscheidend sind. Die Erkenntnisse einer solchen Untersuchung könnten entscheidend zur Verbesserung und Validierung des Vorgehensmodells beitragen.  N2 - In many academic courses, the often heterogeneous previous knowledge in the introductory phase leads to a lack of motivation in students due to over- or under-challenging. This problem also occurs in basic music theory training at universities. By using elements that are familiar from entertainment contexts, an increase in motivation can be achieved. The use of such elements is called gamification. The aim of this paper is to analyse whether learning opportunities can be supported by a gamified interactive prototype of a learning environment, using music theory as a case study. For this purpose, the following research question is posed: To what extent does gamification affect motivation in learners to engage with the topic of (musical) functional analysis? In order to answer the research questions, a systematic, theory-based procedure model for the gamification of learning environments was first developed and applied. The resulting prototype was then reduced by all game design elements and compared with the gamified version in an experimental study with two independent experimental groups. The study showed that the gamification of a learning application according to the developed procedure model has the potential to positively influence some aspects of the user experience (UX). In particular, gamification had positive effects on the joy of use and immersivity. However, the extent of the observed effects remained significantly below the expectations made on the basis of various motivation theories. Therefore, gamification seems to be particularly promising in non-university contexts where the focus is on increasing the joy of use or immersivity. However, new insights into the emotional impact of gamification and a systematic approach to gamification of learning applications can be highlighted. Further research could carry on these investigations by regarding on the emotional impact of gamification and its influence on motivation in detail. Furthermore, gamification should be analysed from a decision-theoretical perspective: it is important to develop methods of analysis that can be used to decide whether the use of gamification is profitable in a specific use case. Using the process model developed, it may be useful to investigate more closely which factors are decisive for the overall success of a gamification measure in educational contexts. The findings of such an investigation could contribute to the improvement and validation of the process model developed. KW - Gamification KW - Gamification KW - Nutzungserlebnis KW - User Experience KW - Gebrauchstauglichkeit KW - Usability KW - Lernumgebung KW - Learning environment KW - Prototyping KW - Prototyping KW - Motivation KW - Motivation KW - Game-Design-Elemente KW - game design elements Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519041 ER - TY - THES A1 - Zoerner, Dietmar T1 - Förderung von Aufmerksamkeit und Motivationserhalt durch digitale spielbasierte Lernsysteme mit spezifischer Eignung bei Autismus T1 - Promotion of attention and preservation of motivation through digital game-based learning systems with particular suitability for autism N2 - Institutionelle Bildung ist für autistische Lernende mit vielgestaltigen und spezifischen Hindernissen verbunden. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit Inklusion, deren Relevanz nicht zuletzt durch das Übereinkommen der Vereinten Nationen über die Rechte von Menschen mit Behinderung gegeben ist. Diese Arbeit diskutiert zahlreiche lernrelevante Besonderheiten im Kontext von Autismus und zeigt Diskrepanzen zu den nicht immer ausreichend angemessenen institutionellen Lehrkonzepten. Eine zentrale These ist hierbei, dass die ungewöhnlich intensive Aufmerksamkeit von Autist*innen für ihre Spezialinteressen dafür genutzt werden kann, das Lernen mit fremdgestellten Inhalten zu erleichtern. Darauf aufbauend werden Lösungsansätze diskutiert, welche in einem neuartigen Konzept für ein digitales mehrgerätebasiertes Lernspiel resultieren. Eine wesentliche Herausforderung bei der Konzeption spielbasierten Lernens besteht in der adäquaten Einbindung von Lerninhalten in einen fesselnden narrativen Kontext. Am Beispiel von Übungen zur emotionalen Deutung von Mimik, welche für das Lernen von sozioemotionalen Kompetenzen besonders im Rahmen von Therapiekonzepten bei Autismus Verwendung finden, wird eine angemessene Narration vorgestellt, welche die störungsarme Einbindung dieser sehr speziellen Lerninhalte ermöglicht. Die Effekte der einzelnen Konzeptionselemente werden anhand eines prototypisch entwickelten Lernspiels untersucht. Darauf aufbauend zeigt eine quantitative Studie die gute Akzeptanz und Nutzerfreundlichkeit des Spiels und belegte vor allem die Verständlichkeit der Narration und der Spielelemente. