TY  - THES
A1  - Abdelwahab Hussein Abdelwahab Elsayed, Ahmed
T1  - Probabilistic, deep, and metric learning for biometric identification from eye movements
N2  - A central insight from psychological studies on human eye movements is that eye movement patterns are highly individually characteristic. They can, therefore, be used as a biometric feature, that is, subjects can be identified based on their eye movements. This thesis introduces new machine learning methods to identify subjects based on their eye movements while viewing arbitrary content. The thesis focuses on probabilistic modeling of the problem, which has yielded the best results in the most recent literature. The thesis studies the problem in three phases by proposing a purely probabilistic, probabilistic deep learning, and probabilistic deep metric learning approach. In the first phase, the thesis studies models that rely on psychological concepts about eye movements. Recent literature illustrates that individual-specific distributions of gaze patterns can be used to accurately identify individuals. In these studies, models were based on a simple parametric family of distributions. Such simple parametric models can be robustly estimated from sparse data, but have limited flexibility to capture the differences between individuals. Therefore, this thesis proposes a semiparametric model of gaze patterns that is flexible yet robust for individual identification. These patterns can be understood as domain knowledge derived from psychological literature. Fixations and saccades are examples of simple gaze patterns. The proposed semiparametric densities are drawn under a Gaussian process prior centered at a simple parametric distribution. Thus, the model will stay close to the parametric class of densities if little data is available, but it can also deviate from this class if enough data is available, increasing the flexibility of the model. The proposed method is evaluated on a large-scale dataset, showing significant improvements over the state-of-the-art. Later, the thesis replaces the model based on gaze patterns derived from psychological concepts with a deep neural network that can learn more informative and complex patterns from raw eye movement data. As previous work has shown that the distribution of these patterns across a sequence is informative, a novel statistical aggregation layer called the quantile layer is introduced. It explicitly fits the distribution of deep patterns learned directly from the raw eye movement data. The proposed deep learning approach is end-to-end learnable, such that the deep model learns to extract informative, short local patterns while the quantile layer learns to approximate the distributions of these patterns. Quantile layers are a generic approach that can converge to standard pooling layers or have a more detailed description of the features being pooled, depending on the problem. The proposed model is evaluated in a large-scale study using the eye movements of subjects viewing arbitrary visual input. The model improves upon the standard pooling layers and other statistical aggregation layers proposed in the literature. It also improves upon the state-of-the-art eye movement biometrics by a wide margin. Finally, for the model to identify any subject — not just the set of subjects it is trained on — a metric learning approach is developed. Metric learning learns a distance function over instances. The metric learning model maps the instances into a metric space, where sequences of the same individual are close, and sequences of different individuals are further apart. This thesis introduces a deep metric learning approach with distributional embeddings. The approach represents sequences as a set of continuous distributions in a metric space; to achieve this, a new loss function based on Wasserstein distances is introduced. The proposed method is evaluated on multiple domains besides eye movement biometrics. This approach outperforms the state of the art in deep metric learning in several domains while also outperforming the state of the art in eye movement biometrics.
N2  - Die Art und Weise, wie wir unsere Augen bewegen, ist individuell charakteristisch. Augenbewegungen können daher zur biometrischen Identifikation verwendet werden. Die Dissertation stellt neuartige Methoden des maschinellen Lernens zur Identifzierung von Probanden anhand ihrer Blickbewegungen während des Betrachtens beliebiger visueller Inhalte vor. Die Arbeit konzentriert sich auf die probabilistische Modellierung des Problems, da dies die besten Ergebnisse in der aktuellsten Literatur liefert. Die Arbeit untersucht das Problem in drei Phasen.
In der ersten Phase stützt sich die Arbeit bei der Entwicklung eines probabilistischen Modells auf Wissen über Blickbewegungen aus der psychologischen Literatur. Existierende Studien haben gezeigt, dass die individuelle Verteilung von Blickbewegungsmustern verwendet werden kann, um Individuen genau zu identifizieren. Existierende probabilistische Modelle verwenden feste Verteilungsfamilien in Form von parametrischen Modellen, um diese Verteilungen zu approximieren. Die Verwendung solcher einfacher Verteilungsfamilien hat den Vorteil, dass sie robuste Verteilungsschätzungen auch auf kleinen Mengen von Beobachtungen ermöglicht. Ihre Flexibilität, Unterschiede zwischen Personen zu erfassen, ist jedoch begrenzt. Die Arbeit schlägt daher eine semiparametrische Modellierung der Blickmuster vor, die flexibel und dennoch robust individuelle Verteilungen von Blickbewegungsmustern schätzen kann. Die modellierten Blickmuster können als Domänenwissen verstanden werden, das aus der psychologischen Literatur abgeleitet ist. Beispielsweise werden Verteilungen über Fixationsdauern und Sprungweiten (Sakkaden) bei bestimmten Vor- und Rücksprüngen innerhalb des Textes modelliert. Das semiparametrische Modell bleibt nahe des parametrischen Modells, wenn nur wenige Daten verfügbar sind, kann jedoch auch vom parametrischen Modell abweichen, wenn genügend Daten verfügbar sind, wodurch die Flexibilität erhöht wird. Die Methode wird auf einem großen Datenbestand evaluiert und zeigt eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik der Forschung zur biometrischen Identifikation aus Blickbewegungen.
Später ersetzt die Dissertation die zuvor untersuchten aus der psychologischen Literatur abgeleiteten Blickmuster durch ein auf tiefen neuronalen Netzen basierendes Modell, das aus den Rohdaten der Augenbewegungen informativere komplexe Muster lernen kann. Tiefe neuronale Netze sind eine Technik des maschinellen Lernens, bei der in komplexen, mehrschichtigen Modellen schrittweise abstraktere Merkmale aus Rohdaten extrahiert werden. Da frühere Arbeiten gezeigt haben, dass die Verteilung von Blickbewegungsmustern innerhalb einer Blickbewegungssequenz informativ ist, wird eine neue Aggrgationsschicht für tiefe neuronale Netze eingeführt, die explizit die Verteilung der gelernten Muster schätzt. Die vorgeschlagene Aggregationsschicht für tiefe neuronale Netze ist nicht auf die Modellierung von Blickbewegungen beschränkt, sondern kann als Verallgemeinerung von existierenden einfacheren Aggregationsschichten in beliebigen Anwendungen eingesetzt werden. Das vorgeschlagene Modell wird in einer umfangreichen Studie unter Verwendung von Augenbewegungen von Probanden evaluiert, die Videomaterial unterschiedlichen Inhalts und unterschiedlicher Länge betrachten. Das Modell verbessert die Identifikationsgenauigkeit im Vergleich zu tiefen neuronalen Netzen mit Standardaggregationsschichten und existierenden probabilistischen Modellen zur Identifikation aus Blickbewegungen.
Damit das Modell zum Anwendungszeitpunkt beliebige Probanden identifizieren kann, und nicht nur diejenigen Probanden, mit deren Daten es trainiert wurde, wird ein metrischer Lernansatz entwickelt. Beim metrischen Lernen lernt das Modell eine Funktion, mit der die Ähnlichkeit zwischen Blickbewegungssequenzen geschätzt werden kann. Das metrische Lernen bildet die Instanzen in einen neuen Raum ab, in dem Sequenzen desselben Individuums nahe beieinander liegen und Sequenzen verschiedener Individuen weiter voneinander entfernt sind. Die Dissertation stellt einen neuen metrischen Lernansatz auf Basis tiefer neuronaler Netze vor. Der Ansatz repäsentiert eine Sequenz in einem metrischen Raum durch eine Menge von Verteilungen. Das vorgeschlagene Verfahren ist nicht spezifisch für die Blickbewegungsmodellierung, und wird in unterschiedlichen Anwendungsproblemen empirisch evaluiert. Das Verfahren führt zu genaueren Modellen im Vergleich zu existierenden metrischen Lernverfahren und existierenden Modellen zur Identifikation aus Blickbewegungen.
KW  - probabilistic deep metric learning
KW  - probabilistic deep learning
KW  - biometrics
KW  - eye movements
KW  - biometrische Identifikation
KW  - Augenbewegungen
KW  - probabilistische tiefe neuronale Netze
KW  - probabilistisches tiefes metrisches Lernen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-467980
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Abke, Jörg
A1  - Schwirtlich, Vincent
A1  - Sedelmaier, Yvonne
T1  - Kompetenzförderung im Software Engineering durch ein mehrstufiges Lehrkonzept im Studiengang Mechatronik
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Dieser Beitrag stellt das Lehr-Lern-Konzept zur Kompetenzförderung im Software Engineering im Studiengang Mechatronik der Hochschule Aschaffenburg dar. Dieses Konzept ist mehrstufig mit Vorlesungs-, Seminar- und Projektsequenzen. Dabei werden Herausforderungen und Verbesserungspotentiale identifiziert und dargestellt. Abschließend wird ein Überblick gegeben, wie im Rahmen eines gerade gestarteten Forschungsprojektes Lehr-Lernkonzepte weiterentwickelt werden können.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64899
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 79
EP  - 84
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Afantenos, Stergos
A1  - Peldszus, Andreas
A1  - Stede, Manfred
T1  - Comparing decoding mechanisms for parsing argumentative structures
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Parsing of argumentative structures has become a very active line of research in recent years. Like discourse parsing or any other natural language task that requires prediction of linguistic structures, most approaches choose to learn a local model and then perform global decoding over the local probability distributions, often imposing constraints that are specific to the task at hand. Specifically for argumentation parsing, two decoding approaches have been recently proposed: Minimum Spanning Trees (MST) and Integer Linear Programming (ILP), following similar trends in discourse parsing. In contrast to discourse parsing though, where trees are not always used as underlying annotation schemes, argumentation structures so far have always been represented with trees. Using the 'argumentative microtext corpus' [in: Argumentation and Reasoned Action: Proceedings of the 1st European Conference on Argumentation, Lisbon 2015 / Vol. 2, College Publications, London, 2016, pp. 801-815] as underlying data and replicating three different decoding mechanisms, in this paper we propose a novel ILP decoder and an extension to our earlier MST work, and then thoroughly compare the approaches. The result is that our new decoder outperforms related work in important respects, and that in general, ILP and MST yield very similar performance.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1062 
KW  - argumentation structure
KW  - argument mining
KW  - parsing
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470527
SN  - 1866-8372
IS  - 1062
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  - THES
A1  - Ahmad, Nadeem
T1  - People centered HMI’s for deaf and functionally illiterate users
T1  - Menschen zentrierte Mensch-Maschine-Schnittstellen für Schwerhörige und ungeschulte Anwender
N2  - The objective and motivation behind this research is to provide applications with easy-to-use interfaces to communities of deaf and functionally illiterate users, which enables them to work without any human assistance. Although recent years have witnessed technological advancements, the availability of technology does not ensure accessibility to information and communication technologies (ICT). Extensive use of text from menus to document contents means that deaf or functionally illiterate can not access services implemented on most computer software. Consequently, most existing computer applications pose an accessibility barrier to those who are unable to read fluently. Online technologies intended for such groups should be developed in continuous partnership with primary users and include a thorough investigation into their limitations, requirements and usability barriers. In this research, I investigated existing tools in voice, web and other multimedia technologies to identify learning gaps and explored ways to enhance the information literacy for deaf and functionally illiterate users. I worked on the development of user-centered interfaces to increase the capabilities of deaf and low literacy users by enhancing lexical resources and by evaluating several multimedia interfaces for them. The interface of the platform-independent Italian Sign Language (LIS) Dictionary has been developed to enhance the lexical resources for deaf users. The Sign Language Dictionary accepts Italian lemmas as input and provides their representation in the Italian Sign Language as output. The Sign Language dictionary has 3082 signs as set of Avatar animations in which each sign is linked to a corresponding Italian lemma. I integrated the LIS lexical resources with MultiWordNet (MWN) database to form the first LIS MultiWordNet(LMWN). LMWN contains information about lexical relations between words, semantic relations between lexical concepts (synsets), correspondences between Italian and sign language lexical concepts and semantic fields (domains). The approach enhances the deaf users’ understanding of written Italian language and shows that a relatively small set of lexicon can cover a significant portion of MWN. Integration of LIS signs with MWN made it useful tool for computational linguistics and natural language processing. The rule-based translation process from written Italian text to LIS has been transformed into service-oriented system. The translation process is composed of various modules including parser, semantic interpreter, generator, and spatial allocation planner. This translation procedure has been implemented in the Java Application Building Center (jABC), which is a framework for extreme model driven design (XMDD). The XMDD approach focuses on bringing software development closer to conceptual design, so that the functionality of a software solution could be understood by someone who is unfamiliar with programming concepts. The transformation addresses the heterogeneity challenge and enhances the re-usability of the system. For enhancing the e-participation of functionally illiterate users, two detailed studies were conducted in the Republic of Rwanda. In the first study, the traditional (textual) interface was compared with the virtual character-based interactive interface. The study helped to identify usability barriers and users evaluated these interfaces according to three fundamental areas of usability, i.e. effectiveness, efficiency and satisfaction. In another study, we developed four different interfaces to analyze the usability and effects of online assistance (consistent help) for functionally illiterate users and compared different help modes including textual, vocal and virtual character on the performance of semi-literate users. In our newly designed interfaces the instructions were automatically translated in Swahili language. All the interfaces were evaluated on the basis of task accomplishment, time consumption, System Usability Scale (SUS) rating and number of times the help was acquired. The results show that the performance of semi-literate users improved significantly when using the online assistance. The dissertation thus introduces a new development approach in which virtual characters are used as additional support for barely literate or naturally challenged users. Such components enhanced the application utility by offering a variety of services like translating contents in local language, providing additional vocal information, and performing automatic translation from text to sign language. Obviously, there is no such thing as one design solution that fits for all in the underlying domain. Context sensitivity, literacy and mental abilities are key factors on which I concentrated and the results emphasize that computer interfaces must be based on a thoughtful definition of target groups, purposes and objectives.
N2  - Das Ziel und die Motivation hinter dieser Forschungsarbeit ist es, Anwendungen mit benutzerfreundlichen Schnittstellen für Gehörlose und Analphabeten bereitzustellen, welche es ihnen ermöglichen ohne jede menschliche Unterstützung zu arbeiten. Obwohl es in den letzten Jahren technologische Fortschritte gab, garantiert allein die Verfügbarkeit von Technik nicht automatisch die Zugänglichkeit zu Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Umfangreiche Verwendung von Texten in Menüs bis hin zu Dokumenten führen dazu, dass Gehörlose und funktionale Analphabeten auf diese Dienste, die auf Computersystemen existieren, nicht zugreifen können. Folglich stellen die meisten bestehenden EDV-Anwendungen für diejenigen eine Hürde dar, die nicht fließend lesen können. Onlinetechnologien für solche Art von Gruppen sollten in kontinuierlichem Austausch mit den Hauptnutzern entwickelt werden und gründliche Untersuchung ihrer Einschränkungen, Anforderungen und Nutzungsbarrieren beinhalten. In dieser Forschungsarbeit untersuche ich vorhandene Tools im Bereich von Sprach-, Web- und anderen Multimedia-Technologien, um Lernlücken zu identifizieren und Wege zu erforschen, welche die Informationsalphabetisierung für Gehörlose und Analphabeten erweitert. Ich arbeitete an der Entwicklung einer nutzerzentrierten Schnittstelle, um die Fähigkeiten von Gehörlosen und Nutzern mit schlechter Alphabetisierung durch Verbesserung der lexikalischen Ressourcen und durch Auswertung mehrerer Multimediaschnittstellen zu erhöhen. Die Schnittstelle des plattformunabhängigen, italienischen Gebärdensprachen (LIS) Wörterbuches wurde entwickelt, um die lexikalischen Quellen für gehörlose Anwender zu verbessern. Ich integriere die LIS-lexikalischen Ressourcen mit der MultiWordNet (MWN)-Datenbank, um das erste LIS MultiWordNet (LMWN) zu bilden. LMWN enthält Informationen über lexikalische Beziehungen zwischen Wörtern, semantische Beziehungen zwischen lexikalischen Konzepten (Synsets), Gemeinsamkeiten zwischen italienischer und Gebärdensprache-lexikalischen Konzepten und semantischen Feldern (Domänen). Der Ansatz erhöht das Verständnis der tauben Nutzer geschriebene, italienischen Sprache zu verstehen und zeigt, dass ein relativ kleiner Satz an Lexika den wesentlichen Teil der MWN abdecken kann. Die Integration von LIS-Zeichen mit MWN machte es zu einem nützlichen Werkzeug für Linguistik und Sprachverarbeitung. Der regelbasierte Übersetzungsprozess von geschriebenem, italienischem Text zu LIS wurde in ein Service-orientiertes System überführt. Der Übersetzungsprozess besteht aus verschiedenen Modulen, einschließlich einem Parser, einem semantischen Interpreter, einem Generator und einem räumlichen Zuordnungs-Planer. Diese Übersetzungsprozedur wurde im Java Application Building Center (jABC) implementiert, welches ein Framework für das eXtrem Model Driven Design (XMDD) ist. Der XMDD-Ansatz konzentriert sich darauf die Softwareentwicklung näher zum konzeptionellen Design zu bringen, sodass die Funktionalität einer Softwarelösung von jemandem verstanden werden kann, der mit Programmierkonzepten unvertraut ist. Die Transformation richtet sich an die heterogene Herausforderung und verbessert die Wiederverwendbarkeit des Systems. Zur Verbesserung der E-Partizipation der funktionalen Analphabeten wurden zwei detaillierte Studien in der Republik Ruanda durchgeführt. In der ersten Studie wurde die traditionelle, textuelle Schnittstelle mit der virtuellen, charakterbasierten, interaktiven Schnittstelle verglichen. Diese Studie hat dazu beigetragen Barrieren der Benutzerfreundlichkeit zu identifizieren. Anwender evaluierten die Schnittstellen bezüglich drei grundlegender Bereiche der Benutzerfreundlichkeit: Effektivität, Effizienz und Zufriedenstellung bei der Problemlösung. In einer anderen Studie entwickelten wir vier verschiedene Schnittstellen, um die Benutzerfreundlichkeit und die Effekte der Online-Hilfe (konsequente Hilfe) für funktionale Analphabeten zu analysieren und verglichen verschiedene Hilfsmodi (einschließlich zusätzlicher Textinformationen, Audio-Unterstützung und mit Hilfe eines virtuellen Charakters) bezüglich der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von teilweisen Analphabeten, um ihre Zielstellung zu erreichen. In unseren neu gestalteten Schnittstellen wurden Anweisungen automatisch in die Swahili Sprache übersetzt. Alle Schnittstellen wurden auf der Grundlage der Aufgabenbewältigung, des Zeitaufwands, der System Usability Scale (SUS) Rate und der Anzahl der Hilfegesuche bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Leistungsfähigkeit der teilweisen Analphabeten bei Nutzung der Online-Hilfe signifikant verbessert wurde. Diese Dissertation stellt somit einen neuen Entwicklungsansatz dar, bei welchem virtuelle Charaktere als zusätzliche Unterstützung genutzt werden, um Nutzer, die kaum lesen können oder sonstig eingeschränkt sind, zu unterstützen. Solche Komponenten erweitern die Anwendungsnutzbarkeit indem sie eine Vielzahl von Diensten wie das Übersetzen von Inhalten in eine Landessprache, das Bereitstellen von zusätzlichen akustisch, gesprochenen Informationen und die Durchführung einer automatischen Übersetzung von Text in Gebärdensprache bereitstellen. Offensichtlich gibt ist keine One Design-Lösung, die für alle zugrundeliegenden Domänen passt. Kontextsensitivität, Alphabetisierung und geistigen Fähigkeiten sind Schlüsselfaktoren, auf welche ich mich konzentriere. Die Ergebnisse unterstreichen, dass Computerschnittstellen auf einer exakten Definition der Zielgruppen, dem Zweck und den Zielen basieren müssen.
KW  - Mensch-Computer-Interaktion
KW  - assistive Technologien
KW  - HCI
KW  - user interfaces
KW  - sign language
KW  - online assistance
KW  - assistive technologies
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70391
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Al Laban, Firas
A1  - Reger, Martin
A1  - Lucke, Ulrike
T1  - Closing the Policy Gap in the Academic Bridge
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - The highly structured nature of the educational sector demands effective policy mechanisms close to the needs of the field. That is why evidence-based policy making, endorsed by the European Commission under Erasmus+ Key Action 3, aims to make an alignment between the domains of policy and practice. Against this background, this article addresses two issues: First, that there is a vertical gap in the translation of higher-level policies to local strategies and regulations. Second, that there is a horizontal gap between educational domains regarding the policy awareness of individual players. This was analyzed in quantitative and qualitative studies with domain experts from the fields of virtual mobility and teacher training. From our findings, we argue that the combination of both gaps puts the academic bridge from secondary to tertiary education at risk, including the associated knowledge proficiency levels. We discuss the role of digitalization in the academic bridge by asking the question: which value does the involved stakeholders expect from educational policies? As a theoretical basis, we rely on the model of value co-creation for and by stakeholders. We describe the used instruments along with the obtained results and proposed benefits. Moreover, we reflect on the methodology applied, and we finally derive recommendations for future academic bridge policies.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1310 
KW  - policy evaluation
KW  - higher education
KW  - virtual mobility
KW  - teacher training
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583572
SN  - 1866-8372
IS  - 1310
ER  - 
TY  - THES
A1  - Al-Areqi, Samih Taha Mohammed
T1  - Semantics-based automatic geospatial service composition
T1  - Semantikbasierte automatische Komposition von GIS-Diensten
N2  - Although it has become common practice to build applications based on the reuse of existing components or services, technical complexity and semantic challenges constitute barriers to ensuring a successful and wide reuse of components and services. In the geospatial application domain, the barriers are self-evident due to heterogeneous geographic data, a lack of interoperability and complex analysis processes.
Constructing workflows manually and discovering proper services and data that match user intents and preferences is difficult and time-consuming especially for users who are not trained in software development. Furthermore, considering the multi-objective nature of environmental modeling for the assessment of climate change impacts and the various types of geospatial data (e.g., formats, scales, and georeferencing systems) increases the complexity challenges.
Automatic service composition approaches that provide semantics-based assistance in the process of workflow design have proven to be a solution to overcome these challenges and have become a frequent demand especially by end users who are not IT experts. In this light, the major contributions of this thesis are:
(i) Simplification of service reuse and workflow design of applications for climate impact analysis by following the eXtreme Model-Driven Development (XMDD) paradigm.
(ii) Design of a semantic domain model for climate impact analysis applications that comprises specifically designed services, ontologies that provide domain-specific vocabulary for referring to types and services, and the input/output annotation of the services using the terms defined in the ontologies.
(iii) Application of a constraint-driven method for the automatic composition of workflows for analyzing the impacts of sea-level rise. The application scenario demonstrates the impact of domain modeling decisions on the results and the performance of the synthesis algorithm.
N2  - Obwohl es gängige Praxis geworden ist, Anwendungen basierend auf der Wiederverwendung von existierenden Komponenten oder Diensten zu bauen, stellen technische Komplexität und semantische Herausforderungen Hindernisse beim Sicherstellen einer erfolgreichen und breiten Wiederverwendungen von Komponenten und Diensten. In der geowissenschaftlichen Anwendungsdomäne sind die Hindernisse durch heterogene geografische Daten, fehlende Interoperabilität und komplexe Analyseprozessen besonders offensichtlich.
Workflows manuell zu konstruieren und passende Dienste und Daten zu finden, welche die Nutzerabsichten und -präferenzen abdecken, ist schwierig und zeitaufwändig besonders für Nutzer, die nicht in der Softwareentwicklung ausgebildet sind. Zudem erhöhen die verschiedenen Zielrichtungen der Umweltmodellierung für die Bewertung der Auswirkungen von Klimaänderungen und die unterschiedlichen Typen geografischer Daten (z.B. Formate, Skalierungen, und Georeferenzsysteme) die Komplexität.
Automatische Dienstkompositionsansätze, die Semantik-basierte Unterstützung im Prozess des Workflowdesigns zur Verfügung stellen, haben bewiesen eine Lösung zur Bewältigung dieser Herausforderungen zu sein und sind besonders von Endnutzern, die keine IT-Experten sind, eine häufige Forderung geworden. Unter diesem Gesichtspunkt sind die Hauptbeiträge dieser Doktorarbeit:
I. Vereinfachung der Wiederverwendung von Diensten und des Workflowdesigns von Klimafolgenanalysen durch Anwendung des Paradigma des eXtreme Model-Driven Development (XMDD)
II. Design eines semantischen Domänenmodells für Anwendungen der Klimafolgenanalysen, welches speziell entwickelte Dienste, Ontologien (die domänen-spezifisches Vokabular zur Verfügung stellen, um Typen und Dienste zu beschreiben), und Eingabe-/Ausgabe-Annotationen der Dienste (unter Verwendung von Begriffen, die in den Ontologien definiert sind) enthält.
III. Anwendungen einer Constraint-getriebenen Methode für die automatische Komposition von Workflows zum Analysieren der Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs. Das Anwendungsszenario demonstriert die Auswirkung von Domänenmodellierungsentscheidungen auf die Ergebnisse und die Laufzeit des Synthesealgorithmus.
KW  - geospatial services
KW  - service composition
KW  - scientific workflows
KW  - semantic domain modeling
KW  - ontologies
KW  - climate impact analysis
KW  - GIS-Dienstkomposition
KW  - Wissenschaftlichesworkflows
KW  - semantische Domänenmodellierung
KW  - Ontologien
KW  - Klimafolgenanalyse
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402616
ER  - 
TY  - THES
A1  - Al-Saffar, Loay Talib Ahmed
T1  - Analysing prerequisites, expectations, apprehensions, and attitudes of university students studying Computer science
T1  - Analyse von Voraussetzungen, Erwartungen, Haltungen, Einstellungen und Befürchtungen von Bachelor-Studierenden der Informatik
N2  - The main objective of this dissertation is to analyse prerequisites, expectations, apprehensions, and attitudes of students studying computer science, who are willing to gain a bachelor degree. The research will also investigate in the students’ learning style according to the Felder-Silverman model. These investigations fall in the attempt to make an impact on reducing the “dropout”/shrinkage rate among students, and to suggest a better learning environment. 
The first investigation starts with a survey that has been made at the computer science department at the University of Baghdad to investigate the attitudes of computer science students in an environment dominated by women, showing the differences in attitudes between male and female students in different study years. Students are accepted to university studies via a centrally controlled admission procedure depending mainly on their final score at school. This leads to a high percentage of students studying subjects they do not want. Our analysis shows that 75% of the female students do not regret studying computer science although it was not their first choice. And according to statistics over previous years, women manage to succeed in their study and often graduate on top of their class. We finish with a comparison of attitudes between the freshman students of two different cultures and two different university enrolment procedures (University of Baghdad, in Iraq, and the University of Potsdam, in Germany) both with opposite gender majority.  
The second step of investigation took place at the department of computer science at the University of Potsdam in Germany and analyzes the learning styles of students studying the three major fields of study offered by the department (computer science, business informatics, and computer science teaching). Investigating the differences in learning styles between the students of those study fields who usually take some joint courses is important to be aware of which changes are necessary to be adopted in the teaching methods to address those different students. It was a two stage study using two questionnaires; the main one is based on the Index of Learning Styles Questionnaire of B. A. Solomon and R. M. Felder, and the second questionnaire was an investigation on the students’ attitudes towards the findings of their personal first questionnaire. Our analysis shows differences in the preferences of learning style between male and female students of the different study fields, as well as differences between students with the different specialties (computer science, business informatics, and computer science teaching). 
The third investigation looks closely into the difficulties, issues, apprehensions and expectations of freshman students studying computer science. The study took place at the computer science department at the University of Potsdam with a volunteer sample of students. The goal is to determine and discuss the difficulties and issues that they are facing in their study that may lead them to think in dropping-out, changing the study field, or changing the university.  The research continued with the same sample of students (with business informatics students being the majority) through more than three semesters. Difficulties and issues during the study were documented, as well as students’ attitudes, apprehensions, and expectations.  Some of the professors and lecturers opinions and solutions to some students’ problems were also documented. Many participants had apprehensions and difficulties, especially towards informatics subjects. Some business informatics participants began to think of changing the university, in particular when they reached their third semester, others thought about changing their field of study. Till the end of this research, most of the participants continued in their studies (the study they have started with or the new study they have changed to) without leaving the higher education system.
N2  - Thema der Dissertation ist die Untersuchung von Voraussetzungen, Erwartungen, Haltungen, Einstellungen und Befürchtungen von Bachelor Studierenden der Informatik. Darüber hinaus werden in der vorliegenden Analyse anhand des Solomon/Felder-Modells Lerntypen unter den Informatik-Studierenden untersucht mit dem Ziel, mittels einer vorteilhafter gestalteten Lernumgebung zur Lernwirksamkeit und zur Reduktion der Abbrecherquote beizutragen.
Zunächst werden anhand einer Vergleichsstudie zwischen Informatik-Studierenden an der Universität Bagdad und an der Universität Potsdam sowie jeweils zwischen männlichen und weiblichen Studierenden Unterschiede in der Wahrnehmung des Fachs herausgearbeitet. Hierzu trägt insbesondere das irakische Studienplatzvergabeverfahren bei, das den Studierenden nur wenig Freiheiten lässt, ein Studienfach zu wählen mit dem Ergebnis, dass viele Studierende, darunter überwiegend weibliche Studierende, gegen ihre Absicht Informatik studieren. Dennoch arrangieren sich auch die weiblichen Studierenden mit dem Fach und beenden das Studium oft mit Best-Noten.
Der zweite Teil der Dissertation analysiert Lernstile von Studierenden des Instituts für Informatik der Universität Potsdam auf der Grundlage des Modells von Solomon/Felder mit dem Ziel, Hinweise für eine verbesserte Gestaltung der Lehrveranstaltungen zu gewinnen, die Lernende in der für sie geeigneten Form anspricht. Die Ergebnisse zeigen die Schwierigkeit, dieses Ziel zu erreichen, denn sowohl männliche und weibliche Studierende als auch Studierende von Informatik, Wirtschaftsinformatik und Lehramt Informatik weisen deutliche Unterschiede in den präferierten Lernstilen auf.
In einer dritten qualitativen Studie wurden mit Studierenden von Informatik, Wirtschaftsinformatik und Lehramt Informatik Interviews über einen Zeitraum der ersten drei Studiensemester geführt, um einen detaillierten Einblick in Haltungen, Einstellungen und Erwartungen zum Studium zu gewinnen sowie Probleme zu ermitteln, die möglicherweise zum Abbruch des Studiums oder zum Wechsel des Fachs oder der Universität führen können.
KW  - computer science education
KW  - dropout
KW  - changing the university
KW  - changing the study field
KW  - Computer Science
KW  - business informatics
KW  - study problems
KW  - tutorial section
KW  - higher education
KW  - teachers
KW  - professors
KW  - Informatikvoraussetzungen
KW  - Studentenerwartungen
KW  - Studentenhaltungen
KW  - Universitätseinstellungen
KW  - Bachelorstudierende der Informatik
KW  - Abbrecherquote
KW  - Wirtschaftsinformatik
KW  - Informatik
KW  - Universität Potsdam
KW  - Universität Bagdad
KW  - Probleme in der Studie
KW  - Lehrer
KW  - Professoren
KW  - Theoretischen Vorlesungen
KW  - Programmierung
KW  - Anleitung
KW  - Hochschulsystem
KW  - Informatik-Studiengänge
KW  - Didaktik der Informatik
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98437
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Al-Saffar, Loay Talib Ahmed
T1  - Where girls take the role of boys in CS
BT  - attitudes of CS students in a female-dominated environment
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - A survey has been carried out in the Computer Science (CS) department at the University of Baghdad to investigate the attitudes of CS students in a female dominant environment, showing the differences between male and female students in different academic years. We also compare the attitudes of the freshman students of two different cultures (University of Baghdad, Iraq, and the University of Potsdam).
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65034
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 149
EP  - 154
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andjelkovic, Marko
T1  - A methodology for characterization, modeling and mitigation of single event transient effects in CMOS standard combinational cells
T1  - Eine Methode zur Charakterisierung, Modellierung und Minderung von SET Effekten in kombinierten CMOS-Standardzellen
N2  - With the downscaling of CMOS technologies, the radiation-induced Single Event Transient (SET) effects in combinational logic have become a critical reliability issue for modern integrated circuits (ICs) intended for operation under harsh radiation conditions. The SET pulses generated in combinational logic may propagate through the circuit and eventually result in soft errors. It has thus become an imperative to address the SET effects in the early phases of the radiation-hard IC design. In general, the soft error mitigation solutions should accommodate both static and dynamic measures to ensure the optimal utilization of available resources. An efficient soft-error-aware design should address synergistically three main aspects: (i) characterization and modeling of soft errors, (ii) multi-level soft error mitigation, and (iii) online soft error monitoring. Although significant results have been achieved, the effectiveness of SET characterization methods, accuracy of predictive SET models, and efficiency of SET mitigation measures are still critical issues. Therefore, this work addresses the following topics: (i) Characterization and modeling of SET effects in standard combinational cells, (ii) Static mitigation of SET effects in standard combinational cells, and (iii) Online particle detection, as a support for dynamic soft error mitigation.
Since the standard digital libraries are widely used in the design of radiation-hard ICs, the characterization of SET effects in standard cells and the availability of accurate SET models for the Soft Error Rate (SER) evaluation are the main prerequisites for efficient radiation-hard design. This work introduces an approach for the SPICE-based standard cell characterization with the reduced number of simulations, improved SET models and optimized SET sensitivity database. It has been shown that the inherent similarities in the SET response of logic cells for different input levels can be utilized to reduce the number of required simulations. Based on characterization results, the fitting models for the SET sensitivity metrics (critical charge, generated SET pulse width and propagated SET pulse width) have been developed. The proposed models are based on the principle of superposition, and they express explicitly the dependence of the SET sensitivity of individual combinational cells on design, operating and irradiation parameters. In contrast to the state-of-the-art characterization methodologies which employ extensive look-up tables (LUTs) for storing the simulation results, this work proposes the use of LUTs for storing the fitting coefficients of the SET sensitivity models derived from the characterization results. In that way the amount of characterization data in the SET sensitivity database is reduced significantly.
The initial step in enhancing the robustness of combinational logic is the application of gate-level mitigation techniques. As a result, significant improvement of the overall SER can be achieved with minimum area, delay and power overheads. For the SET mitigation in standard cells, it is essential to employ the techniques that do not require modifying the cell structure. This work introduces the use of decoupling cells for improving the robustness of standard combinational cells. By insertion of two decoupling cells at the output of a target cell, the critical charge of the cell’s output node is increased and the attenuation of short SETs is enhanced. In comparison to the most common gate-level techniques (gate upsizing and gate duplication), the proposed approach provides better SET filtering. However, as there is no single gate-level mitigation technique with optimal performance, a combination of multiple techniques is required. This work introduces a comprehensive characterization of gate-level mitigation techniques aimed to quantify their impact on the SET robustness improvement, as well as introduced area, delay and power overhead per gate. By characterizing the gate-level mitigation techniques together with the standard cells, the required effort in subsequent SER analysis of a target design can be reduced. The characterization database of the hardened standard cells can be utilized as a guideline for selection of the most appropriate mitigation solution for a given design.
As a support for dynamic soft error mitigation techniques, it is important to enable the online detection of energetic particles causing the soft errors. This allows activating the power-greedy fault-tolerant configurations based on N-modular redundancy only at the high radiation levels. To enable such a functionality, it is necessary to monitor both the particle flux and the variation of particle LET, as these two parameters contribute significantly to the system SER. In this work, a particle detection approach based on custom-sized pulse stretching inverters is proposed. Employing the pulse stretching inverters connected in parallel enables to measure the particle flux in terms of the number of detected SETs, while the particle LET variations can be estimated from the distribution of SET pulse widths. This approach requires a purely digital processing logic, in contrast to the standard detectors which require complex mixed-signal processing. Besides the possibility of LET monitoring, additional advantages of the proposed particle detector are low detection latency and power consumption, and immunity to error accumulation.
The results achieved in this thesis can serve as a basis for establishment of an overall soft-error-aware database for a given digital library, and a comprehensive multi-level radiation-hard design flow that can be implemented with the standard IC design tools. The following step will be to evaluate the achieved results with the irradiation experiments.
N2  - Mit der Verkleinerung der Strukturen moderner CMOS-Technologien sind strahlungsinduzierte Single Event Transient (SET)-Effekte in kombinatorischer Logik zu einem kritischen Zuverlässigkeitsproblem in integrierten Schaltkreisen (ICs) geworden, die für den Betrieb unter rauen Strahlungsbedingungen (z. B. im Weltraum) vorgesehen sind. Die in der Kombinationslogik erzeugten SET-Impulse können durch die Schaltungen propagieren und schließlich in Speicherelementen (z.B. Flip-Flops oder Latches) zwischengespeichert werden, was zu sogenannten Soft-Errors  und folglich zu Datenbeschädigungen oder einem Systemausfall führt. Daher ist es in den frühen Phasen des strahlungsharten IC-Designs unerlässlich geworden, die SET-Effekte systematisch anzugehen. Im Allgemeinen sollten die Lösungen zur Minderung von Soft-Errors sowohl statische als auch dynamische Maßnahmen berücksichtigen, um die optimale Nutzung der verfügbaren Ressourcen sicherzustellen. Somit sollte ein effizientes Soft-Error-Aware-Design drei Hauptaspekte synergistisch berücksichtigen: (i) die Charakterisierung und Modellierung von Soft-Errors, (ii) eine mehrstufige-Soft-Error-Minderung und (iii) eine Online-Soft-Error-Überwachung. Obwohl signifikante Ergebnisse erzielt wurden, sind die Wirksamkeit der SET-Charakterisierung, die Genauigkeit von Vorhersagemodellen und die Effizienz der Minderungsmaßnahmen immer noch die kritischen Punkte. 
Daher stellt diese Arbeit die folgenden Originalbeiträge vor: 
• Eine ganzheitliche Methodik zur SPICE-basierten Charakterisierung von SET-Effekten in kombinatorischen Standardzellen und entsprechenden Härtungskonfigurationen auf Gate-Ebene mit reduzierter Anzahl von Simulationen und reduzierter SET-Sensitivitätsdatenbank.
• Analytische Modelle für SET-Empfindlichkeit (kritische Ladung, erzeugte SET-Pulsbreite und propagierte SET-Pulsbreite), basierend auf dem Superpositionsprinzip und Anpassung der Ergebnisse aus SPICE-Simulationen.
• Ein Ansatz zur SET-Abschwächung auf Gate-Ebene, der auf dem Einfügen von zwei Entkopplungszellen am Ausgang eines Logikgatters basiert, was den Anstieg der kritischen Ladung und die signifikante Unterdrückung kurzer SETs beweist.
• Eine vergleichende Charakterisierung der vorgeschlagenen SET-Abschwächungstechnik mit Entkopplungszellen und sieben bestehenden Techniken durch eine quantitative Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Verbesserung der SET-Robustheit einzelner Logikgatter.
• Ein Partikeldetektor auf Basis von Impulsdehnungs-Invertern in Skew-Größe zur Online-Überwachung des Partikelflusses und der LET-Variationen mit rein digitaler Anzeige.
Die in dieser Dissertation erzielten Ergebnisse können als Grundlage für den Aufbau einer umfassenden Soft-Error-aware-Datenbank für eine gegebene digitale Bibliothek und eines umfassenden mehrstufigen strahlungsharten Designflusses dienen, der mit den Standard-IC-Designtools implementiert werden kann. Im nächsten Schritt werden die mit den Bestrahlungsexperimenten erzielten Ergebnisse ausgewertet.
KW  - Single Event Transient
KW  - radiation hardness design
KW  - Single Event Transient
KW  - Strahlungshärte Entwurf
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534843
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Apel, Rebecca
A1  - Berg, Tobias
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Chatti, Mhamed Amine
A1  - Holz, Jan
A1  - Leicht-Scholten, Carmen
A1  - Schroeder, Ulrike
T1  - Ein vierstufiges Förderkonzept für die Studieneingangsphase in der Informatik
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Es wird ein vierstufiges Förderkonzept für die Studieneingangsphase im Fach Informatik beschrieben, das derzeit im Rahmen des Projekts IGaDtools4MINT an der RWTH Aachen auf der Basis einer Literaturanalyse und eines daraus abgeleiteten Indikatorenkatalogs entwickelt wird.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65025
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 143
EP  - 148
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Arnold, Holger
T1  - A linearized DPLL calculus with learning
N2  - This paper describes the proof calculus LD for clausal propositional logic, which is a linearized form of the well-known DPLL calculus extended by clause learning. It is motivated by the demand to model how current SAT solvers built on clause learning are working, while abstracting from decision heuristics and implementation details. The calculus is proved sound and terminating. Further, it is shown that both the original DPLL calculus and the conflict-directed backtracking calculus with clause learning, as it is implemented in many current SAT solvers, are complete and proof-confluent instances of the LD calculus.
N2  - Dieser Artikel beschreibt den Beweiskalkül LD für aussagenlogische Formeln in Klauselform. Dieser Kalkül ist eine um Klausellernen erweiterte linearisierte Variante des bekannten DPLL-Kalküls. Er soll dazu dienen, das Verhalten von auf Klausellernen basierenden SAT-Beweisern zu modellieren, wobei von Entscheidungsheuristiken und Implementierungsdetails abstrahiert werden soll. Es werden Korrektheit und Terminierung des Kalküls bewiesen. Weiterhin wird gezeigt, dass sowohl der ursprüngliche DPLL-Kalkül als auch der konfliktgesteuerte Rücksetzalgorithmus mit Klausellernen, wie er in vielen aktuellen SAT-Beweisern implementiert ist, vollständige und beweiskonfluente Spezialisierungen des LD-Kalküls sind.
KW  - SAT
KW  - DPLL
KW  - Klausellernen
KW  - Automatisches Beweisen
KW  - SAT
KW  - DPLL
KW  - Clause Learning
KW  - Automated Theorem Proving
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15421
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Arnold, Holger
T1  - A linearized DPLL calculus with clause learning (2nd, revised version)
N2  - Many formal descriptions of DPLL-based SAT algorithms either do not include all essential proof techniques applied by modern SAT solvers or are bound to particular heuristics or data structures. This makes it difficult to analyze proof-theoretic properties or the search complexity of these algorithms. In this paper we try to improve this situation by developing a nondeterministic proof calculus that models the functioning of SAT algorithms based on the DPLL calculus with clause learning. This calculus is independent of implementation details yet precise enough to enable a formal analysis of realistic DPLL-based SAT algorithms.
N2  - Viele formale Beschreibungen DPLL-basierter SAT-Algorithmen enthalten entweder nicht alle wesentlichen Beweistechniken, die in modernen SAT-Solvern implementiert sind, oder sind an bestimmte Heuristiken oder Datenstrukturen gebunden. Dies erschwert die Analyse beweistheoretischer Eigenschaften oder der Suchkomplexität derartiger Algorithmen. Mit diesem Artikel versuchen wir, diese Situation durch die Entwicklung eines nichtdeterministischen Beweiskalküls zu verbessern, der die Arbeitsweise von auf dem DPLL-Kalkül basierenden SAT-Algorithmen mit Klausellernen modelliert. Dieser Kalkül ist unabhängig von Implementierungsdetails, aber dennoch präzise genug, um eine formale Analyse realistischer DPLL-basierter SAT-Algorithmen zu ermöglichen.
KW  - Automatisches Beweisen
KW  - Logikkalkül
KW  - SAT
KW  - DPLL
KW  - Klausellernen
KW  - automated theorem proving
KW  - logical calculus
KW  - SAT
KW  - DPLL
KW  - clause learning
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29080
ER  - 
TY  - THES
A1  - Awad, Ahmed Mahmoud Hany Aly
T1  - A compliance management framework for business process models
T1  - Ein Compliance-Management-Framework für Geschäftsprozessmodelle
N2  - Companies develop process models to explicitly describe their business operations. In the same time, business operations, business processes, must adhere to various types of compliance requirements. Regulations, e.g., Sarbanes Oxley Act of 2002, internal policies, best practices are just a few sources of compliance requirements. In some cases, non-adherence to compliance requirements makes the organization subject to legal punishment. In other cases, non-adherence to compliance leads to loss of competitive advantage and thus loss of market share. Unlike the classical domain-independent behavioral correctness of business processes, compliance requirements are domain-specific. Moreover, compliance requirements change over time. New requirements might appear due to change in laws and adoption of new policies. Compliance requirements are offered or enforced by different entities that have different objectives behind these requirements. Finally, compliance requirements might affect different aspects of business processes, e.g., control flow and data flow. As a result, it is infeasible to hard-code compliance checks in tools. Rather, a repeatable process of modeling compliance rules and checking them against business processes automatically is needed. This thesis provides a formal approach to support process design-time compliance checking. Using visual patterns, it is possible to model compliance requirements concerning control flow, data flow and conditional flow rules. Each pattern is mapped into a temporal logic formula. The thesis addresses the problem of consistency checking among various compliance requirements, as they might stem from divergent sources. Also, the thesis contributes to automatically check compliance requirements against process models using model checking. We show that extra domain knowledge, other than expressed in compliance rules, is needed to reach correct decisions. In case of violations, we are able to provide a useful feedback to the user. The feedback is in the form of parts of the process model whose execution causes the violation. In some cases, our approach is capable of providing automated remedy of the violation.
N2  - Firmen entwickeln Prozessmodelle um ihre Geschäftstätigkeit explizit zu beschreiben. Geschäftsprozesse müssen verschiedene Arten von Compliance-Anforderungen einhalten. Solche Compliance-Anforderungen entstammen einer Vielzahl von Quellen, z.B. Verordnung wie dem Sarbanes Oxley Act von 2002, interne Richtlinien und Best Practices. Die Nichteinhaltung von Compliance-Anforderungen kann zu gesetzlichen Strafen oder dem Verlust von Wettbewerbsvorteilen und somit dem Verlust von Marktanteilen führen. Im Gegensatz zum klassischen, domänen-unabhängigen Begriff der Korrektheit von Geschäftsprozessen, sind Compliance-Anforderungen domain-spezifisch und ändern sich im Laufe der Zeit. Neue Anforderungen resultieren aus neuen Gesetzen und der Einführung neuer Unternehmensrichtlinien. Aufgrund der Vielzahl der Quellen für Compliance-Anforderungen, können sie unterschiedliche Ziele verfolgen und somit widersprüchliche Aussagen treffen. Schließlich betreffen Compliance-Anforderungen verschiedene Aspekte von Geschäftsprozessen, wie Kontrollfluss- und Datenabhängigkeiten. Auf Grund dessen können Compliance-Prüfungen nicht direkt Hard-coded werden. Vielmehr ist ein Prozess der wiederholten Modellierung von Compliance-Regeln und ihrer anschließenden automatischen Prüfung gegen die Geschäftsprozesse nötig. Diese Dissertation stellt einen formalen Ansatz zur Überprüfung der Einhaltung von Compliance-Regeln während der Spezifikation von Geschäftsprozessen vor. Mit visuellen Mustern ist es möglich, Compliance-Regeln hinsichtlich Kontrollfluss- und Datenabhängigkeiten sowie bedingte Regeln zu spezifizieren. Jedes Muster wird in eine Formel der temporalen Logik abgebildet. Die Dissertation behandelt das Problem der Konsistenzprüfung zwischen verschiedenen Compliance-Anforderungen, wie sie sich aus unterschiedlichen Quellen ergeben können. Ebenfalls zeigt diese Dissertation, wie Compliance-Regeln gegen die Geschäftsprozesse automatisch mittels Model Checking geprüft werden. Es wird aufgezeigt, dass zusätzliche Domänen-Kenntnisse notwendig sind, um richtige Entscheidungen zu treffen. Der vorgestelle Ansatz ermöglicht nützliches Feedback für Modellierer im Fall eines Compliance-Verstoßes. Das Feedback wird in Form von Teilen des Prozessmodells gegeben, deren Ausführung die Verletzung verursacht. In einigen Fällen ist der vorgestellte Ansatz in der Lage, den Compliance-Verstoß automatisch zu beheben.
KW  - Geschäftsprozessmodelle
KW  - Compliance
KW  - Temporallogik
KW  - Verletzung Erklärung
KW  - Verletzung Auflösung
KW  - Business Process Models
KW  - Compliance
KW  - Temporal Logic
KW  - Violation Explanation
KW  - Violation Resolution
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49222
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Barnes, Jan
A1  - Kennewell, Steve
T1  - Teacher Perceptions of Key Competencies in ICT
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Regardless of what is intended by government curriculum
specifications and advised by educational experts, the competencies
taught and learned in and out of classrooms can vary considerably.
In this paper, we discuss in particular how we can investigate the
perceptions that individual teachers have of competencies in ICT,
and how these and other factors may influence students’ learning. We
report case study research which identifies contradictions within the
teaching of ICT competencies as an activity system, highlighting issues
concerning the object of the curriculum, the roles of the participants and
the school cultures. In a particular case, contradictions in the learning
objectives between higher order skills and the use of application tools
have been resolved by a change in the teacher’s perceptions which
have not led to changes in other aspects of the activity system. We look
forward to further investigation of the effects of these contradictions in
other case studies and on forthcoming curriculum change.
KW  - ICT competencies
KW  - Teacher perceptions
KW  - Activity Theory
KW  - Contradictions
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82604
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 61
EP  - 75
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bender, Katrin
A1  - Steinert, Markus
T1  - Ein handlungsorientiertes, didaktisches Training für Tutoren im Bachelorstudium der Informatik
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Die didaktisch-pädagogische Ausbildung studentischer Tutoren für den Einsatz im Bachelorstudium der Informatik ist Gegenstand dieser Arbeit. Um die theoretischen Inhalte aus Sozial- und Lernpsychologie handlungsorientiert und effizient zu vermitteln, wird das Training als Lehrform gewählt. Die in einer Tutorübung zentrale Methode der Gruppenarbeit wird dabei explizit und implizit vermittelt. Erste praktische Erfahrungen mit ihrer zukünftigen Rolle gewinnen die Tutoren in Rollenspielen, wobei sowohl Standardsituationen als auch fachspezifisch und pädagogisch problematische Situationen simuliert werden. Während die Vermittlung der genannten Inhalte und die Rollenspiele im Rahmen einer Blockveranstaltung vor Beginn des Semesters durchgeführt werden, finden während des Semesters Hospitationen statt, in der die Fähigkeiten der Tutoren anhand eines standardisierten Bewertungsbogens beurteilt werden.
KW  - Informatik
KW  - Ausbildung
KW  - Didaktik
KW  - Hochschuldidaktik
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29690
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 1
SP  - 119
EP  - 130
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Berges, Marc
A1  - Hubwieser, Peter
T1  - Vorkurse in objektorientierter Programmierung