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der minimalinvasiven Untersuchung möglicher Störungen des Spielerlebnisses durch den Wechsel zwischen verschiedenen Endgeräten, für die ein innovatives Messverfahren entwickelt wurde. Im Ergebnis beleuchtet diese Arbeit die Bedeutung und die Grenzen von spielbasierten Ansätzen für autistische Lernende. Ein großer Teil der vorgestellten Konzepte lässt sich auf andersartige Lernszenarien übertragen. Das dafür entwickelte technische Framework zur Realisierung narrativer Lernpfade ist ebenfalls darauf vorbereitet, für weitere Lernszenarien, gerade auch im institutionellen Kontext, Verwendung zu finden. N2 - Institutional education is associated with multifaceted and specific obstacles for autistic learners. This is especially true in the context of inclusion, the relevance of which is given not least by the United Nations Convention on the Rights of Persons with Disabilities. This thesis discusses numerous learning-relevant peculiarities in the context of autism and shows discrepancies with institutional teaching concepts that are not always sufficiently appropriate. A central thesis is that the unusually intense attention of autistic students to their special interests can be used to facilitate learning with foreign content. Based on this, solutions are discussed, which result in an innovative concept for a digital multi-devicebased learning game. A key challenge in designing game-based learning is to adequately integrate learning content into a compelling narrative context. Using the example of exercises for the emotional interpretation of facial expressions, which are used for learning socioemotional competencies especially in the context of therapy concepts for autism, an appropriate narration is presented, which enables the low-disturbance integration of this very specific learning content. The effects of the individual conceptual elements are examined based on a prototypically developed learning game. Based on this, a quantitative study shows the good acceptance and user-friendliness of the game and especially proves the comprehensibility of the narration and the game elements. Another focus is the minimally invasive investigation of possible disturbances of the game experience by switching between different end devices, for which an innovative measurement method was developed. As a result, this work sheds light on the importance and limitations of game-based approaches for autistic learners. A large part of the presented concepts can be transferred to other types of learning scenarios. The technical framework developed for the realization of narrative learning paths is also prepared to be used for other learning scenarios, especially in an institutional context. KW - Autismus KW - Spielbasiertes Lernen KW - Aufmerksamkeit KW - Attention KW - Autism KW - game based learning Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-523725 ER - TY - THES A1 - Weise, Matthias T1 - Auswahl von Selektions- und Manipulationstechniken für Virtual Reality-Anwendungen T1 - Choosing selection and manipulation techniques for Virtual Reality applications N2 - Die stetige Weiterentwicklung von VR-Systemen bietet neue Möglichkeiten der Interaktion mit virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, stellt Entwickelnde von VRAnwendungen aber auch vor neue Herausforderungen. Selektions- und Manipulationstechniken müssen unter Berücksichtigung des Anwendungsszenarios, der Zielgruppe und der zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgabegeräte ausgewählt werden. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Auswahl von passenden Interaktionstechniken zu unterstützen. Hierfür wurde eine repräsentative Menge von Selektions- und Manipulationstechniken untersucht und, unter Berücksichtigung existierender Klassifikationssysteme, eine Taxonomie entwickelt, die die Analyse der Techniken hinsichtlich interaktionsrelevanter Eigenschaften ermöglicht. Auf Basis dieser Taxonomie wurden Techniken ausgewählt, die in einer explorativen Studie verglichen wurden, um Rückschlüsse auf die Dimensionen der Taxonomie zu ziehen und neue Indizien für Vor- und Nachteile der Techniken in spezifischen Anwendungsszenarien zu generieren. Die Ergebnisse der Arbeit münden in eine Webanwendung, die Entwickelnde von VR-Anwendungen gezielt dabei unterstützt, passende Selektions- und Manipulationstechniken für ein Anwendungsszenario auszuwählen, indem Techniken auf Basis der Taxonomie gefiltert und unter Verwendung der Resultate aus der Studie sortiert werden können. N2 - The constant advancement of VR systems offers new possibilities of interaction with virtual objects in three-dimensional space, but also poses new challenges for developers of VR applications. Selection and manipulation techniques have to be chosen in dependence of the application scenario, the users and the available input and output devices. This work contributes to support the selection of suitable interaction techniques. A representative quantity of selection and manipulation techniques has been investigated and a taxonomy has been developed based on existing classification systems which allows the analysis of the techniques with respect to properties relevant for interaction. Based on this taxonomy, techniques were selected and compared in an exploratory study in order to draw conclusions about the dimensions of the taxonomy and to generate new evidence for advantages and disadvantages of the techniques in specific application scenarios. The results of the work lead to a web application, which supports the developer of VR applications in choosing suitable selection and manipulation techniques for an application scenario by filtering techniques based on the taxonomy and sorting them using the results of the study. KW - Virtual Reality KW - Interaktionstechniken KW - Mensch-Computer-Interaktion KW - Virtual Reality KW - interaction techniques KW - human computer interaction Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534586 ER - TY - JOUR A1 - Kreowsky, Philipp A1 - Stabernack, Christian Benno T1 - A full-featured FPGA-based pipelined architecture for SIFT extraction JF - IEEE access : practical research, open solutions / Institute of Electrical and Electronics Engineers N2 - Image feature detection is a key task in computer vision. Scale Invariant Feature Transform (SIFT) is a prevalent and well known algorithm for robust feature detection. However, it is computationally demanding and software implementations are not applicable for real-time performance. In this paper, a versatile and pipelined hardware implementation is proposed, that is capable of computing keypoints and rotation invariant descriptors on-chip. All computations are performed in single precision floating-point format which makes it possible to implement the original algorithm with little alteration. Various rotation resolutions and filter kernel sizes are supported for images of any resolution up to ultra-high definition. For full high definition images, 84 fps can be processed. Ultra high definition images can be processed at 21 fps. KW - Field programmable gate arrays KW - Convolution KW - Signal processing KW - algorithms KW - Kernel KW - Image resolution KW - Histograms KW - Feature extraction KW - Scale-invariant feature transform (SIFT) KW - field-programmable gate array KW - (FPGA) KW - image processing KW - computer vision KW - parallel processing KW - architecture KW - real-time KW - hardware architecture Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3104387 SN - 2169-3536 VL - 9 SP - 128564 EP - 128573 PB - Inst. of Electr. and Electronics Engineers CY - New York, NY ER - TY - THES A1 - Sahlmann, Kristina T1 - Network management with semantic descriptions for interoperability on the Internet of Things T1 - Netzwerk Management mit semantischen Beschreibungen für Interoperabilität im Internet der Dinge N2 - The Internet of Things (IoT) is a system of physical objects that can be discovered, monitored, controlled, or interacted with by electronic devices that communicate over various networking interfaces and eventually can be connected to the wider Internet. [Guinard and Trifa, 2016]. IoT devices are equipped with sensors