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Die Studienanfänger der Informatik haben in Deutschland sehr unterschiedliche Grundkenntnisse in der Programmierung. Dies führt immer wieder zu Schwierigkeiten in der Ausrichtung der Einführungsveranstaltungen. An der TU München wird seit dem Wintersemester 2008/2009 nun eine neue Art von Vorkursen angeboten. In nur 2,5 Tagen erstellen die Teilnehmer ein kleines objektorientiertes Programm. Dabei arbeiten sie weitestgehend alleine, unterstützt von einem studentischen Tutor. In dieser Arbeit sollen nun das Konzept der sogenannten „Vorprojekte“ sowie erste Forschungsansätze vorgestellt werden
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64299
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 4
SP  - 13
EP  - 22
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Berges, Marc
A1  - Mühling, Andreas
A1  - Hubwieser, Peter
A1  - Steuer, Horst
T1  - Informatik für Nichtinformatiker
BT  - ein kontext- und praxisorientiertes Konzept
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Wir stellen die Konzeption und erste Ergebnisse einer neuartigen Informatik- Lehrveranstaltung für Studierende der Geodäsie vor. Das Konzept verbindet drei didaktische Ideen: Kontextorientierung, Peer-Tutoring und Praxisbezug (Course). Die Studierenden sollen dabei in zwei Semestern wichtige Grundlagen der Informatik verstehen und anzuwenden lernen. Durch enge Verzahnung der Aufgaben mit einem für Nichtinformatiker relevanten Kontext, sowie einem sehr hohen Anteil von Selbsttätigkeit der Studierenden soll die Motivation für fachfremde Themen gesteigert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Veranstaltung sehr erfolgreich war.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64962
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 105
EP  - 110
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Taraschewski, Christian
A1  - Schroeder, Ulrik
ED  - Schubert, Sigrid
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Beispiel eines Schülerwettbewerbs zum Thema Projektmanagement und App-Programmierung
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - Es wird ein Informatik-Wettbewerb für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II beschrieben, der über mehrere Wochen möglichst realitätsnah die Arbeitswelt eines Informatikers vorstellt. Im Wettbewerb erarbeiten die Schülerteams eine Android-App und organisieren ihre Entwicklung durch Projektmanagementmethoden, die sich an professionellen, agilen Prozessen orientieren. Im Beitrag werden der theoretische Hintergrund zu Wettbewerben, die organisatorischen und didaktischen Entscheidung, eine erste Evaluation sowie Reflexion und Ausblick dargestellt.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84726
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 161
EP  - 168
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bickel, Steffen
T1  - Learning under differing training and test distributions
T1  - Lernen mit unterschiedlichen Trainings- und Testverteilungen
N2  - One of the main problems in machine learning is to train a predictive model from training data and to make predictions on test data. Most predictive models are constructed under the assumption that the training data is governed by the exact same distribution which the model will later be exposed to. In practice, control over the data collection process is often imperfect. A typical scenario is when labels are collected by questionnaires and one does not have access to the test population. For example, parts of the test population are underrepresented in the survey, out of reach, or do not return the questionnaire. In many applications training data from the test distribution are scarce because they are difficult to obtain or very expensive. Data from auxiliary sources drawn from similar distributions are often cheaply available. This thesis centers around learning under differing training and test distributions and covers several problem settings with different assumptions on the relationship between training and test distributions-including multi-task learning and learning under covariate shift and sample selection bias. Several new models are derived that directly characterize the divergence between training and test distributions, without the intermediate step of estimating training and test distributions separately. The integral part of these models are rescaling weights that match the rescaled or resampled training distribution to the test distribution. Integrated models are studied where only one optimization problem needs to be solved for learning under differing distributions. With a two-step approximation to the integrated models almost any supervised learning algorithm can be adopted to biased training data. In case studies on spam filtering, HIV therapy screening, targeted advertising, and other applications the performance of the new models is compared to state-of-the-art reference methods.
N2  - Eines der wichtigsten Probleme im Maschinellen Lernen ist das Trainieren von Vorhersagemodellen aus Trainingsdaten und das Ableiten von Vorhersagen für Testdaten. Vorhersagemodelle basieren üblicherweise auf der Annahme, dass Trainingsdaten aus der gleichen Verteilung gezogen werden wie Testdaten. In der Praxis ist diese Annahme oft nicht erfüllt, zum Beispiel, wenn Trainingsdaten durch Fragebögen gesammelt werden. Hier steht meist nur eine verzerrte Zielpopulation zur Verfügung, denn Teile der Population können unterrepräsentiert sein, nicht erreichbar sein, oder ignorieren die Aufforderung zum Ausfüllen des Fragebogens. In vielen Anwendungen stehen nur sehr wenige Trainingsdaten aus der Testverteilung zur Verfügung, weil solche Daten teuer oder aufwändig zu sammeln sind. Daten aus alternativen Quellen, die aus ähnlichen Verteilungen gezogen werden, sind oft viel einfacher und günstiger zu beschaffen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Lernen von Vorhersagemodellen aus Trainingsdaten, deren Verteilung sich von der Testverteilung unterscheidet. Es werden verschiedene Problemstellungen behandelt, die von unterschiedlichen Annahmen über die Beziehung zwischen Trainings- und Testverteilung ausgehen. Darunter fallen auch Multi-Task-Lernen und Lernen unter Covariate Shift und Sample Selection Bias. Es werden mehrere neue Modelle hergeleitet, die direkt den Unterschied zwischen Trainings- und Testverteilung charakterisieren, ohne dass eine einzelne Schätzung der Verteilungen nötig ist. Zentrale Bestandteile der Modelle sind Gewichtungsfaktoren, mit denen die Trainingsverteilung durch Umgewichtung auf die Testverteilung abgebildet wird. Es werden kombinierte Modelle zum Lernen mit verschiedenen Trainings- und Testverteilungen untersucht, für deren Schätzung nur ein einziges Optimierungsproblem gelöst werden muss. Die kombinierten Modelle können mit zwei Optimierungsschritten approximiert werden und dadurch kann fast jedes gängige Vorhersagemodell so erweitert werden, dass verzerrte Trainingsverteilungen korrigiert werden. In Fallstudien zu Email-Spam-Filterung, HIV-Therapieempfehlung, Zielgruppenmarketing und anderen Anwendungen werden die neuen Modelle mit Referenzmethoden verglichen.
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Verteilungsunterschied
KW  - Selektionsbias
KW  - Multi-Task-Lernen
KW  - Machine Learning
KW  - Covariate Shift
KW  - Sample Selection Bias
KW  - Multi Task Learning
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33331
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bieniusa, Annette
A1  - Degen, Markus
A1  - Heidegger, Phillip
A1  - Thiemann, Peter
A1  - Wehr, Stefan
A1  - Gasbichler, Martin
A1  - Crestani, Marcus
A1  - Klaeren, Herbert
A1  - Knauel, Eric
A1  - Sperber, Michael
T1  - Auf dem Weg zu einer robusten Programmierausbildung
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Die gelungene Durchführung einer Vorlesung „Informatik I – Einführung in die Programmierung“ ist schwierig, trotz einer Vielfalt existierender Materialien und erprobter didaktischer Methoden. Gerade aufgrund dieser vielfältigen Auswahl hat sich bisher noch kein robustes Konzept durchgesetzt, das unabhängig von den Durchführenden eine hohe Erfolgsquote garantiert. An den Universitäten Tübingen und Freiburg wurde die Informatik I aus den gleichen Lehrmaterialien und unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt, um das verwendete Konzept auf Robustheit zu überprüfen. Die Grundlage der Vorlesung bildet ein systematischer Ansatz zum Erlernen des Programmierens, der von der PLTGruppe in USA entwickelt worden ist. Hinzu kommen neue Ansätze zur Betreuung, insbesondere das Betreute Programmieren, bei dem die Studierenden eine solide Basis für ihre Programmierfähigkeiten entwickeln. Der vorliegende Bericht beschreibt hierbei gesammelte Erfahrungen, erläutert die Entwicklung der Unterrichtsmethodik und der Inhaltsauswahl im Vergleich zu vorangegangenen Vorlesungen und präsentiert Daten zum Erfolg der Vorlesung.
KW  - Informatik
KW  - Ausbildung
KW  - Didaktik
KW  - Hochschuldidaktik
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29655
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 1
SP  - 67
EP  - 79
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blum, Niklas
T1  - Formalization of a converged internet and telecommunications service environment
T1  - Formalisierung einer konvergenten Telekommunikations- undInternet-Dienstumgebung
N2  - The programmable network envisioned in the 1990s within standardization and research for the Intelligent Network is currently coming into reality using IPbased Next Generation Networks (NGN) and applying Service-Oriented Architecture (SOA) principles for service creation, execution, and hosting. SOA is the foundation for both next-generation telecommunications and middleware architectures, which are rapidly converging on top of commodity transport services. Services such as triple/quadruple play, multimedia messaging, and presence are enabled by the emerging service-oriented IPMultimedia Subsystem (IMS), and allow telecommunications service providers to maintain, if not improve, their position in the marketplace. SOA becomes the de facto standard in next-generation middleware systems as the system model of choice to interconnect service consumers and providers within and between enterprises. We leverage previous research activities in overlay networking technologies along with recent advances in network abstraction, service exposure, and service creation to develop a paradigm for a service environment providing converged Internet and Telecommunications services that we call Service Broker. Such a Service Broker provides mechanisms to combine and mediate between different service paradigms from the two domains Internet/WWW and telecommunications. Furthermore, it enables the composition of services across these domains and is capable of defining and applying temporal constraints during creation and execution time. By adding network-awareness into the service fabric, such a Service Broker may also act as a next generation network-to-service element allowing the composition of crossdomain and cross-layer network and service resources. The contribution of this research is threefold: first, we analyze and classify principles and technologies from Information Technologies (IT) and telecommunications to identify and discuss issues allowing cross-domain composition in a converging service layer. Second, we discuss service composition methods allowing the creation of converged services on an abstract level; in particular, we present a formalized method for model-checking of such compositions. Finally, we propose a Service Broker architecture converging Internet and Telecom services. This environment enables cross-domain feature interaction in services through formalized obligation policies acting as constraints during service discovery, creation, and execution time.
N2  - Das programmierbare Netz, das Ende des 20. Jahrhunderts in der Standardisierung und Forschung für das Intelligente Netz entworfen wurde, wird nun Realität in einem auf das Internet Protokoll basierendem Netz der nächsten Generation (Next Generation Network). Hierfür kommen Prinzipien aus der Informationstechnologie, insbesondere aus dem Bereich dienstorientierte Architekturen (Service-Oriented Architecture / SOA) für die Diensterstellung, -ausführung und -betrieb zum Tragen. SOA bietet hierbei die theoretische Grundlage für Telekommunikationsnetze, vor allem jedoch für die dazugehörigen Dienstplattformen. Diese erlauben dem Telekommunikationsbetreiber seine Position in einem offenen Marktplatz der Dienste auszubauen. Dazu bedarf es allerdings möglichst flexibler Dienstumgebungen, die die Kooperation zwischen Dienstanbietern und Nutzern aus unterschiedlichsten Domänen durch Unterstützung geeigneter Werkzeuge und Mechanismen fördert. Im Rahmen dieser Dissertation definieren wir aufbauend auf Forschungsergebnisse im Bereich Overlay-Netze, Netzabstraktion und Zugriff auf exponierte Dienste eine Service Broker genannte Dienstumgebung für konvergente Internet- und Telekommunikationsdienste. Dieser Service Broker stellt Mechanismen für die Komposition von Diensten und Mediation zwischen unterschiedlichen Dienstparadigmen und Domänenspezifika beim Dienstaufruf zur Verfügung. Der Forschungsbeitrag dieser Arbeit findet auf unterschiedlichen Ebenen statt: Aufbauend auf einer Analyse und Klassifikation von Technologien und Paradigmen aus den Bereichen Informationstechnologie (IT) und Telekommunikation diskutieren wir die Problemstellung der Kooperation von Diensten und deren Komposition über Domänengrenzen hinweg. In einem zweiten Schritt diskutieren wir Methoden der Dienstkomposition und präsentieren eine formalisierte Methode der modellbasierten Diensterstellung. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Spezifikation der Service Broker Dienstumgebung und einem zugrundeliegenden Informations- und Datenmodell. Diese Architektur erlaubt die Komposition und Kooperation von Diensten über Domänengrenzen hinweg, um konvergente Internet- und Telekommunikationsdienste zu realisieren. Hierfür wird ein auf Obligationspolitiken basierendes Regelsystemformalisiert, das Interaktionen zwischen Dienstmerkmalen während der Diensterstellung und -ausführung definiert.
KW  - Telekommunikation
KW  - konvergente Dienste
KW  - Next Generation Network
KW  - Dienstplattform
KW  - Dienstkomposition
KW  - Service Delivery Platform
KW  - Next Generation Network
KW  - Service Creation
KW  - Service convergence
KW  - Policy Enforcement
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51146
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Boll, Susanne
A1  - Meinhardt, Rolf
A1  - Gronewold, Sabine
A1  - Krekeler, Larissa
T1  - Informatik für Migratinnen und Migranten Einführung eines neuen Studienprogramms an der Universität Oldenburg
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Für die Integration und den Bedarf der hochqualifizierten Migranten auf dem Arbeitsmarkt in Deutschland gibt es viele Überlegungen, aber noch keine ausreichenden Lösungen. Dieser Artikel beschreibt eine praktische Lösung über die Umsetzung des Konzepts für die Qualifizierung der akademischen Migranten am Beispiel eines Studienprogramms in Informatik an der Universität Oldenburg.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64370
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 4
SP  - 79
EP  - 86
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bordihn, Henning
T1  - Contributions to the syntactical analysis beyond context-freeness
T1  - Beiträge zur syntaktischen Analyse nicht-kontextfreier Sprachen
N2  - Parsability approaches of several grammar formalisms generating also non-context-free languages are explored. Chomsky grammars, Lindenmayer systems, grammars with controlled derivations, and grammar systems are treated. Formal properties of these mechanisms are investigated, when they are used as language acceptors. Furthermore, cooperating distributed grammar systems are restricted so that efficient deterministic parsing without backtracking becomes possible. For this class of grammar systems, the parsing algorithm is presented and the feature of leftmost derivations is investigated in detail.
N2  - Ansätze zum Parsing verschiedener Grammatikformalismen, die auch nicht-kontextfreie Sprachen erzeugen können, werden diskutiert. Chomsky-Grammatiken, Lindenmayer-Systeme, Grammatiken mit gesteuerten Ersetzungen und Grammatiksysteme werden behandelt. Formale Eigenschaften dieser Mechanismen als Akzeptoren von Sprachen werden untersucht. Weiterhin werden kooperierende verteilte (CD) Grammatiksysteme derart beschränkt, dass effizientes deterministisches Parsing ohne Backtracking möglich ist. Für diese Klasse von Grammatiksystemen wird der Parsingalgorithmus vorgestellt und die Rolle von Linksableitungen wird detailliert betrachtet.
KW  - Parsing
KW  - Akzeptierende Grammatiken
KW  - Gesteuerte Ableitungen
KW  - Grammatiksysteme
KW  - Linksableitungen
KW  - Parsing
KW  - Accepting Grammars
KW  - Controlled Derivations
KW  - Grammar Systems
KW  - Leftmost Derivations
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59719
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bottino, Rosa
A1  - Chioccariello, Augusto
T1  - Computational Thinking
BT  - Videogames, Educational Robotics, and other Powerful Ideas to Think with
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Digital technology has radically changed the way people
work in industry, finance, services, media and commerce. Informatics
has contributed to the scientific and technological development of our
society in general and to the digital revolution in particular. Computational
thinking is the term indicating the key ideas of this discipline that
might be included in the key competencies underlying the curriculum
of compulsory education. The educational potential of informatics has
a history dating back to the sixties. In this article, we briefly revisit this
history looking for lessons learned. In particular, we focus on experiences
of teaching and learning programming. However, computational
thinking is more than coding. It is a way of thinking and practicing interactive
dynamic modeling with computers. We advocate that learners
can practice computational thinking in playful contexts where they can
develop personal projects, for example building videogames and/or robots,
share and discuss their construction with others. In our view, this
approach allows an integration of computational thinking in the K-12
curriculum across disciplines.
KW  - Computational thinking
KW  - programming in context
KW  - informatics education
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82820
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 301
EP  - 309
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brauer, Falk
T1  - Extraktion und Identifikation von Entitäten in Textdaten im Umfeld der Enterprise Search
T1  - Extraction and identification of entities in text data in the field of enterprise search
N2  - Die automatische Informationsextraktion (IE) aus unstrukturierten Texten ermöglicht völlig neue Wege, auf relevante Informationen zuzugreifen und deren Inhalte zu analysieren, die weit über bisherige Verfahren zur Stichwort-basierten Dokumentsuche hinausgehen. Die Entwicklung von Programmen zur Extraktion von maschinenlesbaren Daten aus Texten erfordert jedoch nach wie vor die Entwicklung von domänenspezifischen Extraktionsprogrammen. Insbesondere im Bereich der Enterprise Search (der Informationssuche im Unternehmensumfeld), in dem eine große Menge von heterogenen Dokumenttypen existiert, ist es oft notwendig ad-hoc Programm-module zur Extraktion von geschäftsrelevanten Entitäten zu entwickeln, die mit generischen Modulen in monolithischen IE-Systemen kombiniert werden. Dieser Umstand ist insbesondere kritisch, da potentiell für jeden einzelnen Anwendungsfall ein von Grund auf neues IE-System entwickelt werden muss. Die vorliegende Dissertation untersucht die effiziente Entwicklung und Ausführung von IE-Systemen im Kontext der Enterprise Search und effektive Methoden zur Ausnutzung bekannter strukturierter Daten im Unternehmenskontext für die Extraktion und Identifikation von geschäftsrelevanten Entitäten in Doku-menten. Grundlage der Arbeit ist eine neuartige Plattform zur Komposition von IE-Systemen auf Basis der Beschreibung des Datenflusses zwischen generischen und anwendungsspezifischen IE-Modulen. Die Plattform unterstützt insbesondere die Entwicklung und Wiederverwendung von generischen IE-Modulen und zeichnet sich durch eine höhere Flexibilität und Ausdrucksmächtigkeit im Vergleich zu vorherigen Methoden aus. Ein in der Dissertation entwickeltes Verfahren zur Dokumentverarbeitung interpretiert den Daten-austausch zwischen IE-Modulen als Datenströme und ermöglicht damit eine weitgehende Parallelisierung von einzelnen Modulen. Die autonome Ausführung der Module führt zu einer wesentlichen Beschleu-nigung der Verarbeitung von Einzeldokumenten und verbesserten Antwortzeiten, z. B. für Extraktions-dienste. Bisherige Ansätze untersuchen lediglich die Steigerung des durchschnittlichen Dokumenten-durchsatzes durch verteilte Ausführung von Instanzen eines IE-Systems. Die Informationsextraktion im Kontext der Enterprise Search unterscheidet sich z. B. von der Extraktion aus dem World Wide Web dadurch, dass in der Regel strukturierte Referenzdaten z. B. in Form von Unternehmensdatenbanken oder Terminologien zur Verfügung stehen, die oft auch die Beziehungen von Entitäten beschreiben. Entitäten im Unternehmensumfeld haben weiterhin bestimmte Charakteristiken: Eine Klasse von relevanten Entitäten folgt bestimmten Bildungsvorschriften, die nicht immer bekannt sind, auf die aber mit Hilfe von bekannten Beispielentitäten geschlossen werden kann, so dass unbekannte Entitäten extrahiert werden können. Die Bezeichner der anderen Klasse von Entitäten haben eher umschreibenden Charakter. Die korrespondierenden Umschreibungen in Texten können variieren, wodurch eine Identifikation derartiger Entitäten oft erschwert wird. Zur effizienteren Entwicklung von IE-Systemen wird in der Dissertation ein Verfahren untersucht, das alleine anhand von Beispielentitäten effektive Reguläre Ausdrücke zur Extraktion von unbekannten Entitäten erlernt und damit den manuellen Aufwand in derartigen Anwendungsfällen minimiert. Verschiedene Generalisierungs- und Spezialisierungsheuristiken erkennen Muster auf verschiedenen Abstraktionsebenen und schaffen dadurch einen Ausgleich zwischen Genauigkeit und Vollständigkeit bei der Extraktion. Bekannte Regellernverfahren im Bereich der Informationsextraktion unterstützen die beschriebenen Problemstellungen nicht, sondern benötigen einen (annotierten) Dokumentenkorpus. Eine Methode zur Identifikation von Entitäten, die durch Graph-strukturierte Referenzdaten vordefiniert sind, wird als dritter Schwerpunkt untersucht. Es werden Verfahren konzipiert, welche über einen exakten Zeichenkettenvergleich zwischen Text und Referenzdatensatz hinausgehen und Teilübereinstimmungen und Beziehungen zwischen Entitäten zur Identifikation und Disambiguierung heranziehen. Das in der Arbeit vorgestellte Verfahren ist bisherigen Ansätzen hinsichtlich der Genauigkeit und Vollständigkeit bei der Identifikation überlegen.
N2  - The automatic information extraction (IE) from unstructured texts enables new ways to access relevant information and analyze text contents, which goes beyond existing technologies for keyword-based search in document collections. However, the development of systems for extracting machine-readable data from text still requires the implementation of domain-specific extraction programs. In particular in the field of enterprise search (the retrieval of information in the enterprise settings), in which a large amount of heterogeneous document types exists, it is often necessary to develop ad-hoc program-modules and to combine them with generic program components to extract by business relevant entities. This is particularly critical, as potentially for each individual application a new IE system must be developed from scratch. In this work we examine efficient methods to develop and execute IE systems in the context of enterprise search and effective algorithms to exploit pre-existing structured data in the business context for the extraction and identification of business entities in documents. The basis of this work is a novel platform for composition of IE systems through the description of the data flow between generic and application-specific IE modules. The platform supports in particular the development and reuse of generic IE modules and is characterized by a higher flexibility as compared to previous methods. A technique developed in this work interprets the document processing as data stream between IE modules and thus enables an extensive parallelization of individual modules. The autonomous execution of each module allows for a significant runtime improvement for individual documents and thus improves response times, e.g. for extraction services. Previous parallelization approaches focused only on an improved throughput for large document collections, e.g., by leveraging distributed instances of an IE system. Information extraction in the context of enterprise search differs for instance from the extraction from the World Wide Web by the fact that usually a variety of structured reference data (corporate databases or terminologies) is available, which often describes the relationships among entities. Furthermore, entity names in a business environment usually follow special characteristics: On the one hand relevant entities such as product identifiers follow certain patterns that are not always known beforehand, but can be inferred using known sample entities, so that unknown entities can be extracted. On the other hand many designators have a more descriptive character (concatenation of descriptive words). The respective references in texts might differ due to the diversity of potential descriptions, often making the identification of such entities difficult. To address IE applications in the presence of available structured data, we study in this work the inference of effective regular expressions from given sample entities. Various generalization and specialization heuristics are used to identify patterns at different syntactic abstraction levels and thus generate regular expressions which promise both high recall and precision. Compared to previous rule learning techniques in the field of information extraction, our technique does not require any annotated document corpus. A method for the identification of entities that are predefined by graph structured reference data is examined as a third contribution. An algorithm is presented which goes beyond an exact string comparison between text and reference data set. It allows for an effective identification and disambiguation of potentially discovered entities by exploitation of approximate matching strategies. The method leverages further relationships among entities for identification and disambiguation. The method presented in this work is superior to previous approaches with regard to precision and recall.
KW  - Informationsextraktion
KW  - Enterprise Search
KW  - Parallele Datenverarbeitung
KW  - Grammatikalische Inferenz
KW  - Graph-basiertes Ranking
KW  - information extraction
KW  - enterprise search
KW  - multi core data processing
KW  - grammar inference
KW  - graph-based ranking
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51409
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Braun, Iris
A1  - Kapp, Felix
A1  - Hara, Tenshi
A1  - Kubica, Tommy
T1  - Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Audience Response Systemen in der universitären Lehre
BT  - Erfahrungen aus dem ARS-Projekt "Auditorium Mobile Classroom Service"
JF  - E-Learning Symposium 2018
N2  - Der vorliegende Beitrag berichtet auf der Grundlage von Erfahrungen mit dem Audience Response System (ARS) „Auditorium Mobile Classroom Service“ von Erfolgsfaktoren für den Einsatz in der universitären Lehre. Dabei werden sowohl die technischen Rahmenbedingungen und Herausforderungen der Anwendungen berücksichtigt, als auch die unterschiedlichen didaktischen Konzepte und Ziele der beteiligten Akteure (Studierende, Lehrende und Institution). Ziel ist es, Einflussfaktoren für den erfolgreichen Einsatz sowohl für die Praxis als auch die wissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung der Systeme zu benennen und ein heuristisches Framework für Chancen und Herausforderungen beim Einsatz von ARS anzubieten.
KW  - Audience Response Systeme
KW  - technische Rahmenbedingungen
KW  - didaktisches Konzept
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421959
SP  - 65
EP  - 67
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Breitlauch, Linda
A1  - Noskova, Tatiana N.
A1  - Rensing, Christoph
A1  - Ifenthaler, Dirk
A1  - Owassapian, Dominik
A1  - Hensinger, Johannes
A1  - Buschmann, Jana
A1  - Glasemann, Marie
A1  - Dirwelis, Swenja
A1  - Mach, Michael
A1  - Kallookaran, Michael
A1  - Robra-Bissantz, Susanne
A1  - Zoerner, Dietmar
A1  - Köhlmann, Wiebke
A1  - Brandt, Christopher
A1  - Kutzner, Tobias
A1  - Steinert, Christian
ED  - Lucke, Ulrike
ED  - Grünewald, Franka
ED  - Hafer, Jörg
T1  - E-Learning Symposium 2014
T1  - E-Learning Symposium 2014
BT  - Mobil und vernetzt – studieren im digitalen Zeitalter ; Potsdam, 14. November 2014
BT  - mobile and connected – studying in the digital age ; Potsdam, 14th of November 2014
N2  - Der Tagungsband zum E-Learning Symposium 2014 an der Universität Potsdam beleuchtet die diversen Zielgruppen und Anwendungsbereiche, die aktuell in der E-Learning-Forschung angesprochen werden. Während im letzten Symposium 2012 der Dozierende mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Studierendenaktivierung und Lehrgestaltung im Fokus der Diskussionen stand, werden in diesem Jahr in einem großen Teil der Beiträge die Studierenden ins Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt. Dass nicht nur der Inhalt des Lernmediums für den Lernerfolg eine Rolle spielt, sondern auch dessen Unterhaltungswert und die Freude, die die Lernenden während des Prozesses der Wissensakquise empfinden, zeigt sehr anschaulich die Keynote von Linda Breitlauch zum Thema „Faites vos Jeux“ (Spielen Sie jetzt). Der Beitrag von Zoerner et al. verbindet den Gedanken des spiele-basierten Lernens mit dem nach wie vor aktuellen Thema des mobilen Lernens. Auch in diesem Forschungsbereich spielt die Fokussierung auf den Lernenden eine immer herausragendere Rolle. Einen Schritt weiter in Richtung Individualisierung geht in diesem Zusammenhang der eingeladene Vortrag von Christoph Rensing, der sich mit der Adaptivität von mobilen Lernanwendungen beschäftigt. Mit Hilfe zur Verfügung stehender Kontextinformationen sollen gezielt individuelle Lernprozesse unterstützt werden. Alle Beiträge, die sich auf mobile Applikationen und auf Spiele beziehen, sprechen auch die zwischenmenschliche Komponente am Lernen an. So wird neben der Mobilität insbesondere auch der Austausch von Lernobjekten zwischen Lernenden (vergleiche den Beitrag von Zoerner et al.) sowie die Kooperation zwischen Lernenden (siehe Beitrag von Kallookaran und Robra-Bissantz) diskutiert. Der interpersonelle Kontakt spielt allerdings ebenfalls in den Beiträgen ohne Spiel- oder App-Fokussierung eine Rolle. Tutoren werden beispielsweise zur Moderation von Lernprozessen eingesetzt und Lerngruppen gegründet um das problem-orientierte Lernen stärker in den Mittelpunkt zu rücken (siehe Beitrag von Mach und Dirwelis) bzw. näher am Bedarf der Studierenden zu arbeiten (wie in eingeladenen Vortrag von Tatiana N. Noskova sowie in dem Beitrag von Mach und Dirwelis beschrieben). In der Evaluation wird ebenfalls der Schritt weg von anonymen, akkumulierten statistischen Auswertungen hin zu individualisierten Nutzerprofilen im Bereich des Learning Analytics untersucht (vergleiche dazu den Beitrag von Ifenthaler). Neben der Schwerpunktsetzung auf die Lernenden und deren Mobilität rückt das Thema Transmedialität stärker ins Zentrum der Forschung. Während schon die Keynote mit ihrem Spielefokus darauf anspricht, geht es in weiteren Beiträgen darum Abläufe aus der analogen Welt bestmöglich in der digitalen Welt abzubilden. Lerninhalte, die bisher mittels Bildern und Texten für Lehrende und Lernende zugänglich gemacht wurden, werden nunmehr mit weiteren Medien, insbesondere Videos, angereichert um deren Verständnis zu erhöhen. Dies ist beispielsweise geeignet, um Bewegungsabläufe im Sport (vergleiche dazu den Beitrag von Owassapian und Hensinger) oder musikpraktische Übungen wie Bodyperkussion (beschrieben im Beitrag von Buschmann und Glasemann) zu erlernen Lernendenfokussierung, persönlicher Austausch, Mobilität und Transmedialität sind somit einige der Kernthemen, die Sie in diesem Sammelband erwarten. Auch zeigt die häufige Verknüpfung verschedener dieser Kernthemen, dass keines davon ein Randthema ist, sondern sich die Summe aus allen im E-Learning bündelt und damit eine neue Qualität für Lehre, Studium und Forschung erreicht werden kann.
KW  - E-Learning
KW  - mobiles lernen
KW  - game-based learning
KW  - Onlinelehre
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72154
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bröker, Kathrin
ED  - Schubert, Sigrid
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Unterstützung Informatik-Studierender durch ein Lernzentrum
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - In diesem Papier wird das Konzept eines Lernzentrums für die Informatik (LZI) an der Universität Paderborn vorgestellt. Ausgehend von den fachspezifischen Schwierigkeiten der Informatik Studierenden werden die Angebote des LZIs erläutert, die sich über die vier Bereiche Individuelle Beratung und Betreuung, „Offener Lernraum“, Workshops und Lehrveranstaltungen sowie Forschung erstrecken. Eine erste Evaluation mittels Feedbackbögen zeigt, dass das Angebot bei den Studierenden positiv aufgenommen wird. Zukünftig soll das Angebot des LZIs weiter ausgebaut und verbessert werden. Ausgangsbasis dazu sind weitere Studien.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84754
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 189
EP  - 197
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bröker, Kathrin
A1  - Kastens, Uwe
A1  - Magenheim, Johannes
T1  - Competences of Undergraduate Computer Science Students
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - The paper presents two approaches to the development of
a Computer Science Competence Model for the needs of curriculum
development and evaluation in Higher Education. A normativetheoretical
approach is based on the AKT and ACM/IEEE curriculum
and will be used within the recommendations of the German
Informatics Society (GI) for the design of CS curricula. An empirically
oriented approach refines the categories of the first one with regard to
specific subject areas by conducting content analysis on CS curricula of
important universities from several countries. The refined model will be
used for the needs of students’ e-assessment and subsequent affirmative
action of the CS departments.
KW  - Competences
KW  - Competence Measurement
KW  - Curriculum Development
KW  - Computer Science Education
KW  - Recommendations for CS-Curricula in Higher Education
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82613
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 77
EP  - 96
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brückner, Michael
T1  - Prediction games : machine learning in the presence of an adversary
T1  - Prädiktionsspiele : maschinelles Lernen in Anwesenheit eines Gegners
N2  - In many applications one is faced with the problem of inferring some functional relation between input and output variables from given data. Consider, for instance, the task of email spam filtering where one seeks to find a model which automatically assigns new, previously unseen emails to class spam or non-spam. Building such a predictive model based on observed training inputs (e.g., emails) with corresponding outputs (e.g., spam labels) is a major goal of machine learning. Many learning methods assume that these training data are governed by the same distribution as the test data which the predictive model will be exposed to at application time. That assumption is violated when the test data are generated in response to the presence of a predictive model. This becomes apparent, for instance, in the above example of email spam filtering. Here, email service providers employ spam filters and spam senders engineer campaign templates such as to achieve a high rate of successful deliveries despite any filters. Most of the existing work casts such situations as learning robust models which are unsusceptible against small changes of the data generation process. The models are constructed under the worst-case assumption that these changes are performed such to produce the highest possible adverse effect on the performance of the predictive model. However, this approach is not capable to realistically model the true dependency between the model-building process and the process of generating future data. We therefore establish the concept of prediction games: We model the interaction between a learner, who builds the predictive model, and a data generator, who controls the process of data generation, as an one-shot game. The game-theoretic framework enables us to explicitly model the players' interests, their possible actions, their level of knowledge about each other, and the order at which they decide for an action. We model the players' interests as minimizing their own cost function which both depend on both players' actions. The learner's action is to choose the model parameters and the data generator's action is to perturbate the training data which reflects the modification of the data generation process with respect to the past data. We extensively study three instances of prediction games which differ regarding the order in which the players decide for their action. We first assume that both player choose their actions simultaneously, that is, without the knowledge of their opponent's decision. We identify conditions under which this Nash prediction game has a meaningful solution, that is, a unique Nash equilibrium, and derive algorithms that find the equilibrial prediction model. As a second case, we consider a data generator who is potentially fully informed about the move of the learner. This setting establishes a Stackelberg competition. We derive a relaxed optimization criterion to determine the solution of this game and show that this Stackelberg prediction game generalizes existing prediction models. Finally, we study the setting where the learner observes the data generator's action, that is, the (unlabeled) test data, before building the predictive model. As the test data and the training data may be governed by differing probability distributions, this scenario reduces to learning under covariate shift. We derive a new integrated as well as a two-stage method to account for this data set shift. In case studies on email spam filtering we empirically explore properties of all derived models as well as several existing baseline methods. We show that spam filters resulting from the Nash prediction game as well as the Stackelberg prediction game in the majority of cases outperform other existing baseline methods.
N2  - Eine der Aufgabenstellungen des Maschinellen Lernens ist die Konstruktion von Vorhersagemodellen basierend auf gegebenen Trainingsdaten. Ein solches Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Eingabedatum, wie beispielsweise einer E-Mail, und einer Zielgröße; zum Beispiel, ob die E-Mail durch den Empfänger als erwünscht oder unerwünscht empfunden wird. Dabei ist entscheidend, dass ein gelerntes Vorhersagemodell auch die Zielgrößen zuvor unbeobachteter Testdaten korrekt vorhersagt. Die Mehrzahl existierender Lernverfahren wurde unter der Annahme entwickelt, dass Trainings- und Testdaten derselben Wahrscheinlichkeitsverteilung unterliegen. Insbesondere in Fällen in welchen zukünftige Daten von der Wahl des Vorhersagemodells abhängen, ist diese Annahme jedoch verletzt. Ein Beispiel hierfür ist das automatische Filtern von Spam-E-Mails durch E-Mail-Anbieter. Diese konstruieren Spam-Filter basierend auf zuvor empfangenen E-Mails. Die Spam-Sender verändern daraufhin den Inhalt und die Gestaltung der zukünftigen Spam-E-Mails mit dem Ziel, dass diese durch die Filter möglichst nicht erkannt werden. Bisherige Arbeiten zu diesem Thema beschränken sich auf das Lernen robuster Vorhersagemodelle welche unempfindlich gegenüber geringen Veränderungen des datengenerierenden Prozesses sind. Die Modelle werden dabei unter der Worst-Case-Annahme konstruiert, dass diese Veränderungen einen maximal negativen Effekt auf die Vorhersagequalität des Modells haben. Diese Modellierung beschreibt die tatsächliche Wechselwirkung zwischen der Modellbildung und der Generierung zukünftiger Daten nur ungenügend. Aus diesem Grund führen wir in dieser Arbeit das Konzept der Prädiktionsspiele ein. Die Modellbildung wird dabei als mathematisches Spiel zwischen einer lernenden und einer datengenerierenden Instanz beschrieben. Die spieltheoretische Modellierung ermöglicht es uns, die Interaktion der beiden Parteien exakt zu beschreiben. Dies umfasst die jeweils verfolgten Ziele, ihre Handlungsmöglichkeiten, ihr Wissen übereinander und die zeitliche Reihenfolge, in der sie agieren. Insbesondere die Reihenfolge der Spielzüge hat einen entscheidenden Einfluss auf die spieltheoretisch optimale Lösung. Wir betrachten zunächst den Fall gleichzeitig agierender Spieler, in welchem sowohl der Lerner als auch der Datengenerierer keine Kenntnis über die Aktion des jeweils anderen Spielers haben. Wir leiten hinreichende Bedingungen her, unter welchen dieses Spiel eine Lösung in Form eines eindeutigen Nash-Gleichgewichts besitzt. Im Anschluss diskutieren wir zwei verschiedene Verfahren zur effizienten Berechnung dieses Gleichgewichts. Als zweites betrachten wir den Fall eines Stackelberg-Duopols. In diesem Prädiktionsspiel wählt der Lerner zunächst das Vorhersagemodell, woraufhin der Datengenerierer in voller Kenntnis des Modells reagiert. Wir leiten ein relaxiertes Optimierungsproblem zur Bestimmung des Stackelberg-Gleichgewichts her und stellen ein mögliches Lösungsverfahren vor. Darüber hinaus diskutieren wir, inwieweit das Stackelberg-Modell bestehende robuste Lernverfahren verallgemeinert. Abschließend untersuchen wir einen Lerner, der auf die Aktion des Datengenerierers, d.h. der Wahl der Testdaten, reagiert. In diesem Fall sind die Testdaten dem Lerner zum Zeitpunkt der Modellbildung bekannt und können in den Lernprozess einfließen. Allerdings unterliegen die Trainings- und Testdaten nicht notwendigerweise der gleichen Verteilung. Wir leiten daher ein neues integriertes sowie ein zweistufiges Lernverfahren her, welche diese Verteilungsverschiebung bei der Modellbildung berücksichtigen. In mehreren Fallstudien zur Klassifikation von Spam-E-Mails untersuchen wir alle hergeleiteten, sowie existierende Verfahren empirisch. Wir zeigen, dass die hergeleiteten spieltheoretisch-motivierten Lernverfahren in Summe signifikant bessere Spam-Filter erzeugen als alle betrachteten Referenzverfahren.
KW  - Prädiktionsspiel
KW  - Adversarial Learning
KW  - Angewandte Spieltheorie
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Spam-Filter
KW  - Prediction Game
KW  - Adversarial Learning
KW  - Applied Game Theory
KW  - Machine Learning
KW  - Spam Filtering
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60375
SN  - 978-3-86956-203-2
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buchholz, Henrik
T1  - Real-time visualization of 3D city models
T1  - Echtzeit-Visualisierung von 3D-Stadtmodellen
N2  - An increasing number of applications requires user interfaces that facilitate the handling of large geodata sets. Using virtual 3D city models, complex geospatial information can be communicated visually in an intuitive way. Therefore, real-time visualization of virtual 3D city models represents a key functionality for interactive exploration, presentation, analysis, and manipulation of geospatial data. This thesis concentrates on the development and implementation of concepts and techniques for real-time city model visualization. It discusses rendering algorithms as well as complementary modeling concepts and interaction techniques. Particularly, the work introduces a new real-time rendering technique to handle city models of high complexity concerning texture size and number of textures. Such models are difficult to handle by current technology, primarily due to two problems: - Limited texture memory: The amount of simultaneously usable texture data is limited by the memory of the graphics hardware. - Limited number of textures: Using several thousand different textures simultaneously causes significant performance problems due to texture switch operations during rendering. The multiresolution texture atlases approach, introduced in this thesis, overcomes both problems. During rendering, it permanently maintains a small set of textures that are sufficient for the current view and the screen resolution available. The efficiency of multiresolution texture atlases is evaluated in performance tests. To summarize, the results demonstrate that the following goals have been achieved: - Real-time rendering becomes possible for 3D scenes whose amount of texture data exceeds the main memory capacity. - Overhead due to texture switches is kept permanently low, so that the number of different textures has no significant effect on the rendering frame rate. Furthermore, this thesis introduces two new approaches for real-time city model visualization that use textures as core visualization elements: - An approach for visualization of thematic information. - An approach for illustrative visualization of 3D city models. Both techniques demonstrate that multiresolution texture atlases provide a basic functionality for the development of new applications and systems in the domain of city model visualization.
N2  - Eine zunehmende Anzahl von Anwendungen benötigt Benutzungsschnittstellen, um den Umgang mit großen Geodatenmengen zu ermöglichen. Virtuelle 3D-Stadtmodelle bieten eine Möglichkeit, komplexe raumbezogene Informationen auf intuitive Art und Weise visuell erfassbar zu machen. Echtzeit-Visualisierung virtueller Stadtmodelle bildet daher eine Grundlage für die interaktive Exploration, Präsentation, Analyse und Bearbeitung raumbezogener Daten. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung von Konzepten und Techniken für die Echtzeit-Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle. Diese umfassen sowohl Rendering-Algorithmen als auch dazu komplementäre Modellierungskonzepte und Interaktionstechniken. Insbesondere wird in dieser Arbeit eine neue Echtzeit-Rendering-Technik für Stadtmodelle hoher Komplexität hinsichtlich Texturgröße und Texturanzahl vorgestellt. Solche Modelle sind durch die derzeit zur Verfügung stehende Technologie schwierig zu bewältigen, vor allem aus zwei Gründen: - Begrenzter Textur-Speicher: Die Menge an gleichzeitig nutzbaren Texturdaten ist beschränkt durch den Speicher der Grafik-Hardware. - Begrenzte Textur-Anzahl: Die gleichzeitige Verwendung mehrerer tausend Texturen verursacht erhebliche Performance-Probleme aufgrund von Textur-Umschaltungs-Operationen während des Renderings. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren, das Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten löst beide Probleme. Während der Darstellung wird dazu permanent eine kleine Textur-Menge verwaltet, die für die aktuelle Sichtperspektive und die zur Verfügung stehende Bildschirmauflösung hinreichend ist. Die Effizienz des Verfahrens wird in Performance-Tests untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die folgenden Ziele erreicht werden: - Echtzeit-Darstellung wird für Modelle möglich, deren Texturdaten-Menge die Kapazität des Hauptspeichers übersteigt. - Der Overhead durch Textur-Umschaltungs-Operationen wird permanent niedrig gehalten, so dass die Anzahl der unterschiedlichen Texturen keinen wesentlichen Einfluss auf die Bildrate der Darstellung hat. Die Arbeit stellt außerdem zwei neue Ansätze zur 3D-Stadtmodell-Visualisierung vor, in denen Texturen als zentrale Visualisierungselemente eingesetzt werden: - Ein Verfahren zur Visualisierung thematischer Informationen. - Ein Verfahren zur illustrativen Visualisierung von 3D-Stadtmodellen. Beide Ansätze zeigen, dass Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten eine Grundlage für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der 3D-Stadtmodell-Visualisierung bietet.
KW  - Computergrafik
KW  - Geovisualisierung
KW  - 3D-Stadtmodelle
KW  - Texturen
KW  - computer graphics
KW  - geovisualization
KW  - 3d city models
KW  - textures
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13337
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bärmann, Daniel
T1  - Aufzählen von DNA-Codes
T1  - Enumeration of DNA codes
N2  - In dieser Arbeit wird ein Modell zum Aufzählen von DNA-Codes entwickelt. Indem eine Ordnung auf der Menge aller DNA-Codewörter eingeführt und auf die Menge aller Codes erweitert wird, erlaubt das Modell das Auffinden von DNA-Codes mit bestimmten Eigenschaften, wie Überlappungsfreiheit, Konformität, Kommafreiheit, Stickyfreiheit, Überhangfreiheit, Teilwortkonformität und anderer bezüglich einer gegebenen Involution auf der Menge der Codewörter. Ein auf Grundlage des geschaffenen Modells entstandenes Werkzeug erlaubt das Suchen von Codes mit beliebigen Kombinationen von Codeeigenschaften. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Untersuchung der Optimalität von DNA-Codes bezüglich ihrer Informationsrate sowie das Finden solider DNA-Codes.
N2  - In this work a model for enumerating DNA codes is developed. By applying an order on the set of DNA codewords and extending this order on the set of codes, this model assists in the discovery of DNA codes with properties like non-overlappingness, compliance, comma-freeness, sticky-freeness, overhang-freeness, subword-compliance, solidness and others with respect to a given involution on the set of codewords. This tool can be used to find codes with arbitrary combinations of code properties with respect to the standard Watson-Crick-DNA involution. The work also investigates DNA codes with respect to the optimizing of the information rate, as well as finding solid DNA codes.
KW  - DNS
KW  - Code
KW  - Codierung
KW  - Aufzählung
KW  - Suche
KW  - Biocomputing
KW  - DNA
KW  - code
KW  - enumeration
KW  - search
KW  - bio-computing
KW  - DNA computing
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10264
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böhm, Christoph
T1  - Enriching the Web of Data with topics and links
T1  - Anreicherung des Web of Data mit Themen und Verknüpfungen
N2  - This thesis presents novel ideas and research findings for the Web of Data – a global data space spanning many so-called Linked Open Data sources. Linked Open Data adheres to a set of simple principles to allow easy access and reuse for data published on the Web. Linked Open Data is by now an established concept and many (mostly academic) publishers adopted the principles building a powerful web of structured knowledge available to everybody. However, so far, Linked Open Data does not yet play a significant role among common web technologies that currently facilitate a high-standard Web experience. In this work, we thoroughly discuss the state-of-the-art for Linked Open Data and highlight several shortcomings – some of them we tackle in the main part of this work. First, we propose a novel type of data source meta-information, namely the topics of a dataset. This information could be published with dataset descriptions and support a variety of use cases, such as data source exploration and selection. For the topic retrieval, we present an approach coined Annotated Pattern Percolation (APP), which we evaluate with respect to topics extracted from Wikipedia portals. Second, we contribute to entity linking research by presenting an optimization model for joint entity linking, showing its hardness, and proposing three heuristics implemented in the LINked Data Alignment (LINDA) system. Our first solution can exploit multi-core machines, whereas the second and third approach are designed to run in a distributed shared-nothing environment. We discuss and evaluate the properties of our approaches leading to recommendations which algorithm to use in a specific scenario. The distributed algorithms are among the first of their kind, i.e., approaches for joint entity linking in a distributed fashion. Also, we illustrate that we can tackle the entity linking problem on the very large scale with data comprising more than 100 millions of entity representations from very many sources. Finally, we approach a sub-problem of entity linking, namely the alignment of concepts. We again target a method that looks at the data in its entirety and does not neglect existing relations. Also, this concept alignment method shall execute very fast to serve as a preprocessing for further computations. Our approach, called Holistic Concept Matching (HCM), achieves the required speed through grouping the input by comparing so-called knowledge representations. Within the groups, we perform complex similarity computations, relation conclusions, and detect semantic contradictions. The quality of our result is again evaluated on a large and heterogeneous dataset from the real Web. In summary, this work contributes a set of techniques for enhancing the current state of the Web of Data. All approaches have been tested on large and heterogeneous real-world input.
N2  - Die vorliegende Arbeit stellt neue Ideen sowie Forschungsergebnisse für das Web of Data vor. Hierbei handelt es sich um ein globales Netz aus sogenannten Linked Open Data (LOD) Quellen. Diese Datenquellen genügen gewissen Prinzipien, um Nutzern einen leichten Zugriff über das Internet und deren Verwendung zu ermöglichen. LOD ist bereits weit verbreitet und es existiert eine Vielzahl von Daten-Veröffentlichungen entsprechend der LOD Prinzipien. Trotz dessen ist LOD bisher kein fester Baustein des Webs des 21. Jahrhunderts. Die folgende Arbeit erläutert den aktuellen Stand der Forschung und Technik für Linked Open Data und identifiziert dessen Schwächen. Einigen Schwachstellen von LOD widmen wir uns in dem darauf folgenden Hauptteil. Zu Beginn stellen wir neuartige Metadaten für Datenquellen vor – die Themen von Datenquellen (engl. Topics). Solche Themen könnten mit Beschreibungen von Datenquellen veröffentlicht werden und eine Reihe von Anwendungsfällen, wie das Auffinden und Explorieren relevanter Daten, unterstützen. Wir diskutieren unseren Ansatz für die Extraktion dieser Metainformationen – die Annotated Pattern Percolation (APP). Experimentelle Ergebnisse werden mit Themen aus Wikipedia Portalen verglichen. Des Weiteren ergänzen wir den Stand der Forschung für das Auffinden verschiedener Repräsentationen eines Reale-Welt-Objektes (engl. Entity Linking). Für jenes Auffinden werden nicht nur lokale Entscheidungen getroffen, sondern es wird die Gesamtheit der Objektbeziehungen genutzt. Wir diskutieren unser Optimierungsmodel, beweisen dessen Schwere und präsentieren drei Ansätze zur Berechnung einer Lösung. Alle Ansätze wurden im LINked Data Alignment (LINDA) System implementiert. Die erste Methode arbeitet auf einer Maschine, kann jedoch Mehrkern-Prozessoren ausnutzen. Die weiteren Ansätze wurden für Rechnercluster ohne gemeinsamen Speicher entwickelt. Wir evaluieren unsere Ergebnisse auf mehr als 100 Millionen Entitäten und erläutern Vor- sowie Nachteile der jeweiligen Ansätze. Im verbleibenden Teil der Arbeit behandeln wir das Linking von Konzepten – ein Teilproblem des Entity Linking. Unser Ansatz, Holistic Concept Matching (HCM), betrachtet abermals die Gesamtheit der Daten. Wir gruppieren die Eingabe um eine geringe Laufzeit bei der Verarbeitung von mehreren Hunderttausenden Konzepten zu erreichen. Innerhalb der Gruppen berechnen wir komplexe Ähnlichkeiten, und spüren semantische Schlussfolgerungen und Widersprüche auf. Die Qualität des Ergebnisses evaluieren wir ebenfalls auf realen Datenmengen. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zum aktuellen Stand der Forschung für das Web of Data bei. Alle diskutierten Techniken wurden mit realen, heterogenen und großen Datenmengen getestet.
KW  - Web of Data
KW  - graph clustering
KW  - topics
KW  - entity alignment
KW  - map/reduce
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68624
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  - JOUR
A1  - Böhne, Sebastian
A1  - Kreitz, Christoph
A1  - Knobelsdorf, Maria
T1  - Mathematisches Argumentieren und Beweisen mit dem Theorembeweiser Coq
JF  - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2  - Informatik-Studierende haben in der Mehrzahl Schwierigkeiten, einen Einstieg in die Theoretische
Informatik zu finden und die Leistungsanforderungen in den
Endklausuren der zugehörigen Lehrveranstaltungen zu erfüllen. Wir argumentieren, dass dieser Symptomatik mangelnde Kompetenzen im Umgang mit abstrakten und stark formalisierten Themeninhalten zugrunde liegen und schlagen vor, einen Beweisassistenten als interaktives Lernwerkzeug in der Eingangslehre der Theoretischen Informatik zu nutzen, um entsprechende Kompetenzen zu stärken.
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94824
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 10
SP  - 69
EP  - 80
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böken, Björn
T1  - Improving prediction accuracy using dynamic information
N2  - Accurately solving classification problems nowadays is likely to be the most relevant machine learning task. Binary classification separating two classes only is algorithmically simpler but has fewer potential applications as many real-world problems are multi-class. On the reverse, separating only a subset of classes simplifies the classification task. Even though existing multi-class machine learning algorithms are very flexible regarding the number of classes, they assume that the target set Y is fixed and cannot be restricted once the training is finished. On the other hand, existing state-of-the-art production environments are becoming increasingly interconnected with the advance of Industry 4.0 and related technologies such that additional information can simplify the respective classification problems. In light of this, the main aim of this thesis is to introduce dynamic classification that generalizes multi-class classification such that the target class set can be restricted arbitrarily to a non-empty class subset M of Y at any time between two consecutive predictions.