and/or actuators and may be constrained in terms of memory, computational power, network bandwidth, and energy. Interoperability can help to manage such heterogeneous devices. Interoperability is the ability of different types of systems to work together smoothly. There are four levels of interoperability: physical, network and transport, integration, and data. The data interoperability is subdivided into syntactic and semantic data. Semantic data describes the meaning of data and the common understanding of vocabulary e.g. with the help of dictionaries, taxonomies, ontologies. To achieve interoperability, semantic interoperability is necessary. Many organizations and companies are working on standards and solutions for interoperability in the IoT. However, the commercial solutions produce a vendor lock-in. They focus on centralized approaches such as cloud-based solutions. This thesis proposes a decentralized approach namely Edge Computing. Edge Computing is based on the concepts of mesh networking and distributed processing. This approach has an advantage that information collection and processing are placed closer to the sources of this information. The goals are to reduce traffic, latency, and to be robust against a lossy or failed Internet connection. We see management of IoT devices from the network configuration management perspective. This thesis proposes a framework for network configuration management of heterogeneous, constrained IoT devices by using semantic descriptions for interoperability. The MYNO framework is an acronym for MQTT, YANG, NETCONF and Ontology. The NETCONF protocol is the IETF standard for network configuration management. The MQTT protocol is the de-facto standard in the IoT. We picked up the idea of the NETCONF-MQTT bridge, originally proposed by Scheffler and Bonneß[2017], and extended it with semantic device descriptions. These device descriptions provide a description of the device capabilities. They are based on the oneM2M Base ontology and formalized by the Semantic Web Standards. The novel approach is using a ontology-based device description directly on a constrained device in combination with the MQTT protocol. The bridge was extended in order to query such descriptions. Using a semantic annotation, we achieved that the device capabilities are self-descriptive, machine readable and re-usable. The concept of a Virtual Device was introduced and implemented, based on semantic device descriptions. A Virtual Device aggregates the capabilities of all devices at the edge network and contributes therefore to the scalability. Thus, it is possible to control all devices via a single RPC call. The model-driven NETCONF Web-Client is generated automatically from this YANG model which is generated by the bridge based on the semantic device description. The Web-Client provides a user-friendly interface, offers RPC calls and displays sensor values. We demonstrate the feasibility of this approach in different use cases: sensor and actuator scenarios, as well as event configuration and triggering. The semantic approach results in increased memory overhead. Therefore, we evaluated CBOR and RDF HDT for optimization of ontology-based device descriptions for use on constrained devices. The evaluation shows that CBOR is not suitable for long strings and RDF HDT is a promising candidate but is still a W3C Member Submission. Finally, we used an optimized JSON-LD format for the syntax of the device descriptions. One of the security tasks of network management is the distribution of firmware updates. The MYNO Update Protocol (MUP) was developed and evaluated on constrained devices CC2538dk and 6LoWPAN. The MYNO update process is focused on freshness and authenticity of the firmware. The evaluation shows that it is challenging but feasible to bring the firmware updates to constrained devices using MQTT. As a new requirement for the next MQTT version, we propose to add a slicing feature for the better support of constrained devices. The MQTT broker should slice data to the maximum packet size specified by the device and transfer it slice-by-slice. For the performance and scalability evaluation of MYNO framework, we setup the High Precision Agriculture demonstrator with 10 ESP-32 NodeMCU boards at the edge of the network. The ESP-32 NodeMCU boards, connected by WLAN, were equipped with six sensors and two