This task is solved by a combination of two algorithmic approaches. First, classifier calibration, which transforms predictions into posterior probability estimates that are intended to be well calibrated. The analysis provided focuses on monotonic calibration and in particular corrects wrong statements that appeared in the literature. It also reveals that bin-based evaluation metrics, which became popular in recent years, are unjustified and should not be used at all. Next, the validity of Platt scaling, which is the most relevant parametric calibration approach, is analyzed in depth. In particular, its optimality for classifier predictions distributed according to four different families of probability distributions as well its equivalence with Beta calibration up to a sigmoidal preprocessing are proven. For non-monotonic calibration, extended variants on kernel density estimation and the ensemble method EKDE are introduced. Finally, the calibration techniques are evaluated using a simulation study with complete information as well as on a selection of 46 real-world data sets.

Building on this, classifier calibration is applied as part of decomposition-based classification that aims to reduce multi-class problems to simpler (usually binary) prediction tasks. For the involved fusing step performed at prediction time, a new approach based on evidence theory is presented that uses classifier calibration to model mass functions. This allows the analysis of decomposition-based classification against a strictly formal background and to prove closed-form equations for the overall combinations. Furthermore, the same formalism leads to a consistent integration of dynamic class information, yielding a theoretically justified and computationally tractable dynamic classification model. The insights gained from this modeling are combined with pairwise coupling, which is one of the most relevant reduction-based classification approaches, such that all individual predictions are combined with a weight. This not only generalizes existing works on pairwise coupling but also enables the integration of dynamic class information.

Lastly, a thorough empirical study is performed that compares all newly introduced approaches to existing state-of-the-art techniques. For this, evaluation metrics for dynamic classification are introduced that depend on corresponding sampling strategies. Thereafter, these are applied during a three-part evaluation. First, support vector machines and random forests are applied on 26 data sets from the UCI Machine Learning Repository. Second, two state-of-the-art deep neural networks are evaluated on five benchmark data sets from a relatively recent reference work. Here, computationally feasible strategies to apply the presented algorithms in combination with large-scale models are particularly relevant because a naive application is computationally intractable. Finally, reference data from a real-world process allowing the inclusion of dynamic class information are collected and evaluated. The results show that in combination with support vector machines and random forests, pairwise coupling approaches yield the best results, while in combination with deep neural networks, differences between the different approaches are mostly small to negligible. Most importantly, all results empirically confirm that dynamic classification succeeds in improving the respective prediction accuracies. Therefore, it is crucial to pass dynamic class information in respective applications, which requires an appropriate digital infrastructure.
N2  - Klassifikationsprobleme akkurat zu lösen ist heutzutage wahrscheinlich die relevanteste Machine-Learning-Aufgabe. Binäre Klassifikation zur Unterscheidung von nur zwei Klassen ist algorithmisch einfacher, hat aber weniger potenzielle Anwendungen, da in der Praxis oft Mehrklassenprobleme auftreten. Demgegenüber vereinfacht die Unterscheidung nur innerhalb einer Untermenge von Klassen die Problemstellung. Obwohl viele existierende Machine-Learning-Algorithmen sehr flexibel mit Blick auf die Anzahl der Klassen sind, setzen sie voraus, dass die Zielmenge Y fest ist und nicht mehr eingeschränkt werden kann, sobald das Training abgeschlossen ist. Allerdings sind moderne Produktionsumgebungen mit dem Voranschreiten von Industrie 4.0 und entsprechenden Technologien zunehmend digital verbunden, sodass zusätzliche Informationen die entsprechenden Klassifikationsprobleme vereinfachen können. Vor diesem Hintergrund ist das Hauptziel dieser Arbeit, dynamische Klassifikation als Verallgemeinerung von Mehrklassen-Klassifikation einzuführen, bei der die Zielmenge jederzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorhersagen zu einer beliebigen, nicht leeren Teilmenge eingeschränkt werden kann.

 Diese Aufgabe wird durch die Kombination von zwei algorithmischen Ansätzen gelöst. Zunächst wird Klassifikator-Kalibrierung eingesetzt, mittels der Vorhersagen in Schätzungen der A-Posteriori-Wahrscheinlichkeiten transformiert werden, die gut kalibriert sein sollen. Die durchgeführte Analyse zielt auf monotone Kalibrierung ab und korrigiert insbesondere Falschaussagen, die in Referenzarbeiten veröffentlicht wurden. Außerdem zeigt sie, dass Bin-basierte Fehlermaße, die in den letzten Jahren populär geworden sind, ungerechtfertigt sind und nicht verwendet werden sollten. Weiterhin wird die Validität von Platt Scaling, dem relevantesten, parametrischen Kalibrierungsverfahren, genau analysiert. Insbesondere wird seine Optimalität für Klassifikatorvorhersagen, die gemäß vier Familien von Verteilungsfunktionen verteilt sind, sowie die Äquivalenz zu Beta-Kalibrierung bis auf eine sigmoidale Vorverarbeitung gezeigt. Für nicht monotone Kalibrierung werden erweiterte Varianten der Kerndichteschätzung und die Ensemblemethode EKDE eingeführt. Schließlich werden die Kalibrierungsverfahren im Rahmen einer Simulationsstudie mit vollständiger Information sowie auf 46 Referenzdatensätzen ausgewertet.

 Hierauf aufbauend wird Klassifikator-Kalibrierung als Teil von reduktionsbasierter Klassifikation eingesetzt, die zum Ziel hat, Mehrklassenprobleme auf einfachere (üblicherweise binäre) Entscheidungsprobleme zu reduzieren. Für den zugehörigen, während der Vorhersage notwendigen Fusionsschritt wird ein neuer, auf Evidenztheorie basierender Ansatz eingeführt, der Klassifikator-Kalibrierung zur Modellierung von Massefunktionen nutzt. Dies ermöglicht die Analyse von reduktionsbasierter Klassifikation in einem formalen Kontext sowie geschlossene Ausdrücke für die entsprechenden Gesamtkombinationen zu beweisen. Zusätzlich führt derselbe Formalismus zu einer konsistenten Integration von dynamischen Klasseninformationen, sodass sich ein theoretisch fundiertes und effizient zu berechnendes, dynamisches Klassifikationsmodell ergibt. Die hierbei gewonnenen Einsichten werden mit Pairwise Coupling, einem der relevantesten Verfahren für reduktionsbasierte Klassifikation, verbunden, wobei alle individuellen Vorhersagen mit einer Gewichtung kombiniert werden. Dies verallgemeinert nicht nur existierende Ansätze für Pairwise Coupling, sondern führt darüber hinaus auch zu einer Integration von dynamischen Klasseninformationen.

 Abschließend wird eine umfangreiche empirische Studie durchgeführt, die alle neu eingeführten Verfahren mit denen aus dem Stand der Forschung vergleicht. Hierfür werden Bewertungsfunktionen für dynamische Klassifikation eingeführt, die auf Sampling-Strategien basieren. Anschließend werden diese im Rahmen einer dreiteiligen Studie angewendet. Zunächst werden Support Vector Machines und Random Forests auf 26 Referenzdatensätzen aus dem UCI Machine Learning Repository angewendet. Im zweiten Teil werden zwei moderne, tiefe neuronale Netze auf fünf Referenzdatensätzen aus einer relativ aktuellen Referenzarbeit ausgewertet. Hierbei sind insbesondere Strategien relevant, die die Anwendung der eingeführten Verfahren in Verbindung mit großen Modellen ermöglicht, da eine naive Vorgehensweise nicht durchführbar ist. Schließlich wird ein Referenzdatensatz aus einem Produktionsprozess gewonnen, der die Integration von dynamischen Klasseninformationen ermöglicht, und ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Pairwise-Coupling-Verfahren in Verbindung mit Support Vector Machines und Random Forests die besten Ergebnisse liefern, während in Verbindung mit tiefen neuronalen Netzen die Unterschiede zwischen den Verfahren oft klein bis vernachlässigbar sind. Am wichtigsten ist, dass alle Ergebnisse zeigen, dass dynamische Klassifikation die entsprechenden Erkennungsgenauigkeiten verbessert. Daher ist es entscheidend, dynamische Klasseninformationen in den entsprechenden Anwendungen zur Verfügung zu stellen, was eine entsprechende digitale Infrastruktur erfordert.
KW  - dynamic classification
KW  - multi-class classification
KW  - classifier calibration
KW  - evidence theory
KW  - Dempster–Shafer theory
KW  - Deep Learning
KW  - Deep Learning
KW  - Dempster-Shafer-Theorie
KW  - Klassifikator-Kalibrierung
KW  - dynamische Klassifikation
KW  - Evidenztheorie
KW  - Mehrklassen-Klassifikation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-585125
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Büchner, Steffen
T1  - Empirical and Normative Research on Fundamental Ideas of Embedded System Development
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW  - Theory
KW  - Embedded Systems
KW  - Fundamental Ideas
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82949
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 393
EP  - 396
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Junchao
T1  - A self-adaptive resilient method for implementing and managing the high-reliability processing system
T1  - Eine selbstadaptive belastbare Methode zum Implementieren und Verwalten von hochzuverlässigen Verarbeitungssysteme
N2  - As a result of CMOS scaling, radiation-induced Single-Event Effects (SEEs) in electronic circuits became a critical reliability issue for modern Integrated Circuits (ICs) operating under harsh radiation conditions. SEEs can be triggered in combinational or sequential logic by the impact of high-energy particles, leading to destructive or non-destructive faults, resulting in data corruption or even system failure. Typically, the SEE mitigation methods are deployed statically in processing architectures based on the worst-case radiation conditions, which is most of the time unnecessary and results in a resource overhead. Moreover, the space radiation conditions are dynamically changing, especially during Solar Particle Events (SPEs). The intensity of space radiation can differ over five orders of magnitude within a few hours or days, resulting in several orders of magnitude fault probability variation in ICs during SPEs. This thesis introduces a comprehensive approach for designing a self-adaptive fault resilient multiprocessing system to overcome the static mitigation overhead issue. This work mainly addresses the following topics: (1) Design of on-chip radiation particle monitor for real-time radiation environment detection, (2) Investigation of space environment predictor, as support for solar particle events forecast, (3) Dynamic mode configuration in the resilient multiprocessing system. Therefore, according to detected and predicted in-flight space radiation conditions, the target system can be configured to use no mitigation or low-overhead mitigation during non-critical periods of time. The redundant resources can be used to improve system performance or save power. On the other hand, during increased radiation activity periods, such as SPEs, the mitigation methods can be dynamically configured appropriately depending on the real-time space radiation environment, resulting in higher system reliability. Thus, a dynamic trade-off in the target system between reliability, performance and power consumption in real-time can be achieved. All results of this work are evaluated in a highly reliable quad-core multiprocessing system that allows the self-adaptive setting of optimal radiation mitigation mechanisms during run-time. Proposed methods can serve as a basis for establishing a comprehensive self-adaptive resilient system design process. Successful implementation of the proposed design in the quad-core multiprocessor shows its application perspective also in the other designs.
N2  - Infolge der CMOS-Skalierung wurden strahleninduzierte Einzelereignis-Effekte (SEEs) in elektronischen Schaltungen zu einem kritischen Zuverlässigkeitsproblem für moderne integrierte Schaltungen (ICs), die unter rauen Strahlungsbedingungen arbeiten. SEEs können in der kombinatorischen oder sequentiellen Logik durch den Aufprall hochenergetischer Teilchen ausgelöst werden, was zu destruktiven oder nicht-destruktiven Fehlern und damit zu Datenverfälschungen oder sogar Systemausfällen führt. Normalerweise werden die Methoden zur Abschwächung von SEEs statisch in Verarbeitungsarchitekturen auf der Grundlage der ungünstigsten Strahlungsbedingungen eingesetzt, was in den meisten Fällen unnötig ist und zu einem Ressourcen-Overhead führt. Darüber hinaus ändern sich die Strahlungsbedingungen im Weltraum dynamisch, insbesondere während Solar Particle Events (SPEs). Die Intensität der Weltraumstrahlung kann sich innerhalb weniger Stunden oder Tage um mehr als fünf Größenordnungen ändern, was zu einer Variation der Fehlerwahrscheinlichkeit in ICs während SPEs um mehrere Größenordnungen führt. In dieser Arbeit wird ein umfassender Ansatz für den Entwurf eines selbstanpassenden, fehlerresistenten Multiprozessorsystems vorgestellt, um das Problem des statischen Mitigation-Overheads zu überwinden. Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit den folgenden Themen: (1) Entwurf eines On-Chip-Strahlungsteilchen Monitors zur Echtzeit-Erkennung von Strahlung Umgebungen, (2) Untersuchung von Weltraumumgebungsprognosen zur Unterstützung der Vorhersage von solaren Teilchen Ereignissen, (3) Konfiguration des dynamischen Modus in einem belastbaren Multiprozessorsystem. Daher kann das Zielsystem je nach den erkannten und vorhergesagten Strahlungsbedingungen während des Fluges so konfiguriert werden, dass es während unkritischer Zeiträume keine oder nur eine geringe Strahlungsminderung vornimmt. Die redundanten Ressourcen können genutzt werden, um die Systemleistung zu verbessern oder Energie zu sparen. In Zeiten erhöhter Strahlungsaktivität, wie z. B. während SPEs, können die Abschwächungsmethoden dynamisch und in Abhängigkeit von der Echtzeit-Strahlungsumgebung im Weltraum konfiguriert werden, was zu einer höheren Systemzuverlässigkeit führt. Auf diese Weise kann im Zielsystem ein dynamischer Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit, Leistung und Stromverbrauch in Echtzeit erreicht werden. Alle Ergebnisse dieser Arbeit wurden in einem hochzuverlässigen Quad-Core-Multiprozessorsystem evaluiert, das die selbstanpassende Einstellung optimaler Strahlungsschutzmechanismen während der Laufzeit ermöglicht. Die vorgeschlagenen Methoden können als Grundlage für die Entwicklung eines umfassenden, selbstanpassenden und belastbaren Systementwurfsprozesses dienen. Die erfolgreiche Implementierung des vorgeschlagenen Entwurfs in einem Quad-Core-Multiprozessor zeigt, dass er auch für andere Entwürfe geeignet ist.
KW  - single event upset
KW  - solar particle event
KW  - machine learning
KW  - self-adaptive multiprocessing system
KW  - maschinelles Lernen
KW  - selbstanpassendes Multiprozessorsystem
KW  - strahleninduzierte Einzelereignis-Effekte
KW  - Sonnenteilchen-Ereignis
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583139
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Christensen, Rhonda
A1  - Knezek, Gerald
T1  - The Technology Proficiency Self-Assessment Questionnaire (TPSA)
BT  - Evolution of a Self-Efficacy Measure for Technology Integration
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - The Technology Proficiency Self-Assessment (TPSA) questionnaire
has been used for 15 years in the USA and other nations as a
self-efficacy measure for proficiencies fundamental to effective technology
integration in the classroom learning environment. Internal consistency
reliabilities for each of the five-item scales have typically ranged
from .73 to .88 for preservice or inservice technology-using teachers.
Due to changing technologies used in education, researchers sought to
renovate partially obsolete items and extend self-efficacy assessment to
new areas, such as social media and mobile learning. Analysis of 2014
data gathered on a new, 34 item version of the TPSA indicates that the
four established areas of email, World Wide Web (WWW), integrated
applications, and teaching with technology continue to form consistent
scales with reliabilities ranging from .81 to .93, while the 14 new items
gathered to represent emerging technologies and media separate into
two scales, each with internal consistency reliabilities greater than .9.
The renovated TPSA is deemed to be worthy of continued use in the
teaching with technology context.
KW  - Technology proficiency
KW  - self-efficacy
KW  - teacher competencies
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82838
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 311
EP  - 318
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Christgau, Steffen
T1  - One-sided communication on a non-cache-coherent many-core architecture
T1  - Einseitige Kommunikation auf einer nicht-cache-kohärenten Vielkern-Prozessorarchitektur
N2  - Aktuelle Mehrkernprozessoren stellen parallele Systeme dar, die den darauf ausgeführten Programmen gemeinsamen Speicher zur Verfügung stellen. Sowohl die ansteigende Kernanzahlen in sogenannten Vielkernprozessoren (many-core processors) als auch die weiterhin steigende Leistungsfähigkeit der einzelnen Kerne erfordert hohe Bandbreiten, die das Speichersystem des Prozessors liefern muss. Hardware-basierte Cache-Kohärenz stößt in aktuellen Vielkernprozessoren an Grenzen des praktisch Machbaren. Dementsprechend müssen alternative Architekturen und entsprechend geeignete Programmiermodelle untersucht werden.

In dieser Arbeit wird der Single-Chip Cloud Computer (SCC), ein nicht-cachekohärenter Vielkernprozessor betrachtet, der aus 48, über ein Gitternetzwerk verbundenen Kernen besteht. Obwohl der Prozessor für nachrichten-basierte Kommunikation entwickelt worden ist, zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass einseitige Kommunikation auf Basis gemeinsamen Speichers effizient auf diesem Architekturtyp realisiert werden kann. Einseitige Kommunikation ermöglicht Datenaustausch zwischen Prozessen, bei der der Empfänger keine Details über die stattfindende Kommunikation besitzen muss. Im Sinne des MPI-Standards ist so ein Zugriff auf Speicher entfernter Prozesse möglich. Zur Umsetzung dieses Konzepts auf nicht-kohärenten Architekturen werden in dieser Arbeit sowohl eine effiziente Prozesssynchronisation als auch ein Kommunikationsschema auf Basis von software-basierter Cache-Kohärenz erarbeitet und untersucht.

Die Prozesssynchronisation setzt das Konzept der general active target synchronization aus dem MPI-Standard um. Ein existierendes Klassifikationsschema für dessen Implementierungen wird erweitert und zur Identifikation einer geeigneten Klasse für die nicht-kohärente Plattform des SCC verwendet. Auf Grundlage der Klassifikation werden existierende Implementierungen analysiert, daraus geeignete Konzepte extrahiert und ein leichtgewichtiges Synchronisationsprotokoll für den SCC entwickelt, das sowohl gemeinsamen Speicher als auch ungecachete Speicherzugriffe verwendet. Das vorgestellte Schema ist nicht anfällig für Verzögerungen zwischen Prozessen und erlaubt
direkte Kommunikation sobald beide Kommunikationspartner dafür bereit sind. Die experimentellen Ergebnisse zeigen ein sehr gutes Skaliserungsverhalten und eine fünffach geringere Latenz für die Prozesssynchronisation im Vergleich zu einer auf Nachrichten basierenden MPI-Implementierung des SCC.

Für die Kommunikation wird mit SCOSCo ein auf gemeinsamen Speicher und software-basierter Cache-Kohärenz basierenden Konzept vorgestellt. Entsprechende Anforderungen an die Kohärenz, die dem MPI-Standard entsprechen, werden aufgestellt und eine schlanke Implementierung auf Basis der Hard- und Software-Funktionalitäten des SCCs entwickelt. Trotz einer aufgedecktem Fehlfunktion im Speichersubsystem des SCC kann in den experimentellen Auswertungen von Mikrobenchmarks eine fünffach verbesserte Bandbreite und eine nahezu vierfach verringerte Latenz beobachtet werden. In Anwendungsexperimenten, wie einer dreidimensionalen schnellen Fourier-Transformation, kann der Anteil der Kommunikation an der Laufzeit um den Faktor fünf reduziert werden. In Ergänzung dazu werden in dieser Arbeit Konzepte aufgestellt, die in zukünftigen Architekturen, die Cache-Kohärenz nicht auf einer globalen Ebene des Prozessors liefern können, für die Umsetzung von Software-basierter Kohärenz für einseitige Kommunikation hilfreich sind.
N2  - Contemporary multi-core processors are parallel systems that also provide shared memory for programs running on them.  Both the increasing number of cores in so-called many-core systems and the still growing computational power of the cores demand for memory systems that are able to deliver high bandwidths. Caches are essential components to satisfy this requirement. Nevertheless, hardware-based cache coherence in many-core chips faces practical limits to provide both coherence and high memory bandwidths. In addition, a shift away from global coherence can be observed. As a result, alternative architectures and suitable programming models need to be investigated.

This thesis focuses on fast communication for non-cache-coherent many-core architectures. Experiments are conducted on the Single-Chip Cloud Computer (SCC), a non-cache-coherent many-core processor with 48 mesh-connected cores. Although originally designed for message passing, the results of this thesis show that shared memory can be efficiently used for one-sided communication on this kind of architecture. One-sided communication enables data exchanges between processes where the receiver is not required to know the details of the performed communication. In the notion of the Message Passing Interface (MPI) standard, this type of communication allows to access memory of remote processes. In order to support this communication scheme on non-cache-coherent architectures, both an efficient process synchronization and a communication scheme with software-managed cache coherence are designed and investigated.

The process synchronization realizes the concept of the general active target synchronization scheme from the MPI standard. An existing classification of implementation approaches is extended and used to identify an appropriate class for the non-cache-coherent shared memory platform. Based on this classification, existing implementations are surveyed in order to find beneficial concepts, which are then used to design a lightweight synchronization protocol for the SCC that uses shared memory and uncached memory accesses. The proposed scheme is not prone to process skew and also enables direct communication as soon as both communication partners are ready.  Experimental results show very good scaling properties and up to five times lower synchronization latency compared to a tuned message-based MPI implementation for the SCC.

For the communication, SCOSCo, a shared memory approach with software-managed cache coherence, is presented. According requirements for the coherence that fulfill MPI's separate memory model are formulated, and a lightweight implementation exploiting SCC hard- and software features is developed. Despite a discovered malfunction in the SCC's memory subsystem, the experimental evaluation of the design reveals up to five times better bandwidths and nearly four times lower latencies in micro-benchmarks compared to the SCC-tuned but message-based MPI library. For application benchmarks, like a parallel 3D fast Fourier transform, the runtime share of communication can be reduced by a factor of up to five. In addition, this thesis postulates beneficial hardware concepts that would support software-managed coherence for one-sided communication on future non-cache-coherent architectures where coherence might be only available in local subdomains but not on a global processor level.
KW  - parallel programming
KW  - middleware
KW  - Message Passing Interface
KW  - one-sided communication
KW  - software-based cache coherence
KW  - process synchronization
KW  - parallele Programmierung
KW  - einseitige Kommunikation
KW  - Software-basierte Cache-Kohärenz
KW  - Prozesssynchronisierung
KW  - Message Passing Interface
KW  - Middleware
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-403100
ER  - 
TY  - THES
A1  - Cichalla, Anika Katleen
T1  - Ein konstruktivistisches Modell für die Didaktik der Informatik im Bachelorstudium
T1  - A constructivistic model for the didactics of computational science in bachelor studies
N2  - Lehrende in der Lehrkräfteausbildung sind stets damit konfrontiert, dass sie den Studierenden innovative Methoden modernen Schulunterrichts traditionell rezipierend vorstellen. In Deutschland gibt es circa 40 Universitäten, die Informatik mit Lehramtsbezug ausbilden. Allerdings gibt es nur wenige Konzepte, die sich mit der Verbindung von Bildungswissenschaften und der Informatik mit ihrer Didaktik beschäftigen und keine Konzepte, die eine konstruktivistische Lehre in der Informatik verfolgen.
Daher zielt diese Masterarbeit darauf ab, diese Lücke aufgreifen und anhand des „Didaktik der Informatik I“ Moduls der Universität Potsdam ein Modell zur konstruktivistischen Hochschullehre zu entwickeln. Dabei soll ein bestehendes konstruktivistisches Lehrmodell auf die Informatikdidaktik übertragen und Elemente zur Verbindung von Bildungswissenschaften, Fachwissenschaften und Fachdidaktiken mit einbezogen werden. Dies kann eine Grundlage für die Planung von Informatikdidaktischen Modulen bieten, aber auch als Inspiration zur Übertragung bestehender innovativer Lehrkonzepte auf andere Fachdidaktiken dienen.
Um ein solches konstruktivistisches Lehr-Lern-Modell zu erstellen, wird zunächst der Zusammenhang von Bildungswissenschaften, Fachwissenschaften und Fachdidaktiken erläutert und anschließend die Notwendigkeit einer Vernetzung hervorgehoben. Hieran folgt eine Darstellung zu relevanten Lerntheorien und bereits entwickelten innovativen Lernkonzepten. Anknüpfend wird darauf eingegangen, welche Anforderungen die Kultusminister- Konferenz an die Ausbildung von Lehrkräften stellt und wie diese Ausbildung für die Informatik momentan an der Universität Potsdam erfolgt. Aus allen Erkenntnissen heraus werden Anforderungen an ein konstruktivistisches Lehrmodell festgelegt. Unter Berücksichtigung der Voraussetzungen der Studienordnung für das Lehramt Informatik wird anschließend ein Modell für konstruktivistische Informatikdidaktik vorgestellt.
Weiterführende Forschung könnte sich damit auseinandersetzen, inwiefern sich die Motivation und Leistung im vergleich zum ursprünglichen Modul ändert und ob die Kompetenzen zur Unterrichtsplanung und Unterrichtsgestaltung durch das neue Modulkonzept stärker ausgebaut werden können.
N2  - Teachers in teacher training are always confronted with the fact that they present innovative methods of modern school teaching to students in a traditionally receptive way. In Germany, there are about 40 universities that train computational science with a focus on teaching. However, there are only a few concepts that deal with the connection of educational science and computer science with its didactics and no concepts that pursue constructivist teaching in computational science.

Therefore, this master thesis aims to address this gap and to develop a model for constructivist university teaching based on the "Didactics of Computational Science I" module at the University of Potsdam. An existing constructivist teaching model is to be transferred to computational science didactics and elements for the connection of general pedagogy, scientific theory and didactics are to be included. This can provide a basis for planning computational science didactic modules, but also serve as inspiration for transferring existing innovative teaching concepts to other subject didactics.

In order to create such a constructivist teaching-learning model, the interrelationship of general pedagogy, scientific theory and didactics is first explained and then the necessity of networking is emphasized. This is followed by a presentation of relevant learning theories and innovative learning concepts already developed. Subsequently, the requirements of the Standing Conference of the Ministers of Education and Cultural Affairs (Kultusministerkonferenz) for the training of teachers and how this training for computer science is currently carried out at the University of Potsdam are discussed. From all findings, requirements for a constructivist teaching model are defined. Taking into account the requirements of the study regulations for the computer science teaching profession, a model for constructivist computer science didactics is then presented.