actuators. The performance evaluation shows that the processing of ontology-based descriptions on a Raspberry Pi 3B with the RDFLib is a challenging task regarding computational power. Nevertheless, it is feasible because it must be done only once per device during the discovery process. The MYNO framework was tested with heterogeneous devices such as CC2538dk from Texas Instruments, Arduino Yún Rev 3, and ESP-32 NodeMCU, and IP-based networks such as 6LoWPAN and WLAN. Summarizing, with the MYNO framework we could show that the semantic approach on constrained devices is feasible in the IoT. N2 - Ein Netzwerk von physischen Objekten (Dingen), die von elektronischen Geräten entdeckt, überwacht und gesteuert werden können, die über verschiedene Netzwerkschnittstellen kommunizieren und schließlich mit dem Internet verbunden werden können, bezeichnet man als Internet of Things (Internet der Dinge, IoT) [Guinard und Trifa, 2016]. Die elektronischen Geräte sind mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattet und verfügen oft nur über begrenzte Rechenressourcen wie Leistung, Speicher, Netzwerkbandbreite und Energie. Interoperabilität ist die Fähigkeit verschiedener Systemtypen reibungslos zusammenzuarbeiten und kann helfen, heterogenen Geräte im IoT zu verwalten. Die Semantische Interoperabilität stellt sicher, dass die Bedeutung von Daten und das gemeinsame Verständnis des Vokabulars zwischen den Systemen vorhanden ist. Viele Organisationen und Unternehmen arbeiten an Standards und Lösungen für die Interoperabilität im IoT, bieten aber nur Insellösungen an. Die kommerziellen Lösungen führen jedoch zu einer Lieferantenbindung. Sie konzentrieren sich auf zentralisierte Ansätze wie Cloud-basierte Lösungen. Wir verfolgen einen dezentralen Ansatz, nämlich Edge Computing, und sehen die Verwaltung von IoT-Geräten aus der Perspektive des Netzwerkkonfigurationsmanagements. In dieser Arbeit wird ein Framework für das Netzwerkkonfigurationsmanagement heterogener IoT-Geräte mit begrenzten Rechenressourcen unter Verwendung semantischer Beschreibungen für die Interoperabilität vorgestellt. Das MYNO-Framework steht für die verwendeten Technologien MQTT, YANG, NETCONF und Ontologie. Das NETCONF-Protokoll ist der IETF-Standard für das Netzwerkkonfigurations-management und verwendet YANG als Datenmodellierungssprache. Das MQTT-Protokoll ist der De-facto-Standard im IoT. Die semantischen Beschreibungen enthalten eine detaillierte Liste der Gerätefunktionen. Sie basieren auf der oneM2M Base-Ontologie und verwenden Semantic Web Standards. Das Konzept eines Virtuellen Geräts wurde basierend auf den semantischen Gerätebeschreibungen eingeführt und implementiert. Der modellgesteuerte NETCONF Web-Client wird automatisch auf Basis von YANG generiert, das auf Basis der semantischen Gerätebeschreibung erstellt wird. Wir demonstrieren die Machbarkeit des MYNO Ansatzes in verschiedenen Anwendungsfällen: Sensor- und Aktuator-Szenarien sowie Ereigniskonfiguration und -auslösung. Eine der Sicherheitsaufgaben des Netzwerkmanagements ist die Verteilung von Firmware-Updates. Das MYNO Update Protocol (MUP) wurde auf den Geräten CC2538dk und 6LoWPAN Netzwerk entwickelt und evaluiert. Für die Bewertung der Leistung und Skalierbarkeit des MYNO-Frameworks wurde ein Precision Agriculture Demonstrator mit 10 ESP-32 NodeMCU Geräten eingerichtet. Zusammenfassend konnten wir mit dem MYNO-Framework zeigen, dass der semantische Ansatz für Geräte mit limitierten Rechenressourcen im Internet of Things machbar ist. KW - Internet of Things KW - Network Management KW - MQTT KW - Ontology KW - Interoperability KW - Netzwerk Management KW - Interoperabilität KW - Sensornetzwerke KW - Ontologie KW - 6LoWPAN KW - Semantic Web KW - IoT KW - NETCONF KW - oneM2M Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-529846 ER - TY - THES A1 - Grum, Marcus T1 - Construction of a concept of neuronal modeling N2 - The business problem of having inefficient processes, imprecise process analyses, and simulations as well as non-transparent artificial neuronal network models can be overcome by an easy-to-use modeling concept. With the aim of developing a flexible and efficient approach to modeling, simulating, and optimizing processes, this paper proposes a flexible Concept of Neuronal Modeling (CoNM). The modeling concept, which is described by the modeling language designed and its mathematical