Further research could address the extent to which motivation and performance change in comparison to the original module and whether the competencies for lesson planning and lesson design can be more developed on base of the new module concept.
KW  - education
KW  - university education
KW  - teacher training
KW  - Hochschulbildung
KW  - Lehrkräfteausbildung
KW  - Konstruktivismus
KW  - construktivism
KW  - Informatik
KW  - Informatikdidaktik
KW  - Computational Science
KW  - didactics
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550710
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Curzon, Paul
T1  - Unplugged Computational Thinking for Fun
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Computational thinking is a fundamental skill set that is learned
by studying Informatics and ICT. We argue that its core ideas can
be introduced in an inspiring and integrated way to both teachers and
students using fun and contextually rich cs4fn ‘Computer Science for
Fun’ stories combined with ‘unplugged’ activities including games and
magic tricks. We also argue that understanding people is an important
part of computational thinking. Computational thinking can be fun for
everyone when taught in kinaesthetic ways away from technology.
KW  - Computational thinking
KW  - cs4fn
KW  - ‘unplugged’ computing
KW  - kinaesthetic teaching
KW  - fun
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82575
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 15
EP  - 27
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Curzon, Paul
A1  - Kalas, Ivan
A1  - Schubert, Sigrid
A1  - Schaper, Niclas
A1  - Barnes, Jan
A1  - Kennewell, Steve
A1  - Bröker, Kathrin
A1  - Kastens, Uwe
A1  - Magenheim, Johannes
A1  - Dagiene, Valentina
A1  - Stupuriene, Gabriele
A1  - Ellis, Jason Brent
A1  - Abreu-Ellis, Carla Reis
A1  - Grillenberger, Andreas
A1  - Romeike, Ralf
A1  - Haugsbakken, Halvdan
A1  - Jones, Anthony
A1  - Lewin, Cathy
A1  - McNicol, Sarah
A1  - Nelles, Wolfgang
A1  - Neugebauer, Jonas
A1  - Ohrndorf, Laura
A1  - Schaper, Niclas
A1  - Schubert, Sigrid
A1  - Opel, Simone
A1  - Kramer, Matthias
A1  - Trommen, Michael
A1  - Pottbäcker, Florian
A1  - Ilaghef, Youssef
A1  - Passig, David
A1  - Tzuriel, David
A1  - Kedmi, Ganit Eshel
A1  - Saito, Toshinori
A1  - Webb, Mary
A1  - Weigend, Michael
A1  - Bottino, Rosa
A1  - Chioccariello, Augusto
A1  - Christensen, Rhonda
A1  - Knezek, Gerald
A1  - Gioko, Anthony Maina
A1  - Angondi, Enos Kiforo
A1  - Waga, Rosemary
A1  - Ohrndorf, Laura
A1  - Or-Bach, Rachel
A1  - Preston, Christina
A1  - Younie, Sarah
A1  - Przybylla, Mareen
A1  - Romeike, Ralf
A1  - Reynolds, Nicholas
A1  - Swainston, Andrew
A1  - Bendrups, Faye
A1  - Sysło, Maciej M.
A1  - Kwiatkowska, Anna Beata
A1  - Zieris, Holger
A1  - Gerstberger, Herbert
A1  - Müller, Wolfgang
A1  - Büchner, Steffen
A1  - Opel, Simone
A1  - Schiller, Thomas
A1  - Wegner, Christian
A1  - Zender, Raphael
A1  - Lucke, Ulrike
A1  - Diethelm, Ira
A1  - Syrbe, Jörn
A1  - Lai, Kwok-Wing
A1  - Davis, Niki
A1  - Eickelmann, Birgit
A1  - Erstad, Ola
A1  - Fisser, Petra
A1  - Gibson, David
A1  - Khaddage, Ferial
A1  - Knezek, Gerald
A1  - Micheuz, Peter
A1  - Kloos, Carlos Delgado
ED  - Brinda, Torsten
ED  - Reynolds, Nicholas
ED  - Romeike, Ralf
ED  - Schwill, Andreas
T1  - KEYCIT 2014
BT  - key competencies in informatics and ICT
N2  - In our rapidly changing world it is increasingly important not only to be an expert in a chosen field of study but also to be able to respond to developments, master new approaches to solving problems, and fulfil changing requirements in the modern world and in the job market. In response to these needs key competencies in understanding, developing and using new digital technologies are being brought into focus in school and university programmes. The IFIP TC3 conference "KEYCIT – Key Competences in Informatics and ICT (KEYCIT 2014)" was held at the University of Potsdam in Germany from July 1st to 4th, 2014 and addressed the combination of key competencies, Informatics and ICT in detail. The conference was organized into strands focusing on secondary education, university education and teacher education (organized by IFIP WGs 3.1 and 3.3) and provided a forum to present and to discuss research, case studies, positions, and national perspectives in this field.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 7 
KW  - Schlüsselkompetenzen
KW  - Informatik
KW  - Bildung
KW  - ICT
KW  - Informatikdidaktik
KW  - Key Competencies
KW  - Informatics
KW  - education
KW  - ICT
KW  - Computer Science Education
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-70325
SN  - 978-3-86956-292-6
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dagiene, Valentina
A1  - Stupuriene, Gabriele
T1  - Informatics Education based on Solving Attractive Tasks through a Contest
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - The paper discusses the issue of supporting informatics
(computer science) education through competitions for lower and
upper secondary school students (8–19 years old). Competitions play
an important role for learners as a source of inspiration, innovation,
and attraction. Running contests in informatics for school students
for many years, we have noticed that the students consider the contest
experience very engaging and exciting as well as a learning experience.
A contest is an excellent instrument to involve students in problem
solving activities. An overview of infrastructure and development
of an informatics contest from international level to the national one
(the Bebras contest on informatics and computer fluency, originated
in Lithuania) is presented. The performance of Bebras contests in 23
countries during the last 10 years showed an unexpected and unusually
high acceptance by school students and teachers. Many thousands of
students participated and got a valuable input in addition to their regular
informatics lectures at school. In the paper, the main attention is paid
to the developed tasks and analysis of students’ task solving results in
Lithuania.
KW  - Informatics Education
KW  - Computer Science Education
KW  - Tasks
KW  - Tests
KW  - Contest
KW  - Problem Solving
KW  - Cognitive Skills
KW  - Bloom’s Taxonomy
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82626
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 97
EP  - 115
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Damnik, Gregor
A1  - Gierl, Mark
A1  - Proske, Antje
A1  - Körndle, Hermann
A1  - Narciss, Susanne
T1  - Automatische Erzeugung von Aufgaben als Mittel zur Erhöhung von Interaktivität und Adaptivität in digitalen Lernressourcen
JF  - E-Learning Symposium 2018
N2  - Digitale Medien enthalten bislang vor allem Inhalte in verschiedenen Darstellungsformen. Dies allein erzeugt jedoch nur einen geringen Mehrwert zu klassischen Lernressourcen, da die Kriterien der Interaktivität und Adaptivität nicht mit einbezogen werden. Dies scheitert jedoch oft an dem damit verbundenen Erstellungsaufwand. Der folgende Beitrag zeigt, wie durch die automatische Erzeugung von Aufgaben ein hochwertiger Wissenserwerb mit digitalen Medien ermöglicht wird. Ferner werden Vor- und Nachteile der automatischen Erstellung von Aufgaben erörtert.
KW  - Lernaufgaben
KW  - Adaptivität
KW  - Interaktivität
KW  - digitale Medien
KW  - Automatic Item Generation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421842
SP  - 5
EP  - 16
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dawoud, Wesam
T1  - Scalability and performance management of internet applications in the cloud
T1  - Skalierbarkeit und Performance-Management von Internetanwendungen in der Cloud
N2  - Cloud computing is a model for enabling on-demand access to a shared pool of computing resources. With virtually limitless on-demand resources, a cloud environment enables the hosted Internet application to quickly cope when there is an increase in the workload. However, the overhead of provisioning resources exposes the Internet application to periods of under-provisioning and performance degradation. Moreover, the performance interference, due to the consolidation in the cloud environment, complicates the performance management of the Internet applications. In this dissertation, we propose two approaches to mitigate the impact of the resources provisioning overhead. The first approach employs control theory to scale resources vertically and cope fast with workload. This approach assumes that the provider has knowledge and control over the platform running in the virtual machines (VMs), which limits it to Platform as a Service (PaaS) and Software as a Service (SaaS) providers. The second approach is a customer-side one that deals with the horizontal scalability in an Infrastructure as a Service (IaaS) model. It addresses the trade-off problem between cost and performance with a multi-goal optimization solution. This approach finds the scale thresholds that achieve the highest performance with the lowest increase in the cost. Moreover, the second approach employs a proposed time series forecasting algorithm to scale the application proactively and avoid under-utilization periods. Furthermore, to mitigate the interference impact on the Internet application performance, we developed a system which finds and eliminates the VMs suffering from performance interference. The developed system is a light-weight solution which does not imply provider involvement. To evaluate our approaches and the designed algorithms at large-scale level, we developed a simulator called (ScaleSim). In the simulator, we implemented scalability components acting as the scalability components of Amazon EC2. The current scalability implementation in Amazon EC2 is used as a reference point for evaluating the improvement in the scalable application performance. ScaleSim is fed with realistic models of the RUBiS benchmark extracted from the real environment. The workload is generated from the access logs of the 1998 world cup website. The results show that optimizing the scalability thresholds and adopting proactive scalability can mitigate 88% of the resources provisioning overhead impact with only a 9% increase in the cost.
N2  - Cloud computing ist ein Model fuer einen Pool von Rechenressourcen, den sie auf Anfrage zur Verfuegung stellt. Internetapplikationen in einer Cloud-Infrastruktur koennen bei einer erhoehten Auslastung schnell die Lage meistern, indem sie die durch die Cloud-Infrastruktur auf Anfrage zur Verfuegung stehenden und virtuell unbegrenzten Ressourcen in Anspruch nehmen. Allerdings sind solche Applikationen durch den Verwaltungsaufwand zur Bereitstellung der Ressourcen mit Perioden von Verschlechterung der Performanz und Ressourcenunterversorgung konfrontiert. Ausserdem ist das Management der Performanz aufgrund der Konsolidierung in einer Cloud Umgebung kompliziert. Um die Auswirkung des Mehraufwands zur Bereitstellung von Ressourcen abzuschwächen, schlagen wir in dieser Dissertation zwei Methoden vor. Die erste Methode verwendet die Kontrolltheorie, um Ressourcen vertikal zu skalieren und somit schneller mit einer erhoehten Auslastung umzugehen. Diese Methode setzt voraus, dass der Provider das Wissen und die Kontrolle über die in virtuellen Maschinen laufende Plattform hat. Der Provider ist dadurch als „Plattform als Service (PaaS)“ und als „Software als Service (SaaS)“ Provider definiert. Die zweite Methode bezieht sich auf die Clientseite und behandelt die horizontale Skalierbarkeit in einem Infrastruktur als Service (IaaS)-Model. Sie behandelt den Zielkonflikt zwischen den Kosten und der Performanz mit einer mehrzieloptimierten Loesung. Sie findet massstaebliche Schwellenwerte, die die hoechste Performanz mit der niedrigsten Steigerung der Kosten gewaehrleisten. Ausserdem ist in der zweiten Methode ein Algorithmus der Zeitreifenvorhersage verwendet, um die Applikation proaktiv zu skalieren und Perioden der nicht optimalen Ausnutzung zu vermeiden. Um die Performanz der Internetapplikation zu verbessern, haben wir zusaetzlich ein System entwickelt, das die unter Beeintraechtigung der Performanz leidenden virtuellen Maschinen findet und entfernt. Das entwickelte System ist eine leichtgewichtige Lösung, die keine Provider-Beteiligung verlangt. Um die Skalierbarkeit unserer Methoden und der entwickelten Algorithmen auszuwerten, haben wir einen Simulator namens „ScaleSim“ entwickelt. In diesem Simulator haben wir Komponenten implementiert, die als Skalierbarkeitskomponenten der Amazon EC2 agieren. Die aktuelle Skalierbarkeitsimplementierung in Amazon EC2 ist als Referenzimplementierung fuer die Messesung der Verbesserungen in der Performanz von skalierbaren Applikationen. Der Simulator wurde auf realistische Modelle der RUBiS-Benchmark angewendet, die aus einer echten Umgebung extrahiert wurden. Die Auslastung ist aus den Zugriffslogs der World Cup Website von 1998 erzeugt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Optimierung der Schwellenwerte und der angewendeten proaktiven Skalierbarkeit den Verwaltungsaufwand zur Bereitstellung der Ressourcen bis um 88% reduziert kann, während sich die Kosten nur um 9% erhöhen.
KW  - Cloud Computing
KW  - Leistungsfähigkeit
KW  - Skalierbarkeit
KW  - Internetanwendungen
KW  - Cloud computing
KW  - Performance
KW  - Scalability
KW  - Internet applications
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68187
ER  - 
TY  - THES
A1  - Decker, Gero
T1  - Design and analysis of process choreographies
T1  - Design und Analyse von Prozesschoreographien
N2  - With the rise of electronic integration between organizations, the need for a precise specification of interaction behavior increases. Information systems, replacing interaction previously carried out by humans via phone, faxes and emails, require a precise specification for handling all possible situations. Such interaction behavior is described in process choreographies. Choreographies enumerate the roles involved, the allowed interactions, the message contents and the behavioral dependencies between interactions. Choreographies serve as interaction contract and are the starting point for adapting existing business processes and systems or for implementing new software components. As a thorough analysis and comparison of choreography modeling languages is missing in the literature, this thesis introduces a requirements framework for choreography languages and uses it for comparing current choreography languages. Language proposals for overcoming the limitations are given for choreography modeling on the conceptual and on the technical level. Using an interconnection modeling style, behavioral dependencies are defined on a per-role basis and different roles are interconnected using message flow. This thesis reveals a number of modeling "anti-patterns" for interconnection modeling, motivating further investigations on choreography languages following the interaction modeling style. Here, interactions are seen as atomic building blocks and the behavioral dependencies between them are defined globally. Two novel language proposals are put forward for this modeling style which have already influenced industrial standardization initiatives. While avoiding many of the pitfalls of interconnection modeling, new anomalies can arise in interaction models. A choreography might not be realizable, i.e. there does not exist a set of interacting roles that collectively realize the specified behavior. This thesis investigates different dimensions of realizability.
N2  - Elektronische Integration zwischen Organisationen erfordert eine präzise Spezifikation des Interaktionsverhaltens: Informationssysteme, die Kommunikation per Telefon, Fax und Email ablösen, können nicht so flexibel und selbständig auf Ausnahmesituationen reagieren wie Menschen. Choreographien ermöglichen es, Interaktionsverhalten genau zu spezifizieren. Diese Modelle zählen die beteiligten Rollen, die erlaubten Interaktionen, Nachrichteninhalte und Verhaltensabhängigkeiten auf und dienen somit als Interaktionsvertrag zwischen den Organisationen. Auch als Ausgangspunkt für eine Anpassung existierender Prozesse und Systeme sowie für die Implementierung neuer Softwarekomponenten finden Choreographien Anwendung. Da ein Vergleich von Choreographiemodellierungssprachen in der Literatur bislang fehlt, präsentiert diese Arbeit einen Anforderungskatalog, der als Basis für eine Evaluierung existierender Sprachen angewandt wird. Im Kern führt diese Arbeit Spracherweiterungen ein, um die Schwächen existierender Sprachen zu überwinden. Die vorgestellten Erweiterungen adressieren dabei Modellierung auf konzeptioneller und auf technischer Ebene. Beim Verlinkungsmodellierungsstil werden Verhaltensabhängigkeiten innerhalb der beteiligten Rollen spezifiziert und das Interaktionsverhalten entsteht durch eine Verlinkung der Kommunikationsaktivitäten. Diese Arbeit stellt einige "Anti-Pattern" für die Verlinkungsmodellierung vor, welche wiederum Untersuchungen bzgl. Choreographiesprachen des Interaktionsmodellierungsstils motivieren. Hier werden Interaktionen als atomare Blöcke verstanden und Verhaltensabhängigkeiten werden global definiert. Diese Arbeit führt zwei neue Choreographiesprachen dieses zweiten Modellierungsstils ein, welche bereits in industrielle Standardisierungsinitiativen eingeflossen sind. Während auf der einen Seite zahlreiche Fallstricke der Verlinkungsmodellierung umgangen werden, können in Interaktionsmodellen allerdings neue Anomalien entstehen. Eine Choreographie kann z.B. "unrealisierbar" sein, d.h. es ist nicht möglich interagierende Rollen zu finden, die zusammen genommen das spezifizierte Verhalten abbilden. Dieses Phänomen wird in dieser Arbeit über verschiedene Dimensionen von Realisierbarkeit untersucht.
KW  - Prozessmodellierung
KW  - Choreographien
KW  - Interaktionsmodellierung
KW  - Verifikation
KW  - Sprachdesign
KW  - Process modeling
KW  - choreographies
KW  - interaction modeling
KW  - verification
KW  - language design
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40761
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  - Delgado Kloos, Carlos
T1  - What about the Competencies of Educators in the New Era of Digital Education?
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - A lot has been published about the competencies needed by
students in the 21st century (Ravenscroft et al., 2012). However, equally
important are the competencies needed by educators in the new era
of digital education. We review the key competencies for educators in
light of the new methods of teaching and learning proposed by Massive
Open Online Courses (MOOCs) and their on-campus counterparts,
Small Private Online Courses (SPOCs).
KW  - Massive Open Online Courses
KW  - Small Private Online Courses
KW  - Competencies
KW  - Digital Education
KW  - Digital Revolution
KW  - Big Data
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83015
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 435
EP  - 438
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dennert-Möller, Elisabeth
A1  - Garmann, Robert
T1  - Das „Startprojekt“
BT  - Entwicklung überfachlicher Kompetenzen von Anfang an
JF  - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2  - Absolventinnen und Absolventen unserer Informatik-Bachelorstudiengänge benötigen für kompetentes berufliches Handeln sowohl fachliche als auch überfachliche Kompetenzen. Vielfach verlangen wir von Erstsemestern in Grundlagen-Lehrveranstaltungen fast ausschließlich den Aufbau von Fachkompetenz und vernachlässigen dabei häufig Selbstkompetenz, Methodenkompetenz und Sozialkompetenz. Gerade die drei letztgenannten sind für ein erfolgreiches Studium unabdingbar und sollten von Anfang an entwickelt werden. Wir stellen unser „Startprojekt“ als einen Beitrag vor, im ersten Semester die eigenverantwortliche, überfachliche Kompetenzentwicklung in einem fachlichen Kontext zu fördern.
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94780
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 10
SP  - 11
EP  - 23
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Dennert-Möller, Elisabeth
A1  - Garmann, Robert
A1  - Kujath, Bertold
A1  - Zscheyge, Oliver
A1  - Weicker, Karsten
A1  - Böhne, Sebastian
A1  - Knobelsdorf, Maria
A1  - Kreitz, Christoph
A1  - Steen, Alexander
A1  - Wisniewski, Max
A1  - Benzmüller, Christoph
A1  - Gebhardt, Kai
A1  - Ehlenz, Matthias
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
ED  - Schwill, Andreas
ED  - Lucke, Ulrike
T1  - Hochschuldidaktik der Informatik
BT  - HDI2016 – 7. Fachtagung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik ; 13.-14. September 2016 an der Universität Potsdam
N2  - Die 7. Fachtagung für Hochschuldidaktik, die 2016 erneut mit der DeLFI E-Learning Fachtagung Informatik stattfand, setzte das erfolgreiche Modell einer Tagung fort, die sich mit hochschuldidaktischen Fragen und der Gestaltung von Studiengängen der Informatik beschäftigt.
Thema der Tagung waren alle Fragen, die sich der Vermittlung von Informatikgegenständen im Hochschulbereich widmen. Dazu gehörten u.a.:
• fachdidaktische Konzepte der Vermittlung einzelner Informatikgegenstände
• methodische Lösungen, wie spezielle Lehr- und Lernformen, Durchführungskonzepte
• empirische Ergebnisse und Vergleichsstudien
• E-Learning-Ansätze, wenn sie ein erkennbares didaktisches Konzept verfolgen
• Studienkonzepte und Curricula, organisatorische Fragen, wie Gewinnung von Studierenden, Studieneingangsphase, Abbrecher.
Die Fachtagung widmete sich ausgewählten Fragestellungen dieses Themenkomplexes, die durch Vorträge ausgewiesener Experten, durch eingereichte Beiträge und durch Präsentationen und Poster intensiv behandelt wurden.
Unser besonderer Dank gilt dem Programmkomitee und den hier nicht genannten Helfern für ihren Einsatz bei der Vorbereitung und Durchführung der Tagung.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 10 
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93511
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Desel, Jörg
A1  - Opel, Simone
A1  - Siegeris, Juliane
A1  - Draude, Claude
A1  - Weber, Gerhard
A1  - Schell, Timon
A1  - Schwill, Andreas
A1  - Thorbrügge, Carsten
A1  - Schäfer, Len Ole
A1  - Netzer, Cajus Marian
A1  - Gerstenberger, Dietrich
A1  - Winkelnkemper, Felix
A1  - Schulte, Carsten
A1  - Böttcher, Axel
A1  - Thurner, Veronika
A1  - Häfner, Tanja
A1  - Ottinger, Sarah
A1  - Große-Bölting, Gregor
A1  - Scheppach, Lukas
A1  - Mühling, Andreas
A1  - Baberowski, David
A1  - Leonhardt, Thiemo
A1  - Rentsch, Susanne
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Bonorden, Leif
A1  - Stemme, Jonas
A1  - Hoppe, Uwe
A1  - Weicker, Karsten
A1  - Bender, Esther
A1  - Barbas, Helena
A1  - Hamann, Fabian
A1  - Soll, Marcus
A1  - Sitzmann, Daniel
ED  - Desel, Jörg
ED  - Opel, Simone
ED  - Siegeris, Juliane
T1  - Hochschuldidaktik Informatik HDI 2021
BT  - 9. Fachtagung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung/Didaktik der Informatik 15.–16. September 2021 in Dortmund
T2  - Commentarii informaticae didacticae
N2  - Die Fachtagungen HDI (Hochschuldidaktik Informatik) beschäftigen sich mit den unterschiedlichen Aspekten informatischer Bildung im Hochschulbereich. Neben den allgemeinen Themen wie verschiedenen Lehr- und Lernformen, dem Einsatz von Informatiksystemen in der Hochschullehre oder Fragen der Gewinnung von geeigneten Studierenden, deren Kompetenzerwerb oder auch der Betreuung der Studierenden widmet sich die HDI immer auch einem Schwerpunktthema. 
Im Jahr 2021 war dies die Berücksichtigung von Diversität in der Lehre. Diskutiert wurden beispielsweise die Einbeziehung von besonderen fachlichen und überfachlichen Kompetenzen Studierender, der Unterstützung von Durchlässigkeit aus nichtakademischen Berufen, aber auch die Gestaltung inklusiver Lehr- und Lernszenarios, Aspekte des Lebenslangen Lernens oder sich an die Diversität von Studierenden adaptierte oder adaptierende Lehrsysteme.
Dieser Band enthält ausgewählte Beiträge der 9. Fachtagung 2021, die in besonderer Weise die Konferenz und die dort diskutierten Themen repräsentieren.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 13 
KW  - Hochschuldidaktik
KW  - Informatikdidaktik
KW  - HDI
KW  - Hochschullehre
KW  - digitale Hochschullehre
KW  - Diversität
KW  - Heterogenität
KW  - Lebenslanges Lernen
KW  - Informatikstudium
KW  - Didaktische Konzepte
KW  - Assessment
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565070
SN  - 978-3-86956-548-4
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 13
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dick, Uwe
T1  - Discriminative Classification Models for Internet Security
T1  - Diskriminative Klassifikationsmodelle in der Internet-Sicherheit
BT  - Mitigating Email Spam and HTTP-Layer DDoS Attacks
BT  - Verhindern von Email-Spam und HTTP-Layer DDoS-Attacken
N2  - Services that operate over the Internet are under constant threat of being exposed to fraudulent use. Maintaining good user experience for legitimate users often requires the classification of entities as malicious or legitimate in order to initiate countermeasures. As an example, inbound email spam filters decide for spam or non-spam. They can base their decision on both the content of each email as well as on features that summarize prior emails received from the sending server. In general, discriminative classification methods learn to distinguish positive from negative entities. Each decision for a label may be based on features of the entity and related entities. When labels of related entities have strong interdependencies---as can be assumed e.g. for emails being delivered by the same user---classification decisions should not be made independently and dependencies should be modeled in the decision function. This thesis addresses the formulation of discriminative classification problems that are tailored for the specific demands of the following three Internet security applications. Theoretical and algorithmic solutions are devised to protect an email service against flooding of user inboxes, to mitigate abusive usage of outbound email servers, and to protect web servers against distributed denial of service attacks. 

In the application of filtering an inbound email stream for unsolicited emails, utilizing features that go beyond each individual email's content can be valuable. Information about each sending mail server can be aggregated over time and may help in identifying unwanted emails. However, while this information will be available to the deployed email filter, some parts of the training data that are compiled by third party providers may not contain this information. The missing features have to be estimated at training time in order to learn a classification model. In this thesis an algorithm is derived that learns a decision function that integrates over a distribution of values for each missing entry. The distribution of missing values is a free parameter that is optimized to learn an optimal decision function.

The outbound stream of emails of an email service provider can be separated by the customer IDs that ask for delivery. All emails that are sent by the same ID in the same period of time are related, both in content and in label. Hijacked customer accounts may send batches of unsolicited emails to other email providers, which in turn might blacklist the sender's email servers after detection of incoming spam emails. The risk of being blocked from further delivery depends on the rate of outgoing unwanted emails and the duration of high spam sending rates. An optimization problem is developed that minimizes the expected cost for the email provider by learning a decision function that assigns a limit on the sending rate to customers based on the each customer's email stream.

Identifying attacking IPs during HTTP-level DDoS attacks allows to block those IPs from further accessing the web servers. DDoS attacks are usually carried out by infected clients that are members of the same botnet and show similar traffic patterns. HTTP-level attacks aim at exhausting one or more resources of the web server infrastructure, such as CPU time. If the joint set of attackers cannot increase resource usage close to the maximum capacity, no effect will be experienced by legitimate users of hosted web sites. However, if the additional load raises the computational burden towards the critical range, user experience will degrade until service may be unavailable altogether. As the loss of missing one attacker depends on block decisions for other attackers---if most other attackers are detected, not blocking one client will likely not be harmful---a structured output model has to be learned. In this thesis an algorithm is developed that learns a structured prediction decoder that searches the space of label assignments, guided by a policy.

Each model is evaluated on real-world data and is compared to reference methods. The results show that modeling each classification problem according to the specific demands of the task improves performance over solutions that do not consider the constraints inherent to an application.
N2  - Viele Dienste im Internet benötigen zur Gewährleistung ihrer Erreichbarkeit die Möglichkeit, Entitäten als entweder gefährlich oder harmlos zu klassifizieren. Diskriminative Methoden des maschinellen Lernens verwenden Features von Entitäten oder Entitätengruppen, um zwischen positiven und negativen Labels zu unterscheiden. So können beispielsweise Email-Spamfilter Entscheidungen  aufgrund sowohl des Inhalts der Email als auch von Informationen treffen, die vorherige Emails des gleichen versendenden Servers zusammenfassen. Darüber hinaus sind Labels zueinander in Verbindung stehender Entitäten, wie z.B. Emails des gleichen Nutzers, oftmals nicht unabhängig, so dass auch Klassifikationsentscheidungen nicht unabhängig getroffen werden sollten. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Formulierung diskriminativer Klassifikationsprobleme, die den speziellen Anforderungen von drei Internetsicherheitsanwendungen Rechnung tragen. Theoretische und algorithmische Lösungen zum Spamschutz von Nutzer-Inboxen eines Emailanbieters, zum Schutz von ausgehenden Emailservern gegen Missbrauch und zur Abwehr von Distributed Denial of Service-Attacken auf Webserver werden entwickelt. 

Beim Säubern der bei einem Emailanbieter eingehenden Menge von Emails von ungewollten Emails wie Spam  können Informationen, die über den Inhalt einzelner Emails hinausgehen, von großem Nutzen sein. Etwa können Informationen über einen Mailserver zeitlich aggregiert und zum Klassifizieren neuer Emails des gleichen Servers verwendet werden. Diese Informationen sind in der Regel nur für Emails verfügbar, die vom Emailanbieter selbst empfangen werden, und fehlen bei Datensätzen, die extern gesammelte Emails beinhalten. Während des Trainings eines Spamklassifikators müssen diese Features entsprechend geschätzt werden. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus entwickelt, der eine Entscheidungsfunktion lernt, die über eine Verteilung von fehlenden Werten integriert. Die Verteilung ist ein freier Parameter, der während des Lernens der Entscheidungsfunktion optimiert wird.

Der Strom ausgehender Emails eines Emailanbieters setzt sich zusammen aus Emails einzelner Kunden. Alle Emails, die vom gleichen Kunden im gleichen Zeitraum gesendet werden, sind sowohl bzgl. Inhalt als auch Label abhängig.  Kompromittierte Kundenaccounts können beispielsweise Batches von Spams an andere Emailanbieter schicken. Nach erfolgter Spamerkennung könnten diese Anbieter die Mailserver des sendenden Anbieters auf eine Blacklist setzen und somit am Versand weiterer Emails hindern. Das Risiko einer solchen Blockierung ist abhängig von der Rate ausgehender ungewollter Emails und der Dauer hoher Senderaten. Es wird ein Optimierungsproblem entwickelt, das die erwarteten Kosten des Emailproviders minimiert, indem eine Entscheidungsfunktion gelernt wird, die die erlaubte Versenderate von Kunden aufgrund der gesendeten Emails dynamisch einstellt.  

Um angreifende IPs während einer HTTP-Level-DDoS-Attacke zu blockieren, müssen sie als solche erkannt werden. DDoS-Angriffe werden üblicherweise von Clients durchgeführt, die dem gleichen Botnet angehören und ähnliche Traffic-Muster aufweisen. HTTP-Level-Angriffe zielen darauf, eine oder mehrere Ressourcen der Webserverinfrastruktur, wie etwa CPU-Zeit, aufzubrauchen. Für legitime Besucher ergeben sich erst dann Einschränkungen der User Experience, bis hin zur Unerreichbarkeit der Webseite, wenn Angreifer den Ressourcenverbrauch in die Nähe oder über die Maximalkapazität steigern können. Dieser durch einen Angreifer verursachte Verlust hängt von Entscheidungen für andere Angreifer ab; werden z.B. die meisten anderen Angreifer erkannt, wird ein nicht geblockter Angreifer kaum Schaden anrichten. Es wird deshalb ein Algorithmus entwickelt, der einen Dekodierer für strukturierte Vorhersagen trainiert, der, geleitet durch eine Policy, den Raum der gemeinsamen Labelzuweisungen durchsucht.

Alle Modelle werden auf industriellen Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass anforderungsspezifische Modellierung der Klassifikationsprobleme die Performance gegenüber den Vergleichsmethoden verbessert.
KW  - Machine Learning
KW  - Internet Security
KW  - DDoS
KW  - Spam-Filtering
KW  - DDoS
KW  - Internet-Sicherheit
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Spam-Erkennung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102593
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Diethelm, Ira
A1  - Syrbe, Jörn
T1  - Let’s talk about CS!
BT  - Towards a suitable Classroom Language and Terminology of CS for Teaching
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - To communicate about a science is the most important key
competence in education for any science. Without communication we
cannot teach, so teachers should reflect about the language they use in
class properly. But the language students and teachers use to communicate
about their CS courses is very heterogeneous, inconsistent and
deeply influenced by tool names. There is a big lack of research and
discussion in CS education regarding the terminology and the role of
concepts and tools in our science. We don’t have a consistent set of
terminology that we agree on to be helpful for learning our science.
This makes it nearly impossible to do research on CS competencies as
long as we have not agreed on the names we use to describe these. This
workshop intends to provide room to fill with discussion and first ideas
for future research in this field.
KW  - Terminology
KW  - classroom language
KW  - CS concepts
KW  - competencies
KW  - tools
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82983
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 411
EP  - 414
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dietze, Stefan
T1  - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
N2  - Gerade in den letzten Jahren erfuhr Open Source Software (OSS) eine zunehmende Verbreitung und Popularität und hat sich in verschiedenen Anwendungsdomänen etabliert. Die Prozesse, welche sich im Kontext der OSS-Entwicklung (auch: OSSD – Open Source Software-Development) evolutionär herausgebildet haben, weisen in den verschiedenen OSS-Entwicklungsprojekten z.T. ähnliche Eigenschaften und Strukturen auf und auch die involvierten Entitäten, wie z.B. Artefakte, Rollen oder Software-Werkzeuge sind weitgehend miteinander vergleichbar. Dies motiviert den Gedanken, ein verallgemeinerbares Modell zu entwickeln, welches die generalisierbaren Entwicklungsprozesse im Kontext von OSS zu einem übertragbaren Modell abstrahiert. Auch in der Wissenschaftsdisziplin des Software Engineering (SE) wurde bereits erkannt, dass sich der OSSD-Ansatz in verschiedenen Aspekten erheblich von klassischen (proprietären) Modellen des SE unterscheidet und daher diese Methoden einer eigenen wissenschaftlichen Betrachtung bedürfen. In verschiedenen Publikationen wurden zwar bereits einzelne Aspekte der OSS-Entwicklung analysiert und Theorien über die zugrundeliegenden Entwicklungsmethoden formuliert, aber es existiert noch keine umfassende Beschreibung der typischen Prozesse der OSSD-Methodik, die auf einer empirischen Untersuchung existierender OSS-Entwicklungsprojekte basiert. Da dies eine Voraussetzung für die weitere wissenschaftliche Auseinandersetzung mit OSSD-Prozessen darstellt, wird im Rahmen dieser Arbeit auf der Basis vergleichender Fallstudien ein deskriptives Modell der OSSD-Prozesse hergeleitet und mit Modellierungselementen der UML formalisiert beschrieben. Das Modell generalisiert die identifizierten Prozesse, Prozessentitäten und Software-Infrastrukturen der untersuchten OSSD-Projekte. Es basiert auf einem eigens entwickelten Metamodell, welches die zu analysierenden Entitäten identifiziert und die Modellierungssichten und -elemente beschreibt, die zur UML-basierten Beschreibung der Entwicklungsprozesse verwendet werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird eine weiterführende Analyse des identifizierten Modells durchgeführt, um Implikationen, und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Diese umfassen beispielsweise die ungenügende Plan- und Terminierbarkeit von Prozessen oder die beobachtete Tendenz von OSSD-Akteuren, verschiedene Aktivitäten mit unterschiedlicher Intensität entsprechend der subjektiv wahrgenommenen Anreize auszuüben, was zur Vernachlässigung einiger Prozesse führt. Anschließend werden Optimierungszielstellungen dargestellt, die diese Unzulänglichkeiten adressieren, und ein Optimierungsansatz zur Verbesserung des OSSD-Modells wird beschrieben. Dieser Ansatz umfasst die Erweiterung der identifizierten Rollen, die Einführung neuer oder die Erweiterung bereits identifizierter Prozesse und die Modifikation oder Erweiterung der Artefakte des generalisierten OSS-Entwicklungsmodells. Die vorgestellten Modellerweiterungen dienen vor allem einer gesteigerten Qualitätssicherung und der Kompensation von vernachlässigten Prozessen, um sowohl die entwickelte Software- als auch die Prozessqualität im OSSD-Kontext zu verbessern. Desweiteren werden Softwarefunktionalitäten beschrieben, welche die identifizierte bestehende Software-Infrastruktur erweitern und eine gesamtheitlichere, softwaretechnische Unterstützung der OSSD-Prozesse ermöglichen sollen. Abschließend werden verschiedene Anwendungsszenarien der Methoden des OSS-Entwicklungsmodells, u.a. auch im kommerziellen SE, identifiziert und ein Implementierungsansatz basierend auf der OSS GENESIS vorgestellt, der zur Implementierung und Unterstützung des OSSD-Modells verwendet werden kann.
N2  - In recent years Open Source Software (OSS) has become more widespread and its popularity has grown so that it is now established in various application domains. The processes which have emerged evolutionarily within the context of OSS development (OSSD – Open Source Software Development) display, to some extent, similar properties and structures in the various OSSD projects. The involved entities, e.g., artifacts, roles or software tools, are also widely comparable. This leads to the idea of developing a generalizable model which abstracts the generalizable development processes within the context of OSS to a transferable model. Even the scientific discipline of Software Engineering (SE) has recognized that the OSSD approach is, in various aspects, considerably different from traditional (proprietary) models of SE, and that these methods therefore require their own scientific consideration. Numerous publications have already analyzed individual aspects of OSSD and formulated theories about the fundamental development methods, but to date there is still no comprehensive description of the typical processes of OSSD methodology based on an empirical study of existing OSSD projects. Since this is a precondition for the further scientific examination of OSSD processes, a descriptive model of OSSD processes is obtained on the basis of comparative case studies and described in a formalized manner with UML modeling elements within the context of this dissertation. The model generalizes the identified processes, process entities and software infrastructures of the analyzed OSSD projects. It is based on a specially developed meta model which identifies the entities to be analyzed and describes the modeling viewpoints and elements which are used for the UML-based description of the development processes. Another procedure step includes the further analysis of the identified model in order to display the implications, and the potential for optimization. For example, these encompass the insufficient planning and scheduling capability of processes or the observed tendency of OSSD actors to carry out various activities at different intensities depending on the subjectively perceived incentives which leads to some processes being neglected. Subsequently, the optimization targets which address these inadequacies are displayed, and an optimization approach for the improvement of the OSSD model is described. The approach incorporates the expansion of the identified roles, the introduction of new or the expansion of already identified processes and the modification or expansion of artifacts of the generalized OSSD model. The presented model enhancements serve, above all, to increase quality assurance and to compensate neglected processes in order to improve developed software quality as well as process quality in the context of OSSD. Furthermore, software functionalities are described which expand the existing identified software infrastructure and should enable an overall, software-technical support of OSSD processes. Finally, the various application scenarios of OSSD model methods - also in commercial SE - are identified and an implementation approach based on the OSS GENESIS is presented which can be used to implement and support the OSSD model.
T2  - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
KW  - Prozessmodell
KW  - Software Engineering
KW  - Open Source
KW  - Prozessmodellierung
KW  - Metamodell
KW  - Softwareentwicklung
KW  - Prozess Verbesserung
KW  - process model
KW  - software engineering
KW  - open source
KW  - process modelling
KW  - meta model
KW  - software development
KW  - process improvement
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001594
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dittmar, Anke
A1  - Buchholz, Gregor
A1  - Kühn, Mathias
T1  - Eine Studie zum kollaborativen Modellieren in der Softwaretechnik-Ausbildung
JF  - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2  - Die Vermittlung von Modellierungsfähigkeiten in der Softwaretechnik-Ausbildung konzentriert sich meist auf Modellierungskonzepte, Notationen und Entwicklungswerkzeuge. Die Betrachtung der Modellierungsaktivitäten, etwa die Entwicklung und Gegenüberstellung alternativer Modellvorschläge, steht weniger im Vordergrund. Die vorliegende Studie untersucht zwei Formen des kollaborativen Modellierens am Tabletop in Bezug auf ihren Einfluss auf die Modellierungsaktivitäten in kleinen Gruppen. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl selbstorganisierte als auch moderierte Modellierungssitzungen das Entwickeln eines gemeinsamen Modellverständnisses fördern. In moderierten Sitzungen wurden zudem mehr alternative Lösungsideen entwickelt und in stärkerem Maße diskutiert.
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94806
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 10
SP  - 41
EP  - 53
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dornhege, Guido
T1  - Increasing information transfer rates for brain-computer interfacing
T1  - Erhöhung der Informationstransferrate einer Gehirn-Computer-Schnittstelle
N2  - The goal of a Brain-Computer Interface (BCI) consists of the development of a unidirectional interface between a human and a computer to allow control of a device only via brain signals. While the BCI systems of almost all other groups require the user to be trained over several weeks or even months, the group of Prof. Dr. Klaus-Robert Müller in Berlin and Potsdam, which I belong to, was one of the first research groups in this field which used machine learning techniques on a large scale. The adaptivity of the processing system to the individual brain patterns of the subject confers huge advantages for the user. Thus BCI research is considered a hot topic in machine learning and computer science. It requires interdisciplinary cooperation between disparate fields such as neuroscience, since only by combining machine learning and signal processing techniques based on neurophysiological knowledge will the largest progress be made. In this work I particularly deal with my part of this project, which lies mainly in the area of computer science. I have considered the following three main points: <b>Establishing a performance measure based on information theory:</b> I have critically illuminated the assumptions of Shannon's information transfer rate for application in a BCI context. By establishing suitable coding strategies I was able to show that this theoretical measure approximates quite well to what is practically achieveable. <b>Transfer and development of suitable signal processing and machine learning techniques:</b> One substantial component of my work was to develop several machine learning and signal processing algorithms to improve the efficiency of a BCI. Based on the neurophysiological knowledge that several independent EEG features can be observed for some mental states, I have developed a method for combining different and maybe independent features which improved performance. In some cases the performance of the combination algorithm outperforms the best single performance by more than 50 %. Furthermore, I have theoretically and practically addressed via the development of suitable algorithms the question of the optimal number of classes which should be used for a BCI. It transpired that with BCI performances reported so far, three or four different mental states are optimal. For another extension I have combined ideas from signal processing with those of machine learning since a high gain can be achieved if the temporal filtering, i.e., the choice of frequency bands, is automatically adapted to each subject individually. <b>Implementation of the Berlin brain computer interface and realization of suitable experiments:</b> Finally a further substantial component of my work was to realize an online BCI system which includes the developed methods, but is also flexible enough to allow the simple realization of new algorithms and ideas. So far, bitrates of up to 40 bits per minute have been achieved with this system by absolutely untrained users which, compared to results of other groups, is highly successful.
N2  - Ein Brain-Computer Interface (BCI) ist eine unidirektionale Schnittstelle zwischen Mensch und Computer, bei der ein Mensch in der Lage ist, ein Gerät einzig und allein Kraft seiner Gehirnsignale zu steuern. In den BCI Systemen fast aller Forschergruppen wird der Mensch in Experimenten über Wochen oder sogar Monaten trainiert, geeignete Signale zu produzieren, die vordefinierten allgemeinen Gehirnmustern entsprechen. Die BCI Gruppe in Berlin und Potsdam, der ich angehöre, war in diesem Feld eine der ersten, die erkannt hat, dass eine Anpassung des Verarbeitungssystems an den Menschen mit Hilfe der Techniken des Maschinellen Lernens große Vorteile mit sich bringt. In unserer Gruppe und mittlerweile auch in vielen anderen Gruppen wird BCI somit als aktuelles Forschungsthema im Maschinellen Lernen und folglich in der Informatik mit interdisziplinärer Natur in Neurowissenschaften und anderen Feldern verstanden, da durch die geeignete Kombination von Techniken des Maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung basierend auf neurophysiologischem Wissen der größte Erfolg erzielt werden konnte. In dieser Arbeit gehe ich auf meinem Anteil an diesem Projekt ein, der vor allem im Informatikbereich der BCI Forschung liegt. Im Detail beschäftige ich mich mit den folgenden drei Punkten: <b>Diskussion eines informationstheoretischen Maßes für die Güte eines BCI's:</b> Ich habe kritisch die Annahmen von Shannon's Informationsübertragungsrate für die Anwendung im BCI Kontext beleuchtet. Durch Ermittlung von geeigneten Kodierungsstrategien konnte ich zeigen, dass dieses theoretische Maß den praktisch erreichbaren Wert ziemlich gut annähert. <b>Transfer und Entwicklung von geeigneten Techniken aus dem Bereich der Signalverarbeitung und des Maschinellen Lernens:</b> Eine substantielle Komponente meiner Arbeit war die Entwicklung von Techniken des Machinellen Lernens und der Signalverarbeitung, um die Effizienz eines BCI's zu erhöhen. Basierend auf dem neurophysiologischem Wissen, dass verschiedene unabhängige Merkmale in Gehirnsignalen für verschiedene mentale Zustände beobachtbar sind, habe ich eine Methode zur Kombination von verschiedenen und unter Umständen unabhängigen Merkmalen entwickelt, die sehr erfolgreich die Fähigkeiten eines BCI's verbessert. Besonders in einigen Fällen übertraf die Leistung des entwickelten Kombinationsalgorithmus die beste Leistung auf den einzelnen Merkmalen mit mehr als 50 %. Weiterhin habe ich theoretisch und praktisch durch Einführung geeigneter Algorithmen die Frage untersucht, wie viele Klassen man für ein BCI nutzen kann und sollte. Auch hier wurde ein relevantes Resultat erzielt, nämlich dass für BCI Güten, die bis heute berichtet sind, die Benutzung von 3 oder 4 verschiedenen mentalen Zuständen in der Regel optimal im Sinne von erreichbarer Leistung sind. Für eine andere Erweiterung wurden Ideen aus der Signalverarbeitung mit denen des Maschinellen Lernens kombiniert, da ein hoher Erfolg erzielt werden kann, wenn der temporale Filter, d.h. die Wahl des benutzten Frequenzbandes, automatisch und individuell für jeden Menschen angepasst wird. <b>Implementation des Berlin Brain-Computer Interfaces und Realisierung von geeigneten Experimenten:</b> Eine weitere wichtige Komponente meiner Arbeit war eine Realisierung eines online BCI Systems, welches die entwickelten Methoden umfasst, aber auch so flexibel ist, dass neue Algorithmen und Ideen einfach zu verwirklichen sind. Bis jetzt wurden mit diesem System Bitraten von bis zu 40 Bits pro Minute von absolut untrainierten Personen in ihren ersten BCI Experimenten erzielt. Dieses Resultat übertrifft die bisher berichteten Ergebnisse aller anderer BCI Gruppen deutlich.  <hr> Bemerkung: Der Autor wurde mit dem Michelson-Preis 2005/2006 für die beste Promotion des Jahrgangs der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam ausgezeichnet.
KW  - Kybernetik
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Gehirn-Computer-Schnittstelle
KW  - BCI
KW  - EEG
KW  - Spatio-Spectral Filter
KW  - Feedback
KW  - Multi-Class
KW  - Classification
KW  - Signal Processing
KW  - Brain Computer Interface
KW  - Information Transfer Rate
KW  - Machine Learning
KW  - Single Trial Analysis
KW  - Feature Combination
KW  - Common Spatial Pattern
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7690
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dramlitsch, Thomas
T1  - Distributed computations in a dynamic, heterogeneous Grid environment
N2  - Die immer dichtere und schnellere Vernetzung von Rechnern und Rechenzentren über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke ermöglicht eine neue Art des wissenschaftlich verteilten Rechnens, bei der geographisch weit auseinanderliegende Rechenkapazitäten zu einer Gesamtheit zusammengefasst werden können. Dieser so entstehende virtuelle Superrechner, der selbst aus mehreren Grossrechnern besteht, kann dazu genutzt werden Probleme zu berechnen, für die die einzelnen Grossrechner zu klein sind. Die Probleme, die numerisch mit heutigen Rechenkapazitäten nicht lösbar sind, erstrecken sich durch sämtliche Gebiete der heutigen Wissenschaft, angefangen von Astrophysik, Molekülphysik, Bioinformatik, Meteorologie, bis hin zur Zahlentheorie und Fluiddynamik um nur einige Gebiete zu nennen.  Je nach Art der Problemstellung und des Lösungsverfahrens gestalten sich solche "Meta-Berechnungen" mehr oder weniger schwierig. Allgemein kann man sagen, dass solche Berechnungen um so schwerer und auch um so uneffizienter werden, je mehr Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessen (oder Prozessoren) herrscht. Dies ist dadurch begründet, dass die Bandbreiten bzw. Latenzzeiten zwischen zwei Prozessoren auf demselben Grossrechner oder Cluster um zwei bis vier Grössenordnungen höher bzw. niedriger liegen als zwischen Prozessoren, welche hunderte von Kilometern entfernt liegen.  Dennoch bricht nunmehr eine Zeit an, in der es möglich ist Berechnungen auf solch virtuellen Supercomputern auch mit kommunikationsintensiven Programmen durchzuführen. Eine grosse Klasse von kommunikations- und berechnungsintensiven Programmen ist diejenige, die die Lösung von Differentialgleichungen mithilfe von finiten Differenzen zum Inhalt hat. Gerade diese Klasse von Programmen und deren Betrieb in einem virtuellen Superrechner wird in dieser vorliegenden Dissertation behandelt. Methoden zur effizienteren Durchführung von solch verteilten Berechnungen werden entwickelt, analysiert und implementiert. Der Schwerpunkt liegt darin vorhandene, klassische Parallelisierungsalgorithmen zu analysieren und so zu erweitern, dass sie vorhandene Informationen (z.B. verfügbar durch das Globus Toolkit) über Maschinen und Netzwerke zur effizienteren Parallelisierung nutzen. Soweit wir wissen werden solche Zusatzinformationen kaum in relevanten Programmen genutzt, da der Grossteil aller Parallelisierungsalgorithmen implizit für die Ausführung auf Grossrechnern oder Clustern entwickelt wurde.
N2  - In order to face the rapidly increasing need for computational resources of various scientific and engineering applications one has to think of new ways to make more efficient use of the worlds current computational resources. In this respect, the growing speed of wide area networks made a new kind of distributed computing possible: Metacomputing or (distributed) Grid computing. This is a rather new and uncharted field in computational science. The rapidly increasing speed of networks even outperforms the average increase of processor speed: Processor speeds double on average each 18 month whereas network bandwidths double every 9 months. Due to this development of local and wide area networks Grid computing will certainly play a key role in the future of parallel computing.  This type of distributed computing, however, distinguishes from the traditional parallel computing in many ways since it has to deal with many problems not occurring in classical parallel computing. Those problems are for example heterogeneity, authentication and slow networks to mention only a few. Some of those problems, e.g. the allocation of distributed resources along with the providing of information about these resources to the application have been already attacked by the Globus software.  Unfortunately, as far as we know, hardly any application or middle-ware software takes advantage of this information, since most parallelizing algorithms for finite differencing codes are implicitly designed for single supercomputer or cluster execution. We show that although it is possible to apply classical parallelizing algorithms in a Grid environment, in most cases the observed efficiency of the executed code is very poor.  In this work we are closing this gap. In our thesis, we will - show that an execution of classical parallel codes in Grid environments is possible but very slow - analyze this situation of bad performance, nail down bottlenecks in communication, remove unnecessary overhead and other reasons for low performance - develop new and advanced algorithms for parallelisation that are aware of a Grid environment in order to generelize the traditional parallelization schemes - implement and test these new methods, replace and compare with the classical ones - introduce dynamic strategies that automatically adapt the running code to the nature of the underlying Grid environment.  The higher the performance one can achieve for a single application by manual tuning for a Grid environment, the lower the chance that those changes are widely applicable to other programs. In our analysis as well as in our implementation we tried to keep the balance between high performance and generality. None of our changes directly affect code on the application level which makes our algorithms applicable to a whole class of real world applications.  The implementation of our work is done within the Cactus framework using the Globus toolkit, since we think that these are the most reliable and advanced programming frameworks for supporting computations in Grid environments. On the other hand, however, we tried to be as general as possible, i.e. all methods and algorithms discussed in this thesis are independent of Cactus or Globus.
KW  - Paralleles Rechnen
KW  - Verteiltes Rechnen
KW  - Cactus
KW  - Globus
KW  - dynamisch
KW  - adaptiv
KW  - Grid Computing
KW  - Distributed Computing
KW  - Cactus
KW  - Globus
KW  - dynamic
KW  - adaptive
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000759
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Drews, Paul
A1  - Schirmer, Ingrid
A1  - Morisse, Marcel
A1  - Sagawe, Arno
A1  - Rolf, Arno
T1  - Reflexionsdialog mit DialogueMaps
BT  - ein Lehrkonzept zur softwaregestützten Reflexion der persönlichen Nutzung von Informationstechnik
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - In einigen Bereichen der Informatiklehre ist es möglich, die persönlichen Erfahrungen der Studierenden im Umgang mit Informationstechnik aufzugreifen und vor dem Hintergrund theoretischer Konzepte aus der Literatur gemeinsam mit ihnen zu reflektieren. Das hier vorgestellte Lehrkonzept des Reflexionsdialogs erstreckt sich über drei Seminartermine und vorbereitende Selbstlernphasen. Unterstützt wird das Konzept durch DialogueMaps, eine Software zur Visualisierung komplexer Sachverhalte und zur Unterstützung interaktiver Dialoge. Dieser Beitrag beschreibt die Hintergründe des Lehrkonzeptes, das Lehrkonzept selbst sowie die inhaltliche Ausgestaltung im Rahmen eines Mastermoduls „Computergestützte Kooperation“.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64983
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 117
EP  - 123
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dörge, Christina
T1  - Entwicklung eines methodologischen Verfahrens zur Ermittlung von informatischen Kompetenzen
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Der traditionelle Weg in der Informatik besteht darin, Kompetenzen entweder normativ durch eine Expertengruppe festzulegen oder als Ableitungsergebnis eines Bildungsstandards aus einem externen Feld. Dieser Artikel stellt einen neuartigen und alternativen Ansatz vor, der sich der Methodik der Qualitativen Inhaltsanalyse (QI) bedient. Das Ziel war die Ableitung von informatischen Schlüsselkompetenzen anhand bereits etablierter und erprobter didaktischer Ansätze der Informatikdidaktik. Dazu wurde zunächst aus einer Reihe von Informatikdidaktikbüchern eine Liste mit möglichen Kandidaten für Kompetenzen generiert. Diese Liste wurde als QI-Kategoriensystem verwendet, mit der sechs verschiedene didaktische Ansätze analysiert wurden. Ein abschließender Verfeinerungsschritt erfolgte durch die Überprüfung, welche der gefundenen Kompetenzen in allen vier Kernbereichen der Informatik (theoretische, technische, praktische und angewandte Informatik) Anwendung finden. Diese Methode wurde für die informatische Schulausbildung exemplarisch entwickelt und umgesetzt, ist aber ebenfalls ein geeignetes Vorgehen für die Identifizierung von Schlüsselkompetenzen in anderen Gebieten, wie z. B. in der informatischen Hochschulausbildung, und soll deshalb hier kurz vorgestellt werden.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64906
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 85
EP  - 90
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dörge, Christina
T1  - Entwicklung eines Kompetenzrahmenmodells für die universitäre Lehre
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Zurzeit haben wir es mit der folgenden Situation an Universitäten zu tun: Studierende kommen mit unterschiedlichem Wissen und Kompetenzen zur Universität, um informatikbezogene Studiengänge zu belegen. Diesem Umstand muss in den universitären Kursen entgegengewirkt werden, um ein einheitliches Bildungsziel zu erreichen. Für einige Studierende bedeutet dies oft eine Lehrbelastung in einem ohnehin sehr zeitintensiven Studium, was nicht selten zum Studienabbruch führt. Ein anderes Problem ist die fehlende Transparenz bezüglich der Gegenstände des Informatikstudiums: einige angehende Studierende kommen mit einem von der Realität abweichenden Bild der Informatik zur Universität, andere entscheiden sich u. U. deshalb gegen ein Informatikstudium, da ihnen nicht bewusst ist, dass das Studium für sie interessant sein könnte. In diesem Artikel soll ein Lösungsvorschlag anhand eines Kompetenzrahmenmodells vorgestellt werden, mit dessen Hilfe eine Verbesserung der Hochschulsituation erreicht werden kann.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64946
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 91
EP  - 97
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dünnebier, Malte
A1  - Diethelm, Ira
T1  - Ein virtueller Lernraum für die Informatiklehrerweiterbildung
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Bei der Suche nach Möglichkeiten, die Weiterbildung für Informatiklehrkräfte auszubauen, bietet sich der Einsatz virtueller Lernräume an. Dieses Papier berichtet über ein Projekt, in dem ein exemplarischer virtueller Lernraum für kollaboratives Lernen in der Lehrerweiterbildung in Informatik theoriegeleitet erstellt, erprobt und bewertet wurde. Die erzielten Ergebnisse über das Nutzungsverhalten können für weitere E-Learningprojekte in der Lehrerbildung hilfreich sein. Der Schwerpunkt dieses Papiers liegt auf der Gestaltung des Lernraums unter Beachtung der speziellen Situation der Informatiklehrkräfte, nicht auf der didaktischen Aufbereitung der betreffenden Lerneinheit.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64359
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 4
SP  - 65
EP  - 70
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Ebert, Birgitta E.
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Steffen, Bernhard
A1  - Blank, Lars M.
T1  - Flux-P
BT  - automating metabolic flux analysis
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Quantitative knowledge of intracellular fluxes in metabolic networks is invaluable for inferring metabolic system behavior and the design principles of biological systems. However, intracellular reaction rates can not often be calculated directly but have to be estimated; for instance, via 13C-based metabolic flux analysis, a model-based interpretation of stable carbon isotope patterns in intermediates of metabolism. Existing software such as FiatFlux, OpenFLUX or 13CFLUX supports experts in this complex analysis, but requires several steps that have to be carried out manually, hence restricting the use of this software for data interpretation to a rather small number of experiments. In this paper, we present Flux-P as an approach to automate and standardize 13C-based metabolic flux analysis, using the Bio-jETI workflow framework. Exemplarily based on the FiatFlux software, it demonstrates how services can be created that carry out the different analysis steps autonomously and how these can subsequently be assembled into software workflows that perform automated, high-throughput intracellular flux analysis of high quality and reproducibility. Besides significant acceleration and standardization of the data analysis, the agile workflow-based realization supports flexible changes of the analysis workflows on the user level, making it easy to perform custom analyses.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1054 
KW  - 13C metabolic flux analysis
KW  - MFA
KW  - high-throughput analysis
KW  - scientific workflows
KW  - workflow management
KW  - Bio-jETI
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-476696
SN  - 1866-8372
IS  - 1054
SP  - 872
EP  - 890
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ehlenz, Matthias
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
T1  - Synergieeffekte zwischen Fach- und Lehramtsstudierenden in Softwarepraktika
JF  - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2  - Dieser Beitrag diskutiert die Konzeption eines Software-Projektpraktikums im Bereich E-Learning, welches Lehramts- und Fachstudierenden der Informatik ermöglicht, voneinander zu profitieren und praxisrelevante Ergebnisse generiert. Vorbereitungen, Organisation und Durchführung werden vorgestellt und diskutiert. Den Abschluss bildet ein Ausblick auf die Fortführung des Konzepts und den Ausbau des Forschungsgebietes.
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94875
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 10
SP  - 99
EP  - 102
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Eirund, Helmut
A1  - Sethmann, Richard
T1  - NetS-X : Netzsicherheit lernen mit Spaß
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Das Gebiet der Netzsicherheit ist ein schwer zu lehrendes und mühsam zu lernendes Fach in der Informatikausbildung. Dies hat verschiedene Gründe, z.B. erfordert es Fachkenntnis, die jenseits von bunten Bildern zu vermitteln ist und sich dabei mit geringer Halbwertszeit weiterentwickelt. Echte Bedrohungsszenarien müssen unter Laborbedingungen nachgestellt werden, und der Umgang mit den Sicherheitswerkzeugen ist sehr komplex. Auf der einen Seite muss das System konzeptionell verstanden werden und auf der anderen Seite sind viele Details in der Konfiguration von Firewalls, Netz-Komponenten und –Werkzeugen für klassische Prüfungssituationen in der Ausbildung anzuwenden. Mit NetS-X (Network Security Experience) stellen wir einen laufenden Prototyp einer e-learning Plattform vor, mit der ein weiter Bereich von Sicherheitsszenarien vermittelt werden kann. Dabei wird der Lernende in einem Spielsystem mit Situationen konfrontiert, die er in einer echten, auf Linux basierenden typischen IT-Infrastruktur eines Unternehmens beherrschen muss. Die sicherheitsrelevanten Aktivitäten des Lernenden, z.B. der Einsatz von Monitor-Werkzeugen oder die Konfiguration von Netz-Komponenten werden dabei nicht simuliert, sondern real durchgeführt und durch Prozesse des Spielsystems beobachtet und bewertet. Autorenwerkzeuge ermöglichen den Lehrenden und Spielern, selber neue Spielsituationen, Sicherheitsszenarien oder Wissenskomponenten in das System zu integrieren.
KW  - Informatik
KW  - Ausbildung
KW  - Didaktik
KW  - Hochschuldidaktik
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29660
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 1
SP  - 81
EP  - 92
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ellis, Jason Brent
A1  - Abreu-Ellis, Carla Reis
T1  - Student Perspectives of Social Networking use in Higher Education
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Social networks are currently at the forefront of tools that
lend to Personal Learning Environments (PLEs). This study aimed to
observe how students perceived PLEs, what they believed were the
integral components of social presence when using Facebook as part
of a PLE, and to describe student’s preferences for types of interactions
when using Facebook as part of their PLE. This study used mixed
methods to analyze the perceptions of graduate and undergraduate
students on the use of social networks, more specifically Facebook as a
learning tool. Fifty surveys were returned representing a 65 % response
rate. Survey questions included both closed and open-ended questions.
Findings suggested that even though students rated themselves relatively
well in having requisite technology skills, and 94 % of students used
Facebook primarily for social use, they were hesitant to migrate these
skills to academic use because of concerns of privacy, believing that
other platforms could fulfil the same purpose, and by not seeing the
validity to use Facebook in establishing social presence. What lies
at odds with these beliefs is that when asked to identify strategies in
Facebook that enabled social presence to occur in academic work, the
majority of students identified strategies in five categories that lead to
social presence establishment on Facebook during their coursework.
KW  - Social
KW  - networks
KW  - higher
KW  - education
KW  - personal
KW  - learning
KW  - environments
KW  - Facebook
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82632
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 117
EP  - 131
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Engbring, Dieter
A1  - Klar, Tilman-Mathies
ED  - Schubert, Sigrid
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Medienbildung mit Informatik-Anteilen!?
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - Auf der Grundlage der Planung, Durchführung, Evaluation und Revision eines gemeinsamen Seminars von Medienpädagogik und Didaktik der Informatik stellen wir in diesem Aufsatz dar, wo die Defizite klassischer Medienbildung in Bezug auf digitale bzw. interaktive Medien liegen und welche Inhalte der Informatik für Studierende aller Lehrämter – im allgemeinbildenden Sinne – aus dieser Perspektive relevant erscheinen.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84693
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 125
EP  - 142
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Engbring, Dieter
A1  - Selke, Harald
T1  - Informatik und Gesellschaft als Gebiet der Informatik
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - In diesem Beitrag berichten wir über die Erfahrungen einer umgestalteten Lehre im Bereich Informatik und Gesellschft (IuG). Die Gründe für die Umge staltung und die Konzeption werden skizziert. Die Erfahrungen haben wir zu Thesen verdichtet: 1. Informatik und Gesellschaft sollte eine Pflichtveranstaltung im Bachelor-Studium sein, in der Studierende einen Überblick erhalten, welche gesellschaftlichen Rahmenbedingungen für sie relevant sind und wie man diese in die Praxis mit einbeziehen kann. 2. Historische Inhalte der Informatik sollen hier aufgearbeitet werden, indem man aktuelle Entwicklungen im Kontext ihrer Genese betrachtet.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64977
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 111
EP  - 116
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Fandiño, Jorge
T1  - Founded (auto)epistemic equilibrium logic satisfies epistemic splitting
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - In a recent line of research, two familiar concepts from logic programming semantics (unfounded sets and splitting) were extrapolated to the case of epistemic logic programs. The property of epistemic splitting provides a natural and modular way to understand programs without epistemic cycles but, surprisingly, was only fulfilled by Gelfond's original semantics (G91), among the many proposals in the literature. On the other hand, G91 may suffer from a kind of self-supported, unfounded derivations when epistemic cycles come into play. Recently, the absence of these derivations was also formalised as a property of epistemic semantics called foundedness. Moreover, a first semantics proved to satisfy foundedness was also proposed, the so-called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic (FAEEL). In this paper, we prove that FAEEL also satisfies the epistemic splitting property something that, together with foundedness, was not fulfilled by any other approach up to date. To prove this result, we provide an alternative characterisation of FAEEL as a combination of G91 with a simpler logic we called Founded Epistemic Equilibrium Logic (FEEL), which is somehow an extrapolation of the stable model semantics to the modal logic S5.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1060 
KW  - answer set programming
KW  - epistemic specifications
KW  - epistemic logic programs
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469685
SN  - 1866-8372
IS  - 1060
SP  - 671
EP  - 687
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fietkau, Julian
A1  - Kindsmüller, Martin Christof
A1  - Göttel, Timo
ED  - Schubert, Sigrid
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Rapid Prototyping von Interaktionskonzepten in der universitären MCI-Lehre
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - In der Lehre zur MCI (Mensch-Computer-Interaktion) stellt sich immer wieder die Herausforderung, praktische Übungen mit spannenden Ergebnissen durchzuführen, die sich dennoch nicht in technischen Details verlieren sondern MCI-fokussiert bleiben. Im Lehrmodul „Interaktionsdesign“ an der Universität Hamburg werden von Studierenden innerhalb von drei Wochen prototypische Interaktionskonzepte für das Spiel Neverball entworfen und praktisch umgesetzt. Anders als in den meisten Grundlagenkursen zur MCI werden hier nicht Mock-Ups, sondern lauffähige Software entwickelt. Um dies innerhalb der Projektzeit zu ermöglichen, wurde Neverball um eine TCP-basierte Schnittstelle erweitert. So entfällt die aufwändige Einarbeitung in den Quellcode des Spiels und die Studierenden können sich auf ihre Interaktionsprototypen konzentrieren. Wir beschreiben die Erfahrungen aus der
mehrmaligen Durchführung des Projektes und erläutern unser Vorgehen bei der Umsetzung. Die Ergebnisse sollen Lehrende im Bereich MCI unterstützen, ähnliche praxisorientierte Übungen mit Ergebnissen „zum Anfassen“ zu gestalten.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84718
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 153
EP  - 160
ER  - 
TY  - THES
A1  - Flöter, André
T1  - Analyzing biological expression data based on decision tree induction
T1  - Analyse biologischer Expressionsdaten mit Hilfe von Entscheidungsbauminduktion
N2  - Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these meth­ods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the pos­sibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the un­derstanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of com­binatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees ­ a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecu­tively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowl­edge and to suggest interesting and new relationships between metabolites.
N2  - Neuere biologische Analysetechniken liefern Forschern verschiedenste Arten von Daten. Eine Art dieser Daten sind die so genannten "Expressionsdaten". Sie geben die Konzentrationen biochemischer Inhaltsstoffe in Gewebeproben an. Neuerdings können Expressionsdaten sehr schnell erzeugt werden. Das führt wiederum zu so großen Datenmengen, dass sie nicht mehr mit klassischen statistischen Verfahren analysiert werden können. "System biology" ist eine neue Disziplin, die sich mit der Modellierung solcher Information befasst. Zur Zeit werden dazu verschiedenste Methoden benutzt. Eine Superklasse dieser Methoden ist das maschinelle Lernen. Dieses wurde bis vor kurzem ausschließlich zum Klassifizieren und zum Vorhersagen genutzt. Dabei wurde eine wichtige zweite Eigenschaft vernachlässigt, nämlich die Möglichkeit zum Erlernen von interpretierbaren Modellen. Die Erstellung solcher Modelle hat mittlerweile eine Schlüsselrolle in der "Systems biology" erlangt. Es sind bereits zahlreiche Methoden dazu vorgeschlagen und diskutiert worden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Nutzung einer ganz grundlegenden Technik: den Entscheidungsbäumen. Zunächst wird ein Konzept zum Vergleich von Baummengen entwickelt, welches das Erkennen bedeutsamer Schwellwerte in reellwertigen Daten anhand ihrer zugehörigen Entscheidungswälder ermöglicht. Das Erkennen solcher Schwellwerte dient dem Verständnis von dynamischen Abläufen in lebenden Organismen. Bei der Anwendung dieser Technik auf metabolische Konzentrationsdaten wurden bereits Zustände erkannt, die nicht mit herkömmlichen Techniken entdeckt werden konnten. Ein zweiter Ansatz befasst sich mit der Auswertung der Struktur von Entscheidungswäldern zur Entdeckung von kombinatorischen Abhängigkeiten zwischen Attributen. Bisherige Arbeiten hierzu befassten sich vornehmlich mit rechenintensiven Verfahren oder mit einzelnen Entscheidungsbäumen, eine sehr eingeschränkte Ausbeutung der Daten. Das führte dann entweder zu unvollständigen oder instabilen Ergebnissen. Darum wird hier eine Methode entwickelt, die Mengen von Entscheidungsbäumen nutzt, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beide vorgestellten Verfahren gibt es als Werkzeuge für den Computer, die entweder hintereinander oder einzeln verwendet werden können. Auf diese Weise stellen sie eine sinnvolle Ergänzung zu vorhandenen Analyswerkzeugen dar. Mit Hilfe der bereitgestellten Software war es möglich, bekanntes Wissen zu bestätigen und interessante neue Zusammenhänge im Stoffwechsel von Pflanzen aufzuzeigen.
KW  - Molekulare Bioinformatik
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Entscheidungsbäume
KW  - machine learning
KW  - decision trees
KW  - computational biology
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Frank, Mario
T1  - Axiom relevance decision engine : technical report
N2  - This document presents an axiom selection technique for classic first order theorem proving based on the relevance of axioms for the proof of a conjecture. It is based on unifiability of predicates and does not need statistical information like symbol frequency. The scope of the technique is the reduction of the set of axioms and the increase of the amount of provable conjectures in a given time. Since the technique generates a subset of the axiom set, it can be used as a preprocessor for automated theorem proving. This technical report describes the conception, implementation and evaluation of ARDE. The selection method, which is based on a breadth-first graph search by unifiability of predicates, is a weakened form of the connection calculus and uses specialised variants or unifiability to speed up the selection. The implementation of the concept is evaluated with comparison to the results of the world championship of theorem provers of the year 2012 (CASC J6). It is shown that both the theorem prover leanCoP which uses the connection calculus and E which uses equality reasoning, can benefit from the selection approach. Also, the evaluation shows that the concept is applyable for theorem proving problems with thousands of formulae and that the selection is independent from the calculus used by the theorem prover.
N2  - Dieser technische Report beschreibt die Konzeption, Implementierung und Evaluation eines Verfahrens zur Auswahl von logischen Formeln bezüglich derer Relevanz für den Beweis einer logischen Formel. Das Verfahren wird ausschließlich für die Prädikatenlogik erster Ordnung angewandt, wenngleich es auch für höherstufige Prädikatenlogiken geeignet ist. Das Verfahren nutzt eine unifikationsbasierte Breitensuche im Graphen wobei jeder Knoten im Graphen ein Prädikat und jede existierende Kante eine Unifizierbarkeitsrelation ist. Ziel des Verfahrens ist die Reduktion einer gegebenen Menge von Formeln auf eine für aktuelle Theorembeweiser handhabbare Größe. Daher ist das Verfahren als Präprozess-Schritt für das automatische Theorembeweisen geeignet. Zur Beschleunigung der Suche wird neben der Standard-Unifikation eine abgeschwächte Unifikation verwendet. Das System wurde während der Weltmeisterschaft der Theorembeweiser im Jahre 2014 (CASC J6) in Manchester zusammen mit dem Theorembeweiser leanCoP eingereicht und konnte leanCoP dabei unterstützen, Probleme zu lösen, die leanCoP alleine nicht handhaben kann. Die Tests mit leanCoP und dem Theorembeweiser E im Nachgang zu der Weltmeisterschaft zeigen, dass das Verfahren unabhängig von dem verwendeten Kalkül ist und bei beiden Theorembeweisern positive Auswirkungen auf die Beweisbarkeit von Problemen mit großen Formelmengen hat.
KW  - Relevanz
KW  - Graphensuche
KW  - Theorembeweisen
KW  - Preprocessing
KW  - Unifikation
KW  - relevance
KW  - graph-search
KW  - preprocessing
KW  - unification
KW  - theorem
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72128
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank, Mario
T1  - TEMPLAR : efficient determination of relevant axioms in big formula sets for theorem proving
N2  - This document presents a formula selection system for classical first order theorem proving based on the relevance of formulae for the proof of a conjecture. It is based on unifiability of predicates and is also able to use a linguistic approach for the selection. The scope of the technique is the reduction of the set of formulae and the increase of the amount of provable conjectures in a given time. Since the technique generates a subset of the formula set, it can be used as a preprocessor for automated theorem proving. The document contains the conception, implementation and evaluation of both selection concepts. While the one concept generates a search graph over the negation normal forms or Skolem normal forms of the given formulae, the linguistic concept analyses the formulae and determines frequencies of lexemes and uses a tf-idf weighting algorithm to determine the relevance of the formulae. Though the concept is built for first order logic, it is not limited to it. The concept can be used for higher order and modal logik, too, with minimal adoptions. The system was also evaluated at the world championship of automated theorem provers (CADE ATP Systems Competition, CASC-24) in combination with the leanCoP theorem prover and the evaluation of the results of the CASC and the benchmarks with the problems of the CASC of the year 2012 (CASC-J6) show that the concept of the system has positive impact to the performance of automated theorem provers. Also, the benchmarks with two different theorem provers which use different calculi have shown that the selection is independent from the calculus. Moreover, the concept of TEMPLAR has shown to be competitive to some extent with the concept of SinE and even helped one of the theorem provers to solve problems that were not (or slower) solved with SinE selection in the CASC. Finally, the evaluation implies that the combination of the unification based and linguistic selection yields more improved results though no optimisation was done for the problems.
N2  - Dieses Dokument stellt ein System vor, das aus einer (großen) gegebenen Menge von Formeln der klassischen Prädikatenlogik eine Teilmenge auswählt, die für den Beweis einer logischen Formel relevant sind. Ziel des Systems ist, die Beweisbarkeit von Formeln in einer festen Zeitschranke zu ermöglichen oder die Beweissuche durch die eingeschränkte Formelmenge zu beschleunigen. Das Dokument beschreibt die Konzeption, Implementierung und Evaluation des Systems und geht dabei auf die zwei verschiedenen Ansätze zur Auswahl ein. Während das eine Konzept eine Graphensuche wahlweise auf den Negations-Normalformen oder Skolem-Normalformen der Formeln durchführt, indem Pfade von einer Formel zu einer anderen durch Unifikation von Prädikaten gebildet werden, analysiert das andere Konzept die Häufigkeiten von Lexemen und bildet einen Relevanzwert durch Anwendung des in der Computerlinguistik bekannten tf-idf-Maßes. Es werden die Ergebnisse der Weltmeisterschaft der automatischen Theorembeweiser (CADE ATP Systems Competition, CASC-24) vorgestellt und der Effekt des Systems für die Beweissuche analysiert. Weiterhin werden die Ergebnisse der Tests des Systems auf den Problemen der Weltmeisterschaft aus dem Jahre 2012 (CASC-J6) vorgestellt. Es wird darauf basierend evaluiert, inwieweit die Einschränkungen die Theorembeweiser bei dem Beweis komplexer Probleme unterstützen. Letztendlich wird gezeigt, dass das System einerseits positive Effekte für die Theorembeweiser hat und andererseits unabhängig von dem Kalkül ist, den die Theorembeweiser nutzen. Ferner ist der Ansatz unabhängig von der genutzten Logik und kann prinzipiell für alle Stufen der Prädikatenlogik und Aussagenlogik sowie Modallogik genutzt werden. Dieser Aspekt macht den Ansatz universell im automatischen Theorembeweisen nutzbar. Es zeigt sich, dass beide Ansätze zur Auswahl für verschiedene Formelmengen geeignet sind. Es wird auch gezeigt, dass die Kombination beider Ansätze eine signifikante Erhöhung der beweisbaren Formeln zur Folge hat und dass die Auswahl durch die Ansätze mit den Fähigkeiten eines anderen Auswahl-Systems mithalten kann.
KW  - Theorembeweisen
KW  - Relevanz
KW  - Selektion
KW  - Liguistisch
KW  - Unifikation
KW  - relevance
KW  - selection
KW  - proving
KW  - linguistic
KW  - theorem
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72112
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank, Mario
T1  - On synthesising Linux kernel module components from Coq formalisations
T1  - Über die Synthese von Linux Kernel- Modul-Komponenten aus Coq-Formalisierungen
N2  - This thesis presents an attempt to use source code synthesised from Coq formalisations of device drivers for existing (micro)kernel operating systems, with a particular focus on the Linux Kernel.