formulation and is connected to a technical substantiation, is based on a collection of novel sub-artifacts. As these have been implemented as a computational model, the set of CoNM tools carries out novel kinds of Neuronal Process Modeling (NPM), Neuronal Process Simulations (NPS), and Neuronal Process Optimizations (NPO). The efficacy of the designed artifacts was demonstrated rigorously by means of six experiments and a simulator of real industrial production processes. N2 - Die vorliegende Arbeit addressiert das Geschäftsproblem von ineffizienten Prozessen, unpräzisen Prozessanalysen und -simulationen sowie untransparenten künstlichen neuronalen Netzwerken, indem ein Modellierungskonzept zum Neuronalen Modellieren konstruiert wird. Dieses neuartige Konzept des Neuronalen Modellierens (CoNM) fungiert als flexibler und effizienter Ansatz zum Modellieren, Simulieren und Optimieren von Prozessen mit Hilfe von neuronalen Netzwerken und wird mittels einer Modellierungssprache, dessen mathematischen Formalisierung und technischen Substanziierung sowie einer Sammlung von neuartigen Subartefakten beschrieben. In der Verwendung derer Implementierung als CoNM-Werkzeuge können somit neue Arten einer Neuronalen-Prozess-Modellierung (NPM), Neuronalen-Prozess-Simulation (NPS) sowie Neuronalen-Prozess-Optimierung (NPO) realisiert werden. Die Wirksamkeit der erstellten Artefakte wurde anhand von sechs Experimenten demonstriert sowie in einem Simulator in realen Produktionsprozessen gezeigt. T2 - Konzept des Neuronalen Modellierens KW - Deep Learning KW - Artificial Neuronal Network KW - Explainability KW - Interpretability KW - Business Process KW - Simulation KW - Optimization KW - Knowledge Management KW - Process Management KW - Modeling KW - Process KW - Knowledge KW - Learning KW - Enterprise Architecture KW - Industry 4.0 KW - Künstliche Neuronale Netzwerke KW - Erklärbarkeit KW - Interpretierbarkeit KW - Geschäftsprozess KW - Simulation KW - Optimierung KW - Wissensmanagement KW - Prozessmanagement KW - Modellierung KW - Prozess KW - Wissen KW - Lernen KW - Enterprise Architecture KW - Industrie 4.0 Y1 - 2021 ER - TY - JOUR A1 - Bauer, Chris A1 - Herwig, Ralf A1 - Lienhard, Matthias A1 - Prasse, Paul A1 - Scheffer, Tobias A1 - Schuchhardt, Johannes T1 - Large-scale literature mining to assess the relation between anti-cancer drugs and cancer types JF - Journal of translational medicine N2 - Background: There is a huge body of scientific literature describing the relation between tumor types and anti-cancer drugs. The vast amount of scientific literature makes it impossible for researchers and physicians to extract all relevant information manually. Methods: In order to cope with the large amount of literature we applied an automated text mining approach to assess the relations between 30 most frequent cancer types and 270 anti-cancer drugs. We applied two different approaches, a classical text mining based on named entity recognition and an AI-based approach employing word embeddings. The consistency of literature mining results was validated with 3 independent methods: first, using data from FDA approvals, second, using experimentally measured IC-50 cell line data and third, using clinical patient survival data. Results: We demonstrated that the automated text mining was able to successfully assess the relation between cancer types and anti-cancer drugs. All validation methods showed a good correspondence between the results from literature mining and independent confirmatory approaches. The relation between most frequent cancer types and drugs employed for their treatment were visualized in a large heatmap. All results are accessible in an interactive web-based knowledge base using the following link: . Conclusions: Our approach is able to assess the relations between compounds and cancer types in an automated manner. Both, cancer types and compounds could be grouped into different clusters. Researchers can use the interactive knowledge base to inspect the presented results and follow their own research questions, for example the identification of novel indication areas for known drugs. KW - Literature mining KW - Anti-cancer drugs KW - Tumor types KW - Word embeddings KW - Database Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1186/s12967-021-02941-z SN - 1479-5876 VL - 19 IS - 1 PB - BioMed Central CY - London ER -