In the first part, the technical background and related work are described. The focus is here on the possible approaches to synthesising certified software with Coq, namely the extraction to functional languages using the Coq extraction plugin and the extraction to Clight code using the CertiCoq plugin. It is noted that the implementation of CertiCoq is verified, whereas this is not the case for the Coq extraction plugin. Consequently, there is a correctness guarantee for the generated Clight code which does not hold for the code being generated by the Coq extraction plugin. Furthermore, the differences between user space and kernel space software are discussed in relation to Linux device drivers. It is elaborated that it is not possible to generate working Linux kernel module components using the Coq extraction plugin without significant modifications. In contrast, it is possible to produce working user space drivers both with the Coq extraction plugin and CertiCoq. The subsequent parts describe the main contributions of the thesis.

In the second part, it is demonstrated how to extend the Coq extraction plugin to synthesise foreign function calls between the functional language OCaml and the imperative language C. This approach has the potential to improve the type-safety of user space drivers. Furthermore, it is shown that the code being synthesised by CertiCoq cannot be used in kernel space without modifications to the necessary runtime. Consequently, the necessary modifications to the runtimes of CertiCoq and VeriFFI are introduced, resulting in the runtimes becoming compatible components of a Linux kernel module. Furthermore, justifications for the transformations are provided and possible further extensions to both plugins and solutions to failing garbage collection calls in kernel space are discussed.

The third part presents a proof of concept device driver for the Linux Kernel. To achieve this, the event handler of the original PC Speaker driver is partially formalised in Coq. Furthermore, some relevant formal properties of the formalised functionality are discussed. Subsequently, a kernel module is defined, utilising the modified variants of CertiCoq and VeriFFI to compile a working device driver. It is furthermore shown that it is possible to compile the synthesised code with CompCert, thereby extending the guarantee of correctness to the assembly layer. This is followed by a performance evaluation that compares a naive formalisation of the PC speaker functionality with the original PC Speaker driver pointing out the weaknesses in the formalisation and possible improvements. The part closes with a summary of the results, their implications and open questions being raised.

The last part lists all used sources, separated into scientific literature, documentations or reference manuals and artifacts, i.e. source code.
N2  - Die vorliegende Dissertation präsentiert einen Ansatz zur Nutzung von Quellcode, der aus der Coq-Formalisierung eines Gerätetreibers generiert wurde, für bestehende (Mikrokernel-)Betriebssysteme, im Speziellen den Linux-Kernel.

Im ersten Teil erfolgt eine Beschreibung der relevanten technischen Aspekte sowie des aktuellen Forschungsstandes. Dabei liegt der Fokus auf der Synthese von funktionalem Code durch das Coq Extraction Plugin und von Clight Code durch das CertiCoq Plugin. Des Weiteren wird dargelegt, dass die Implementierung von CertiCoq im Gegensatz zu der des Coq Extraction Plugin verifiziert ist, wodurch sich eine Korrektheitsgarantie für den generierten Clight Code ableiten lässt. Darüber hinaus werden die Unterschiede zwischen User Space und Kernel Space Software in Bezug auf Linux-Treiber erörtert. Unter Berücksichtigung der technischen Einschränkungen wird dargelegt, dass der durch das Coq Extraction Plugin generierte Code ohne gravierende Anpassungen der Laufzeitumgebung nicht als Teil eines Kernel Space Treibers nutzbar ist. Die nachfolgenden Teile der Dissertation behandeln den Beitrag dieser Arbeit.

Im zweiten Teil wird dargelegt, wie das Coq Extraction Plugin derart erweitert werden kann, dass typsichere Aufrufe zwischen den Sprachen OCaml und C generiert werden können. Dies verhindert spezifische Kompilationsfehler aufgrund von Typfehlern. Des Weiteren wird aufgezeigt, dass der durch CertiCoq generierte Code ebenfalls nicht im Kernel Space genutzt werden kann, da die Laufzeitumgebung technische Einschränkungen verletzt. Daher werden die notwendigen Anpassungen an der vergleichsweise kleinen Laufzeitumgebung sowie an VeriFFI vorgestellt und deren Korrektheit begründet. Anschließend werden mögliche Erweiterungen beider Plugins sowie die Möglichkeit der  Behandlung von fehlschlagenden Aufrufen der Garbage Collection von CertiCoq im Kernel Space erörtert.

Im dritten Teil wird als Machbarkeitsstudie im ersten Schritt der Event-Handler des Linux PC Speaker Treibers beschrieben und eine naive Coq-Formalisierung sowie wichtige formale Eigenschaften dargelegt. Dann wird beschrieben, wie ein Kernel-Modul und dessen Kompilation definiert werden muss, um einen lauffähigen Linux Kernel Treiber zu erhalten. Des Weiteren wird erläutert, wie die generierten
Teile dieses Treibers mit dem verifizierten Kompiler CompCert übersetzt werden können, wodurch auch eine Korrektheit für den resultierenden Assembler-Code gilt. Im Anschluss erfolgt eine Evaluierung der Performance des aus der naiven Coq-Formalisierung generierten Codes im Vergleich zum originalen PC-Speaker Treiber.
Dabei werden die Schwächen der Formalisierung sowie mögliche Verbesserungen diskutiert. Der Teil wird mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse sowie der daraus resultierenden offenen Fragen abgeschlossen.

Der letzte Teil gibt eine Übersicht über genutzte Quellen und Hilfsmittel, unterteilt in wissenschaftliche Literatur, Dokumentationen sowie Software-Artefakte.
KW  - Linux device drivers
KW  - Coq
KW  - CertiCoq
KW  - synthesis
KW  - compilation
KW  - Geräte-Treiber
KW  - Linux
KW  - Coq
KW  - CertiCoq
KW  - Synthese
KW  - Kompilation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-642558
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Freischlad, Stefan
T1  - Entwicklung und Erprobung des Didaktischen Systems Internetworking im Informatikunterricht
N2  - Internetbasierte Informatiksysteme beeinflussen in steigendem Maße Situationen in unterschiedlichen Lebensbereichen. Kompetenzen zur Verwendung von Internetanwendungen und -diensten müssen explizit erworben werden, weil damit ein notwendiger Einblick in nicht beobachtbare Abläufe und nicht offen sichtbare Strukturen verbunden ist. Bisher gibt es Vorschläge für die Gestaltung schulischer Lehr-Lernprozesse zu ausgewählten Teilaspekten des Internets. Es fehlt eine systematische Analyse des Bildungsbedarfs und ein daraus resultierendes Unterrichtsmodell. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für den Informatikunterricht in der Sekundarstufe II vorgestellt, das zu zielgerichteter und verantwortungsvoller Anwendung des Internets beiträgt. Die vorliegende Arbeit umfasst den Prozess von der Analyse erforderlicher Kompetenzen bis zur Realisierung von Lehr-Lernprozessen im Informatikunterricht in der Sekundarstufe II. Es werden der Beitrag der Informatik zu identifizierten Kompetenzen untersucht und Bildungsanforderungen bestimmt. Bildungsempfehlungen und Forschungsergebnisse zu erfolgreichen Unterrichtseinheiten werden im Hinblick auf die Bildungsziele analysiert. Der Informatikunterricht unterstützt die Kompetenzentwicklung zu internetbasierten digitalen Medien. Es wird die Entwicklung eines Unterrichtsmodells zu Internetworking beschrieben. Dazu wird der Ansatz der Didaktischen Systeme untersucht, weiter entwickelt und auf den Bereich Internetworking übertragen. Der theoretische Ansatz wird dazu in vier Unterrichtsprojekten zu Internetworking in der Praxis realisiert. Beziehungen zwischen Fachkonzepten zu Internetworking werden untersucht und durch Wissensstrukturen zur Planung von Unterrichtsprojekten eingesetzt und in der Praxis erprobt. Die Beschreibung von Lernaktivitäten erfolgt auf der Basis von Aufgabenklassen, die das notwendige Wissen zur Bearbeitung einer Aufgabenstellung repräsentieren. Auf der Grundlage des Ablaufs der Aufgabenbearbeitung werden Eigenschaften von Aufgaben beschrieben und zu deren Gestaltung nutzbar gemacht. Bisher nicht durchführbare Tätigkeiten im Unterricht werden durch die Entwicklung der Lernsoftware Filius ermöglicht. Die Reduktion der komplexen Wirklichkeit durch Simulation realer internetbasierter Informatiksysteme und die Auswahl geeigneter Sichten auf den Untersuchungsgegenstand werden mit Ergebnissen der Informatikdidaktik begründet. Unterrichtsprojekte zu den Zielen werden durchgeführt, um Lehr-Lernprozesse zu erkunden und das entwickelte Didaktische System zu erproben. Ausgehend von der theoretischen Fundierung erfolgt die praktische Realisierung von Lehr-Lernprozessen. Zur Erprobung im Informatikunterricht der Sekundarstufe II in Nordrhein-Westfalen werden Minimalziele aufgrund der Lehrvorgaben bestimmt. Die methodische Gestaltung in der Erprobung erfolgt unter Berücksichtigung der Vorgaben für den Informatikunterricht und allgemeinen Anforderungen der Fachdidaktik. Handlungsorientierte Unterrichtsmittel werden ausgewählt und in der Praxis zur Untersuchung der Lehr-Lernprozesse verwendet. Im Unterricht identifizierte Lernschwierigkeiten führen zur Modifikation der Wissensstrukturen und werden im Entwicklungsprozess von Filius berücksichtigt. Die Erkenntnisse aus Unterrichtsprojekten werden genutzt, um zu bestimmen, zu welchen Aufgabenklassen weitere Aufgaben erforderlich sind und inwieweit das aus den identifizierten Merkmalen abgeleitete Vorgehen zur Entwicklung niveaubestimmender Aufgaben genutzt werden kann. Die Erprobungen bestätigen die Tragfähigkeit des Didaktischen Systems Internetworking und leisten mit der Implementierung in der Praxis einen Beitrag zur Untersuchung von Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht. Mit dem Didaktischen System Internetworking wird ein theoretisch fundiertes und empirisch erprobtes Unterrichtsmodell zur Entwicklung von Kompetenzen zur Einrichtung und Anwendung internetbasierter Informatiksysteme beschrieben.
N2  - Internet-based informatics systems increasingly influence real-life situations. Competencies for Internet applications and services have to be explicitly attained because not observable processes and invisible structures have to be considered. There are examples of successful learning processes for selected parts of the Internet. A systematic analysis of educational requirements and a derived didactic concept for general education is missing. An overall didactic concept for informatics in secondary education is presented in this work, which contributes to goal-oriented and responsible application of the Internet. This work comprises the process from analysis of necessary competencies to realisation of learning processes in classes in secondary education. The contribution of informatics to identified competencies is examined and educational requirements are determined. Recommendations for informatics education and research results of successfully introduced classes are analysed with regard to the learning objectives. Informatics courses support the development of competencies related to Internet-based digital media. The development of a didactic concept concerning Internetworking is described. The approach of Didactic Systems is examined, elaborated, and transferred to Internetworking. The theory-based approach is realised in practice during four classroom projects. Relations between concepts about Internetworking are analysed, applied to plan classroom projects, and evaluated by means of knowledge networks. Learning activities are described on the basis of exercise classes, which represent the necessary knowledge to solve an exercise. Properties of exercises are described and utilised. Learning activities that were not realizable up to this point are facilitated by the developed learning software Filius. The reduction of complexity of real informatics systems by simulation and the selection of appropriate views of the object of examination are based on results of didactics of informatics. Classroom projects are performed to explore learning processes and to evaluate the Didactic System Internetworking. Learning processes are put into practice based on the theoretic approach. Minimal objectives for the classroom projects are determined from educational guidelines of informatics in secondary education at North Rhine-Westfalia. The methodical design of the learning processes is based on the guidelines and general requirements of didactics of informatics. Activity-oriented learning material is selected and introduced into practice to examine learning processes. Identified learning difficulties result in modification of the knowledge structures and are considered during the development of Filius. Further findings allow conclusions regarding the necessity of exercises of identified exercise classes and regarding the applicability of determined exercise properties to design assignments to define the outcome of learning processes. The classroom projects confirm the viability of the Didactic System Internetworking and contribute to further analysis of the development of competencies in informatics education. The Didactic System Internetworking provides a theory-based empirically approved didactic concept for the development of competencies to establish and to use Internet-based informatics systems.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 3 
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41851
SN  - 978-3-86956-058-8
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Frenkel, Marcus
A1  - Weicker, Karsten
T1  - Pseudo
BT  - eine Programmiersprache auf der Basis von Pseudocode zur Unterstützung der akademischen Lehre
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Pseudo ist eine auf Pseudocode basierende Programmiersprache, welche in der akademischen Lehre zum Einsatz kommen und hier die Vermittlung und Untersuchung von Algorithmen und Datenstrukturen unterstützen soll. Dieser Beitrag geht auf die Besonderheiten der Sprache sowie mögliche didaktische Szenarien ein.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64328
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 4
SP  - 47
EP  - 52
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Friedemann, Stefan
A1  - Gröger, Stefan
A1  - Schumann, Matthias
T1  - Was denken Studierende über SAP ERP?
BT  - ein Vorher-Nachher-Vergleich von Einflussfaktoren auf die Nutzungswahrnehmung
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Viele Hochschulen nutzen SAP ERP in der Lehre, um den Studierenden einen Einblick in die Funktionsweise und den Aufbau von integrierter Standardsoftware zu ermöglichen. Im Rahmen solcher Schulungen bilden die Studierenden eine Meinung und Bewertung der Software. In diesem Artikel wird untersucht, wie sich klassische Modelle der Nutzungswahrnehmung auf die spezielle Situation von SAP ERP in der Lehre übertragen lassen und welchen Einfluss bestimmte Faktoren haben. Dazu wurden vier Vorher-Nachher-Studien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalität im Laufe der Schulung positiver und die Benutzungsfreundlichkeit als negativer bewertet wird.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64995
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 124
EP  - 130
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Froitzheim, Manuel
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Android-Workshop zur Vertiefung der Kenntnisse bezüglich Datenstrukturen und Programmierung in der Studieneingangsphase
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - Die Studieneingangsphase stellt für Studierende eine Schlüsselphase des tertiären Ausbildungsabschnitts dar. Fachwissenschaftliches Wissen wird praxisfern vermittelt und die Studierenden können die Zusammenhänge zwischen den Themenfeldern der verschiedenen Vorlesungen nicht erkennen. Zur Verbesserung der Situation wurde ein Workshop entwickelt, der die Verbindung der Programmierung und der Datenstrukturen vertieft. Dabei wird das Spiel Go-Moku1 als Android-App von den Studierenden selbständig entwickelt. Die Kombination aus Software (Java, Android-SDK) und Hardware (Tablet-Computer) für ein kleines realistisches Softwareprojekt stellt für die Studierenden eine neue Erfahrung dar.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80247
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 11
EP  - 26
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Froitzheim, Manuel
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
A1  - Hurtienne, Dominik
A1  - Spannagel, Christian
A1  - Roderus, Simon
A1  - Wienkop, Uwe
A1  - Leonhardt, Thiemo
A1  - Kwiecien, Alexandra
A1  - Schmetz, Arno
A1  - Bellgardt, Martin
A1  - Naumann, Uwe
A1  - Weßels, Doris
A1  - Metzger, Christiane
A1  - Längrich, Matthias
A1  - Schulze, Jörg
A1  - Jakoblew, Marcel
A1  - Keil, Reinhard
A1  - Winkelnkemper, Felix
A1  - Engbring, Dieter
A1  - Klar, Tilman-Mathies
A1  - Kujath, Bertold
A1  - Schütze, Christopher
A1  - Fietkau, Julian
A1  - Kindsmüller, Martin Christof
A1  - Göttel, Timo
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Taraschewski, Christian
A1  - Vosseberg, Karin
A1  - Czernik, Sofie
A1  - Erb, Ulrike
A1  - Vielhaber, Michael
A1  - Schlierkamp, Kathrin
A1  - Thurner, Veronika
A1  - Bröker, Kathrin
ED  - Forbrig, Peter
ED  - Magenheim, Johannes
T1  - HDI 2014 – Gestalten von Übergängen
BT  - 6. Fachtagung Hochschuldidaktik der Informatik ; 15.-16. September 2014, Universität Freiburg
N2  - Die Tagung HDI 2014 in Freiburg zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wurde erneut vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studiengängen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs über neue didaktische Ansätze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik.
Die HDI 2014 ist nun bereits die sechste Ausgabe der HDI. Für sie wurde das spezielle Motto „Gestalten und Meistern von Übergängen“ gewählt. Damit soll ein besonderes Augenmerk auf die Übergänge von Schule zum Studium, vom Bachelor zum  Master, vom Studium zur Promotion oder vom Studium zur Arbeitswelt gelegt werden.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 9 
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-74920
SN  - 978-3-86956-313-8
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gebhardt, Kai
T1  - Kooperative und kompetenzorientierte Übungen in der Softwaretechnik
JF  - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2  - Die Unterrichtsmethode Stationsarbeit kann verwendet werden, um Individualisierung und Differenzierung im Lernprozess zu ermöglichen. Dieser Beitrag schlägt Aufgabenformate vor, die in einer Stationsarbeit über das Klassendiagramm aus der Unified Modeling Language verwendet werden können. Die Aufgabenformate wurden bereits mit Studierenden erprobt.
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94867
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 10
SP  - 95
EP  - 98
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gebser, Martin
T1  - Proof theory and algorithms for answer set programming
T1  - Beweistheorie und Algorithmen für die Antwortmengenprogrammierung
N2  - Answer Set Programming (ASP) is an emerging paradigm for declarative programming, in which a computational problem is specified by a logic program such that particular models, called answer sets, match solutions. ASP faces a growing range of applications, demanding for high-performance tools able to solve complex problems. ASP integrates ideas from a variety of neighboring fields. In particular, automated techniques to search for answer sets are inspired by Boolean Satisfiability (SAT) solving approaches. While the latter have firm proof-theoretic foundations, ASP lacks formal frameworks for characterizing and comparing solving methods. Furthermore, sophisticated search patterns of modern SAT solvers, successfully applied in areas like, e.g., model checking and verification, are not yet established in ASP solving. We address these deficiencies by, for one, providing proof-theoretic frameworks that allow for characterizing, comparing, and analyzing approaches to answer set computation. For another, we devise modern ASP solving algorithms that integrate and extend state-of-the-art techniques for Boolean constraint solving. We thus contribute to the understanding of existing ASP solving approaches and their interconnections as well as to their enhancement by incorporating sophisticated search patterns. The central idea of our approach is to identify atomic as well as composite constituents of a propositional logic program with Boolean variables. This enables us to describe fundamental inference steps, and to selectively combine them in proof-theoretic characterizations of various ASP solving methods. In particular, we show that different concepts of case analyses applied by existing ASP solvers implicate mutual exponential separations regarding their best-case complexities. We also develop a generic proof-theoretic framework amenable to language extensions, and we point out that exponential separations can likewise be obtained due to case analyses on them. We further exploit fundamental inference steps to derive Boolean constraints characterizing answer sets. They enable the conception of ASP solving algorithms including search patterns of modern SAT solvers, while also allowing for direct technology transfers between the areas of ASP and SAT solving. Beyond the search for one answer set of a logic program, we address the enumeration of answer sets and their projections to a subvocabulary, respectively. The algorithms we develop enable repetition-free enumeration in polynomial space without being intrusive, i.e., they do not necessitate any modifications of computations before an answer set is found. Our approach to ASP solving is implemented in clasp, a state-of-the-art Boolean constraint solver that has successfully participated in recent solver competitions. Although we do here not address the implementation techniques of clasp or all of its features, we present the principles of its success in the context of ASP solving.
N2  - Antwortmengenprogrammierung (engl. Answer Set Programming; ASP) ist ein Paradigma zum deklarativen Problemlösen, wobei Problemstellungen durch logische Programme beschrieben werden, sodass bestimmte Modelle, Antwortmengen genannt, zu Lösungen korrespondieren. Die zunehmenden praktischen Anwendungen von ASP verlangen nach performanten Werkzeugen zum Lösen komplexer Problemstellungen. ASP integriert diverse Konzepte aus verwandten Bereichen. Insbesondere sind automatisierte Techniken für die Suche nach Antwortmengen durch Verfahren zum Lösen des aussagenlogischen Erfüllbarkeitsproblems (engl. Boolean Satisfiability; SAT) inspiriert. Letztere beruhen auf soliden beweistheoretischen Grundlagen, wohingegen es für ASP kaum formale Systeme gibt, um Lösungsmethoden einheitlich zu beschreiben und miteinander zu vergleichen. Weiterhin basiert der Erfolg moderner Verfahren zum Lösen von SAT entscheidend auf fortgeschrittenen Suchtechniken, die in gängigen Methoden zur Antwortmengenberechnung nicht etabliert sind. Diese Arbeit entwickelt beweistheoretische Grundlagen und fortgeschrittene Suchtechniken im Kontext der Antwortmengenberechnung. Unsere formalen Beweissysteme ermöglichen die Charakterisierung, den Vergleich und die Analyse vorhandener Lösungsmethoden für ASP. Außerdem entwerfen wir moderne Verfahren zum Lösen von ASP, die fortgeschrittene Suchtechniken aus dem SAT-Bereich integrieren und erweitern. Damit trägt diese Arbeit sowohl zum tieferen Verständnis von Lösungsmethoden für ASP und ihrer Beziehungen untereinander als auch zu ihrer Verbesserung durch die Erschließung fortgeschrittener Suchtechniken bei. Die zentrale Idee unseres Ansatzes besteht darin, Atome und komposite Konstrukte innerhalb von logischen Programmen gleichermaßen mit aussagenlogischen Variablen zu assoziieren. Dies ermöglicht die Isolierung fundamentaler Inferenzschritte, die wir in formalen Charakterisierungen von Lösungsmethoden für ASP selektiv miteinander kombinieren können. Darauf aufbauend zeigen wir, dass unterschiedliche Einschränkungen von Fallunterscheidungen zwangsläufig zu exponentiellen Effizienzunterschieden zwischen den charakterisierten Methoden führen. Wir generalisieren unseren beweistheoretischen Ansatz auf logische Programme mit erweiterten Sprachkonstrukten und weisen analytisch nach, dass das Treffen bzw. Unterlassen von Fallunterscheidungen auf solchen Konstrukten ebenfalls exponentielle Effizienzunterschiede bedingen kann. Die zuvor beschriebenen fundamentalen Inferenzschritte nutzen wir zur Extraktion inhärenter Bedingungen, denen Antwortmengen genügen müssen. Damit schaffen wir eine Grundlage für den Entwurf moderner Lösungsmethoden für ASP, die fortgeschrittene, ursprünglich für SAT konzipierte, Suchtechniken mit einschließen und darüber hinaus einen transparenten Technologietransfer zwischen Verfahren zum Lösen von ASP und SAT erlauben. Neben der Suche nach einer Antwortmenge behandeln wir ihre Aufzählung, sowohl für gesamte Antwortmengen als auch für Projektionen auf ein Subvokabular. Hierfür entwickeln wir neuartige Methoden, die wiederholungsfreies Aufzählen in polynomiellem Platz ermöglichen, ohne die Suche zu beeinflussen und ggf. zu behindern, bevor Antwortmengen berechnet wurden.
KW  - Wissensrepräsentation und -verarbeitung
KW  - Antwortmengenprogrammierung
KW  - Beweistheorie
KW  - Algorithmen
KW  - Knowledge Representation and Reasoning
KW  - Answer Set Programming
KW  - Proof Theory
KW  - Algorithms
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55425
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Gebser, Martin
A1  - Hinrichs, Henrik
A1  - Schaub, Torsten
A1  - Thiele, Sven
T1  - xpanda: a (simple) preprocessor for adding multi-valued propositions to ASP
N2  - We introduce a simple approach extending the input language of Answer Set Programming (ASP) systems by multi-valued propositions. Our approach is implemented as a (prototypical) preprocessor translating logic programs with multi-valued propositions into logic programs with Boolean propositions only. Our translation is modular and heavily benefits from the expressive input language of ASP. The resulting approach, along with its implementation, allows for solving interesting constraint satisfaction problems in ASP, showing a good performance.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41466
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Geske, Ulrich
A1  - Goltz, Hans-Joachim
T1  - Efficiency of difference-list programming
N2  - The difference-list technique is described in literature as effective method for extending lists to the right without using calls of append/3. There exist some proposals for automatic transformation of list programs into differencelist programs. However, we are interested in construction of difference-list programs by the programmer, avoiding the need of a transformation step. In [GG09] it was demonstrated, how left-recursive procedures with a dangling call of append/3 can be transformed into right-recursion using the unfolding technique. For simplification of writing difference-list programs using a new cons/2 procedure was introduced. In the present paper, we investigate how efficieny is influenced using cons/2. We measure the efficiency of procedures using accumulator technique, cons/2, DCG’s, and difference lists and compute the resulting speedup in respect to the simple procedure definition using append/3. Four Prolog systems were investigated and we found different behaviour concerning the speedup by difference lists. A result of our investigations is, that an often advice given in the literature for avoiding calls append/3 could not be confirmed in this strong formulation.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41563
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Geske, Ulrich
A1  - Wolf, Armin
T1  - Preface
N2  - The workshops on (constraint) logic programming (WLP) are the annual meeting of the Society of Logic Programming (GLP e.V.) and bring together researchers interested in logic programming, constraint programming, and related areas like databases, artificial intelligence and operations research. In this decade, previous workshops took place in Dresden (2008), Würzburg (2007), Vienna (2006), Ulm (2005), Potsdam (2004), Dresden (2002), Kiel (2001), and Würzburg (2000). Contributions to workshops deal with all theoretical, experimental, and application aspects of constraint programming (CP) and logic programming (LP), including foundations of constraint/ logic programming. Some of the special topics are constraint solving and optimization, extensions of functional logic programming, deductive databases, data mining, nonmonotonic reasoning, , interaction of CP/LP with other formalisms like agents, XML, JAVA, program analysis, program transformation, program verification, meta programming, parallelism and concurrency, answer set programming, implementation and software techniques (e.g., types, modularity, design patterns), applications (e.g., in production, environment, education, internet), constraint/logic programming for semantic web systems and applications, reasoning on the semantic web, data modelling for the web, semistructured data, and web query languages.
KW  - Logic Programming
KW  - Constraint Solving
KW  - Logics
KW  - Deduction
KW  - Planing
KW  - Optimization
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41401
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ghasemzadeh, Mohammad
T1  - A new algorithm  for  the quantified satisfiability problem, based on zero-suppressed binary decision diagrams and memoization
T1  - Ein neuer Algorithmus für die quantifizierte Aussagenlogik, basierend auf Zero-suppressed BDDs und Memoization
N2  - Quantified Boolean formulas (QBFs) play an important role in theoretical computer science. QBF extends propositional logic in such a way that many advanced forms of reasoning can be easily formulated and evaluated. In this dissertation we present our ZQSAT, which is an algorithm for evaluating quantified Boolean formulas. ZQSAT is based on ZBDD: Zero-Suppressed Binary Decision Diagram , which is a variant of BDD, and an adopted version of the DPLL algorithm. It has been implemented in C using the CUDD: Colorado University Decision Diagram package.  The capability of ZBDDs in storing sets of subsets efficiently enabled us to store the clauses of a QBF very compactly and let us to embed the notion of memoization to the DPLL algorithm. These points led us to implement the search algorithm in such a way that we could store and reuse the results of all previously solved subformulas with a little overheads. ZQSAT can solve some sets of standard QBF benchmark problems (known to be hard for DPLL based algorithms) faster than the best existing solvers. In addition to prenex-CNF, ZQSAT accepts prenex-NNF formulas. We show and prove how this capability can be exponentially beneficial.
N2  - In der Dissertation stellen wir einen neuen Algorithmus vor, welcher Formeln der quantifizierten Aussagenlogik (engl. Quantified Boolean formula, kurz QBF) löst. QBFs sind eine Erweiterung der klassischen Aussagenlogik um die Quantifizierung über aussagenlogische Variablen. Die quantifizierte Aussagenlogik ist dabei eine konservative Erweiterung der Aussagenlogik, d.h. es können nicht mehr Theoreme nachgewiesen werden als in der gewöhnlichen Aussagenlogik. Der Vorteil der Verwendung von QBFs ergibt sich durch die Möglichkeit, Sachverhalte kompakter zu repräsentieren.  SAT (die Frage nach der Erfüllbarkeit einer Formel der Aussagenlogik) und QSAT (die Frage nach der Erfüllbarkeit einer QBF) sind zentrale Probleme in der Informatik mit einer Fülle von Anwendungen, wie zum Beispiel in der Graphentheorie, bei Planungsproblemen, nichtmonotonen Logiken oder bei der Verifikation. Insbesondere die Verifikation von Hard- und Software ist ein sehr aktuelles und wichtiges Forschungsgebiet in der Informatik.  Unser Algorithmus zur Lösung von QBFs basiert auf sogenannten ZBDDs (engl. Zero-suppressed Binary decision Diagrams), welche eine Variante der BDDs (engl. Binary decision Diagrams) sind. BDDs sind eine kompakte Repräsentation von Formeln der Aussagenlogik. Der Algorithmus kombiniert nun bekannte Techniken zum Lösen von QBFs mit der ZBDD-Darstellung unter Verwendung geeigneter Heuristiken und Memoization. Memoization ermöglicht dabei das einfache Wiederverwenden bereits gelöster Teilprobleme.  Der Algorithmus wurde unter Verwendung des CUDD-Paketes (Colorado University Decision Diagram) implementiert und unter dem Namen ZQSAT veröffentlicht. In Tests konnten wir nachweisen, dass ZQSAT konkurrenzfähig zu existierenden QBF-Beweisern ist, in einigen Fällen sogar bessere Resultate liefern kann.
KW  - Binäres Entscheidungsdiagramm
KW  - Erfüllbarkeitsproblem
KW  - DPLL
KW  - Zero-Suppressed Binary Decision Diagram (ZDD)
KW  - Formeln der quantifizierten Aussagenlogik
KW  - Erfüllbarkeit einer Formel der Aussagenlogik
KW  - ZQSA
KW  - DPLL
KW  - Zero-Suppressed Binary Decision Diagram (ZDD)
KW  - Quantified Boolean Formula (QBF)
KW  - Satisfiability
KW  - ZQSAT
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6378
ER  - 
TY  - THES
A1  - Glander, Tassilo
T1  - Multi-scale representations of virtual 3D city models
T1  - Maßstabsabhängige Repräsentationen virtueller 3D-Stadtmodelle
N2  - Virtual 3D city and landscape models are the main subject investigated in this thesis. They digitally represent urban space and have many applications in different domains, e.g., simulation, cadastral management, and city planning. Visualization is an elementary component of these applications. Photo-realistic visualization with an increasingly high degree of detail leads to fundamental problems for comprehensible visualization. A large number of highly detailed and textured objects within a virtual 3D city model may create visual noise and overload the users with information. Objects are subject to perspective foreshortening and may be occluded or not displayed in a meaningful way, as they are too small. In this thesis we present abstraction techniques that automatically process virtual 3D city and landscape models to derive abstracted representations. These have a reduced degree of detail, while essential characteristics are preserved. After introducing definitions for model, scale, and multi-scale representations, we discuss the fundamentals of map generalization as well as techniques for 3D generalization. The first presented technique is a cell-based generalization of virtual 3D city models. It creates abstract representations that have a highly reduced level of detail while maintaining essential structures, e.g., the infrastructure network, landmark buildings, and free spaces. The technique automatically partitions the input virtual 3D city model into cells based on the infrastructure network. The single building models contained in each cell are aggregated to abstracted cell blocks. Using weighted infrastructure elements, cell blocks can be computed on different hierarchical levels, storing the hierarchy relation between the cell blocks. Furthermore, we identify initial landmark buildings within a cell by comparing the properties of individual buildings with the aggregated properties of the cell. For each block, the identified landmark building models are subtracted using Boolean operations and integrated in a photo-realistic way. Finally, for the interactive 3D visualization we discuss the creation of the virtual 3D geometry and their appearance styling through colors, labeling, and transparency. We demonstrate the technique with example data sets. Additionally, we discuss applications of generalization lenses and transitions between abstract representations. The second technique is a real-time-rendering technique for geometric enhancement of landmark objects within a virtual 3D city model. Depending on the virtual camera distance, landmark objects are scaled to ensure their visibility within a specific distance interval while deforming their environment. First, in a preprocessing step a landmark hierarchy is computed, this is then used to derive distance intervals for the interactive rendering. At runtime, using the virtual camera distance, a scaling factor is computed and applied to each landmark. The scaling factor is interpolated smoothly at the interval boundaries using cubic Bézier splines. Non-landmark geometry that is near landmark objects is deformed with respect to a limited number of landmarks. We demonstrate the technique by applying it to a highly detailed virtual 3D city model and a generalized 3D city model. In addition we discuss an adaptation of the technique for non-linear projections and mobile devices. The third technique is a real-time rendering technique to create abstract 3D isocontour visualization of virtual 3D terrain models. The virtual 3D terrain model is visualized as a layered or stepped relief. The technique works without preprocessing and, as it is implemented using programmable graphics hardware, can be integrated with minimal changes into common terrain rendering techniques. Consequently, the computation is done in the rendering pipeline for each vertex, primitive, i.e., triangle, and fragment. For each vertex, the height is quantized to the nearest isovalue. For each triangle, the vertex configuration with respect to their isovalues is determined first. Using the configuration, the triangle is then subdivided. The subdivision forms a partial step geometry aligned with the triangle. For each fragment, the surface appearance is determined, e.g., depending on the surface texture, shading, and height-color-mapping. Flexible usage of the technique is demonstrated with applications from focus+context visualization, out-of-core terrain rendering, and information visualization. This thesis presents components for the creation of abstract representations of virtual 3D city and landscape models. Re-using visual language from cartography, the techniques enable users to build on their experience with maps when interpreting these representations. Simultaneously, characteristics of 3D geovirtual environments are taken into account by addressing and discussing, e.g., continuous scale, interaction, and perspective.
N2  - Gegenstand der Arbeit sind virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle, die den städtischen Raum in digitalen Repräsentationen abbilden. Sie werden in vielfältigen Anwendungen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Dabei ist die Visualisierung ein elementarer Bestandteil dieser Anwendungen. Durch realitätsnahe Darstellung und hohen Detailgrad entstehen jedoch zunehmend fundamentale Probleme für eine verständliche Visualisierung. So führt beispielsweise die hohe Anzahl von detailliert ausmodellierten und texturierten Objekten eines virtuellen 3D-Stadtmodells zu Informationsüberflutung beim Betrachter. In dieser Arbeit werden Abstraktionsverfahren vorgestellt, die diese Probleme behandeln. Ziel der Verfahren ist die automatische Transformation virtueller 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle in abstrakte Repräsentationen, die bei reduziertem Detailgrad wichtige Charakteristika erhalten. Nach der Einführung von Grundbegriffen zu Modell, Maßstab und Mehrfachrepräsentationen werden theoretische Grundlagen zur Generalisierung von Karten sowie Verfahren zur 3D-Generalisierung betrachtet. Das erste vorgestellte Verfahren beschreibt die zellbasierte Generalisierung von virtuellen 3DStadtmodellen. Es erzeugt abstrakte Repräsentationen, die drastisch im Detailgrad reduziert sind, erhält dabei jedoch die wichtigsten Strukturen, z.B. das Infrastrukturnetz, Landmarkengebäude und Freiflächen. Dazu wird in einem vollautomatischen Verfahren das Eingabestadtmodell mithilfe des Infrastrukturnetzes in Zellen zerlegt. Pro Zelle wird abstrakte Gebäudegeometrie erzeugt, indem die enthaltenen Einzelgebäude mit ihren Eigenschaften aggregiert werden. Durch Berücksichtigung gewichteter Elemente des Infrastrukturnetzes können Zellblöcke auf verschiedenen Hierarchieebenen berechnet werden. Weiterhin werden Landmarken gesondert berücksichtigt: Anhand statistischer Abweichungen der Eigenschaften der Einzelgebäudes von den aggregierten Eigenschaften der Zelle werden Gebäude gegebenenfalls als initiale Landmarken identifiziert. Schließlich werden die Landmarkengebäude aus den generalisierten Blöcken mit Booleschen Operationen ausgeschnitten und realitätsnah dargestellt. Die Ergebnisse des Verfahrens lassen sich in interaktiver 3D-Darstellung einsetzen. Das Verfahren wird beispielhaft an verschiedenen Datensätzen demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das zweite vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren für geometrische Hervorhebung von Landmarken innerhalb eines virtuellen 3D-Stadtmodells: Landmarkenmodelle werden abhängig von der virtuellen Kameradistanz vergrößert, so dass sie innerhalb eines spezifischen Entfernungsintervalls sichtbar bleiben; dabei wird ihre Umgebung deformiert. In einem Vorverarbeitungsschritt wird eine Landmarkenhierarchie bestimmt, aus der die Entfernungsintervalle für die interaktive Darstellung abgeleitet werden. Zur Laufzeit wird anhand der virtuellen Kameraentfernung je Landmarke ein dynamischer Skalierungsfaktor bestimmt, der das Landmarkenmodell auf eine sichtbare Größe skaliert. Dabei wird der Skalierungsfaktor an den Intervallgrenzen durch kubisch interpoliert. Für Nicht-Landmarkengeometrie in der Umgebung wird die Deformation bezüglich einer begrenzten Menge von Landmarken berechnet. Die Eignung des Verfahrens wird beispielhaft anhand verschiedener Datensätze demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das dritte vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren, das eine abstrakte 3D-Isokonturen-Darstellung von virtuellen 3D-Geländemodellen erzeugt. Für das Geländemodell wird eine Stufenreliefdarstellung für eine Menge von nutzergewählten Höhenwerten erzeugt. Das Verfahren arbeitet ohne Vorverarbeitung auf Basis programmierbarer Grafikkarten-Hardware. Entsprechend erfolgt die Verarbeitung in der Prozesskette pro Geometrieknoten, pro Dreieck, und pro Bildfragment. Pro Geometrieknoten wird zunächst die Höhe auf den nächstliegenden Isowert quantisiert. Pro Dreieck wird dann die Konfiguration bezüglich der Isowerte der drei Geometrieknoten bestimmt. Anhand der Konfiguration wird eine geometrische Unterteilung vorgenommen, so dass ein Stufenausschnitt entsteht, der dem aktuellen Dreieck entspricht. Pro Bildfragment wird schließlich die finale Erscheinung definiert, z.B. anhand von Oberflächentextur, durch Schattierung und Höheneinfärbung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden mit verschiedenen Anwendungen demonstriert. Die Arbeit stellt Bausteine für die Erzeugung abstrakter Darstellungen von virtuellen 3D-Stadt und Landschaftsmodellen vor. Durch die Orientierung an kartographischer Bildsprache können die Nutzer auf bestehende Erfahrungen bei der Interpretation zurückgreifen. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften 3D geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, indem z.B. kontinuierlicher Maßstab, Interaktion und Perspektive behandelt und diskutiert werden.
KW  - Generalisierung
KW  - virtuelle 3D-Stadtmodelle
KW  - Gebäudemodelle
KW  - Landmarken
KW  - Geländemodelle
KW  - generalization
KW  - virtual 3D city models
KW  - building models
KW  - landmarks
KW  - terrain models
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64117
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Grillenberger, Andreas
A1  - Romeike, Ralf
T1  - Teaching Data Management
BT  - Key Competencies and Opportunities
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Data management is a central topic in computer science as
well as in computer science education. Within the last years, this topic is
changing tremendously, as its impact on daily life becomes increasingly
visible. Nowadays, everyone not only needs to manage data of various
kinds, but also continuously generates large amounts of data. In
addition, Big Data and data analysis are intensively discussed in public
dialogue because of their influences on society. For the understanding of
such discussions and for being able to participate in them, fundamental
knowledge on data management is necessary. Especially, being aware
of the threats accompanying the ability to analyze large amounts of
data in nearly real-time becomes increasingly important. This raises the
question, which key competencies are necessary for daily dealings with
data and data management.
In this paper, we will first point out the importance of data management
and of Big Data in daily life. On this basis, we will analyze which are
the key competencies everyone needs concerning data management to
be able to handle data in a proper way in daily life. Afterwards, we will
discuss the impact of these changes in data management on computer
science education and in particular database education.
KW  - Data Management
KW  - Key Competencies
KW  - Big Data
KW  - NoSQL
KW  - Databases
KW  - Data Privacy
KW  - Data Analysis
KW  - Challenges
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82648
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 133
EP  - 150
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gröne, Bernhard
T1  - Konzeptionelle Patterns und ihre Darstellung
N2  - Zur Beherrschung großer Systeme, insbesondere zur Weitergabe und Nutzung von Erfahrungswissen in der frühen Entwurfs- und Planungsphase, benötigt man Abstraktionen für deren Strukturen. Trennt man Software- von Systemstrukturen, kann man mit letzteren Systeme auf ausreichend hohem Abstraktionsgrad beschreiben.Software-Patterns dienen dazu, Erfahrungswissen bezüglich programmierter Systeme strukturiert weiterzugeben. Dabei wird unterschieden zwischen Idiomen, die sich auf Lösungen mit einer bestimmten Programmiersprache beziehen, Design-Patterns, die nur einen kleinen Teil des Programms betreffen und Architektur-Patterns, deren Einfluss über einen größeren Teil oder gar das komplette Programm reicht. Eine Untersuchung von existierenden Patterns zeigt, dass deren Konzepte nützlich zum Finden von Systemstrukturen sind. Die grafische Darstellung dieser Patterns ist dagegen oft auf Software-Strukturen eingeschränkt und ist für die Vermittlung von Erfahrungen zum Finden von Systemstrukturen meist nicht geeignet. Daher wird die Kategorie der konzeptionellen Patterns mit einer darauf abgestimmten grafischen Darstellungsform vorgeschlagen, bei denen Problem und Lösungsvorschlag im Bereich der Systemstrukturen liegen. Sie betreffen informationelle Systeme, sind aber nicht auf Lösungen mit Software beschränkt. Die Systemstrukturen werden grafisch dargestellt, wobei dafür die Fundamental Modeling Concepts (FMC) verwendet werden, die zur Darstellung von Systemstrukturen entwickelt wurden.
N2  - Planning large and complex software systems is an important task of a system architect. It includes communicating with the customer, planning the overall system structure as well as preparing the division of labor among software engineers. What's more, a system architect benefits from other professionals' experiences concerning system architecture. By separating system from software structures, one can now describe a system by its system structure on an adequate level of abstraction. Patterns provide a common form for the transfer of experiences. A pattern describes a widely used and proven solution to a problem that occurs in a certain context. A study of existing architectural and design patterns shows that the concepts of many patterns carry valuable experiences concerning finding system structures. On the other hand, the graphical representations of these patterns usually focus on the software structures resulting from the solution in terms of classes and their relationships. This can be a problem if the solution doesn't imply one specific software structure but rather describes a concept which may be even independent from an implementation via software at all.For that reason, Conceptual Patterns are introduced. A pattern can be called conceptual if both problem and solution concern system structures. Here, the functional aspects and structures of the system are relevant while code structures or even the use of software for implementation are not. To support the focus on system structures, terminology and notation of conceptual patterns should use an adequate means such as provided by the Fundamental Modeling Concepts (FMC).
KW  - Patterns
KW  - Systemstruktur
KW  - FMC
KW  - Konzeptionell
KW  - Patterns
KW  - System structure
KW  - FMC
KW  - Conceptual
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2302
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Göttel, Timo
T1  - Schnupperveranstaltungen Informatik in der Hochschullandschaft
BT  - Angebot vs. Nachfrage?
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Die vorliegende Arbeit erörtert die Frage, wie Nachwuchs für das Informatikstudium nachhaltig gesichert werden kann. Dazu werden Befragungen unter Schülerinnen und Schülern (13-16 Jahre), sowie aktuelle Informatik-Schnupperangebote für Schülerinnen und Schüler an deutschsprachigen Hochschulen vorgestellt und untersucht. Diese Gegenüberstellung zeigt deutlich, dass die Angebote nur bedingt eine breite Zielgruppe ansprechen und dass weitere Formate und Inhalte notwendig sind, um Schülerinnen und Schüler frühzeitig und in voller Breite zu erreichen und für das Informatikstudium zu begeistern. Daraus wird abgeleitet, dass Missverständnisse und Probleme mit der Informatik im Schulkontext aufgegriffen werden müssen. Das vorgestellte Programm Schulbotschafter Informatik stellt einen möglichen Weg dar, um dies zu erreichen und übliche Schnupperangebote zu ergänzen.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64860
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 45
EP  - 55
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Götz, Christian
A1  - Brinda, Torsten
T1  - Sind soziale Netzwerke geeignet, um darin für Informatikstudiengänge zu werben?
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Durch den bundesweiten Rückgang der Schülerzahlen und einer steigenden Zahl von Bildungsangeboten geraten Universitäten und Hochschulen in den nächsten Jahren weiter in eine Wettbewerbssituation, weshalb sie effektive Marketingmaßnahmen entwickeln müssen, um Schülerinnen und Schüler möglichst frühzeitig für das jeweilige Angebot (z. B. Informatik- und informatiknahe Studiengänge) zu interessieren. Ein Medium, über das sich potenziell sehr viele Jugendliche erreichen lassen, sind dabei soziale Netzwerke. Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse einer Studie unter Informatikstudienanfängerinnen und -anfängern zum Nutzungsverhalten sozialer Netzwerke und zieht Schlussfolgerungen zu deren Eignung als Werbe- und Informationskanal für die Zielgruppe der Informatikinteressierten.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65017
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 137
EP  - 142
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hafer, Jörg
A1  - Ludwig, Joachim
A1  - Schumann, Marlen
T1  - Fallstudien in medialen Räumen
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Ziel dieses Beitrages ist es, das didaktische Konzept Fallstudien und seine lerntheoretisch-didaktische Begründung vorzustellen. Es wird die These begründet, dass mediale Räume für die Bearbeitung von Fallstudien lernunterstützend wirken und sich in besonderer Weise für Prozesse der Lernberatung und Lernbegleitung in der Hochschule eignen. Diese These wird entlang dem lerntheoretischen Konzept der Bedeutungsräume von Studierenden in Verbindung mit den Spezifika medialer Räume entfaltet. Für den daraus entstandenen E-Learning-Ansatz Online-Fallstudien kann hier lediglich ein Ausblick gegeben werden.
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64431
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 4
SP  - 93
EP  - 98
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haider, Peter
T1  - Prediction with Mixture Models
T1  - Vorhersage mit Mischmodellen
N2  - Learning a model for the relationship between the attributes and the annotated labels of data examples serves two purposes. Firstly, it enables the prediction of the label for examples without annotation. Secondly, the parameters of the model can provide useful insights into the structure of the data. If the data has an inherent partitioned structure, it is natural to mirror this structure in the model. Such mixture models predict by combining the individual predictions generated by the mixture components which correspond to the partitions in the data. Often the partitioned structure is latent, and has to be inferred when learning the mixture model. Directly evaluating the accuracy of the inferred partition structure is, in many cases, impossible because the ground truth cannot be obtained for comparison. However it can be assessed indirectly by measuring the prediction accuracy of the mixture model that arises from it. This thesis addresses the interplay between the improvement of predictive accuracy by uncovering latent cluster structure in data, and further addresses the validation of the estimated structure by measuring the accuracy of the resulting predictive model. In the application of filtering unsolicited emails, the emails in the training set are latently clustered into advertisement campaigns. Uncovering this latent structure allows filtering of future emails with very low false positive rates. In order to model the cluster structure, a Bayesian clustering model for dependent binary features is developed in this thesis. Knowing the clustering of emails into campaigns can also aid in uncovering which emails have been sent on behalf of the same network of captured hosts, so-called botnets. This association of emails to networks is another layer of latent clustering. Uncovering this latent structure allows service providers to further increase the accuracy of email filtering and to effectively defend against distributed denial-of-service attacks. To this end, a discriminative clustering model is derived in this thesis that is based on the graph of observed emails. The partitionings inferred using this model are evaluated through their capacity to predict the campaigns of new emails. Furthermore, when classifying the content of emails, statistical information about the sending server can be valuable. Learning a model that is able to make use of it requires training data that includes server statistics. In order to also use training data where the server statistics are missing, a model that is a mixture over potentially all substitutions thereof is developed. Another application is to predict the navigation behavior of the users of a website. Here, there is no a priori partitioning of the users into clusters, but to understand different usage scenarios and design different layouts for them, imposing a partitioning is necessary. The presented approach simultaneously optimizes the discriminative as well as the predictive power of the clusters. Each model is evaluated on real-world data and compared to baseline methods. The results show that explicitly modeling the assumptions about the latent cluster structure leads to improved predictions compared to the baselines. It is beneficial to incorporate a small number of hyperparameters that can be tuned to yield the best predictions in cases where the prediction accuracy can not be optimized directly.
N2  - Das Lernen eines Modells für den Zusammenhang zwischen den Eingabeattributen und annotierten Zielattributen von Dateninstanzen dient zwei Zwecken. Einerseits ermöglicht es die Vorhersage des Zielattributs für Instanzen ohne Annotation. Andererseits können die Parameter des Modells nützliche Einsichten in die Struktur der Daten liefern. Wenn die Daten eine inhärente Partitionsstruktur besitzen, ist es natürlich, diese Struktur im Modell widerzuspiegeln. Solche Mischmodelle generieren Vorhersagen, indem sie die individuellen Vorhersagen der Mischkomponenten, welche mit den Partitionen der Daten korrespondieren, kombinieren. Oft ist die Partitionsstruktur latent und muss beim Lernen des Mischmodells mitinferiert werden. Eine direkte Evaluierung der Genauigkeit der inferierten Partitionsstruktur ist in vielen Fällen unmöglich, weil keine wahren Referenzdaten zum Vergleich herangezogen werden können. Jedoch kann man sie indirekt einschätzen, indem man die Vorhersagegenauigkeit des darauf basierenden Mischmodells misst. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel zwischen der Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit durch das Aufdecken latenter Partitionierungen in Daten, und der Bewertung der geschätzen Struktur durch das Messen der Genauigkeit des resultierenden Vorhersagemodells. Bei der Anwendung des Filterns unerwünschter E-Mails sind die E-Mails in der Trainingsmende latent in Werbekampagnen partitioniert. Das Aufdecken dieser latenten Struktur erlaubt das Filtern zukünftiger E-Mails mit sehr niedrigen Falsch-Positiv-Raten. In dieser Arbeit wird ein Bayes'sches Partitionierunsmodell entwickelt, um diese Partitionierungsstruktur zu modellieren. Das Wissen über die Partitionierung von E-Mails in Kampagnen hilft auch dabei herauszufinden, welche E-Mails auf Veranlassen des selben Netzes von infiltrierten Rechnern, sogenannten Botnetzen, verschickt wurden. Dies ist eine weitere Schicht latenter Partitionierung. Diese latente Struktur aufzudecken erlaubt es, die Genauigkeit von E-Mail-Filtern zu erhöhen und sich effektiv gegen verteilte Denial-of-Service-Angriffe zu verteidigen. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit ein diskriminatives Partitionierungsmodell hergeleitet, welches auf dem Graphen der beobachteten E-Mails basiert. Die mit diesem Modell inferierten Partitionierungen werden via ihrer Leistungsfähigkeit bei der Vorhersage der Kampagnen neuer E-Mails evaluiert. Weiterhin kann bei der Klassifikation des Inhalts einer E-Mail statistische Information über den sendenden Server wertvoll sein. Ein Modell zu lernen das diese Informationen nutzen kann erfordert Trainingsdaten, die Serverstatistiken enthalten. Um zusätzlich Trainingsdaten benutzen zu können, bei denen die Serverstatistiken fehlen, wird ein Modell entwickelt, das eine Mischung über potentiell alle Einsetzungen davon ist. Eine weitere Anwendung ist die Vorhersage des Navigationsverhaltens von Benutzern einer Webseite. Hier gibt es nicht a priori eine Partitionierung der Benutzer. Jedoch ist es notwendig, eine Partitionierung zu erzeugen, um verschiedene Nutzungsszenarien zu verstehen und verschiedene Layouts dafür zu entwerfen. Der vorgestellte Ansatz optimiert gleichzeitig die Fähigkeiten des Modells, sowohl die beste Partition zu bestimmen als auch mittels dieser Partition Vorhersagen über das Verhalten zu generieren. Jedes Modell wird auf realen Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass das explizite Modellieren der Annahmen über die latente Partitionierungsstruktur zu verbesserten Vorhersagen führt. In den Fällen bei denen die Vorhersagegenauigkeit nicht direkt optimiert werden kann, erweist sich die Hinzunahme einer kleinen Anzahl von übergeordneten, direkt einstellbaren Parametern als nützlich.
KW  - maschinelles Lernen
KW  - Vorhersage
KW  - Clusteranalyse
KW  - Mischmodelle
KW  - machine learning
KW  - prediction
KW  - clustering
KW  - mixture models
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69617
ER  - 
TY  - THES
A1  - Harmeling, Stefan
T1  - Independent component analysis and beyond
N2  - 'Independent component analysis' (ICA) ist ein Werkzeug der statistischen Datenanalyse und Signalverarbeitung, welches multivariate Signale in ihre Quellkomponenten zerlegen kann. Obwohl das klassische ICA Modell sehr nützlich ist, gibt es viele Anwendungen, die Erweiterungen von ICA erfordern. In dieser Dissertation präsentieren wir neue Verfahren, die die Funktionalität von ICA erweitern: (1) Zuverlässigkeitsanalyse und Gruppierung von unabhängigen Komponenten durch Hinzufügen von Rauschen, (2) robuste und überbestimmte ('over-complete') ICA durch Ausreissererkennung, und (3) nichtlineare ICA mit Kernmethoden.
N2  - Independent component analysis (ICA) is a tool for statistical data analysis and signal processing that is able to decompose multivariate signals into their underlying source components. Although the classical ICA model is highly useful, there are many real-world applications that require powerful extensions of ICA. This thesis presents new methods that extend the functionality of ICA: (1) reliability and grouping of independent components with noise injection, (2) robust and overcomplete ICA with inlier detection, and (3) nonlinear ICA with kernel methods.
T2  - Independent component analysis and beyond
KW  - ICA
KW  - Zuverlässigkeitsanalyse
KW  - robuste ICA
KW  - überbestimmte ICA
KW  - Ausreissererkennung
KW  - nichtlineare ICA
KW  - Kern-PCA
KW  - Kernmethoden
KW  - ICA
KW  - reliability assessment
KW  - robust ICA
KW  - overcomplete ICA
KW  - outlier detection
KW  - nonlinear ICA
KW  - kernel PCA
KW  - kernel methods
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001540
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Haugsbakken, Halvdan
T1  - The Student Learning Ecology
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Educational research on social media has showed that
students use it for socialisation, personal communication, and informal
learning. Recent studies have argued that students to some degree use
social media to carry out formal schoolwork. This article gives an
explorative account on how a small sample of Norwegian high school
students use social media to self-organise formal schoolwork. This
user pattern can be called a “student learning ecology”, which is a
user perspective on how participating students gain access to learning
resources.
KW  - Learning ecology
KW  - social media
KW  - high school
KW  - Norway
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82659
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 151
EP  - 169
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
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  - JOUR
A1  - Heinisch, Isabelle
A1  - Romeike, Ralf
T1  - Outcome-orientierte Neuausrichtung in der Hochschullehre Informatik
BT  - Konzeption, Umsetzung und Erfahrungen
JF  - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2  - Die Orientierung am Outcome eines Lernprozesses stellt einen wichtigen Pfeiler einer kompetenzorientierten Informatiklehre dar. Im Beitrag werden Konzeption und Erfahrungen eines Projekts zur outcome-orientierten Neuausrichtung der Informatiklehre unter Berücksichtigung der Theorie des Constructive Alignment beschrieben. Nach der theoretischen Fundierung der Kompetenzproblematik wird anhand eines Formulierungsmodells ein Prozess zur Erarbeitung beobachtbarer Lernergebnisse dargestellt. Die Diskussion der Projektziele und Erfahrungen in der Umsetzung und Evaluierung unterstreichen die Chancen und Herausforderungen für eine Steigerung der Studienqualität.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64831
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 5
SP  - 9
EP  - 20
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Heinisch, Isabelle
A1  - Romeike, Ralf
A1  - Knobelsdorf, Maria
A1  - Kreitz, Christoph
A1  - Nylén, Aletta
A1  - Dörge, Christina
A1  - Göttel, Timo
A1  - Holz, Jan
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
A1  - Metzger, Christiane
A1  - Haag, Johann
A1  - Abke, Jörg
A1  - Schwirtlich, Vincent
A1  - Sedelmaier, Yvonne
A1  - Müller, Dorothee
A1  - Frommer, Andreas
A1  - Humbert, Ludger
A1  - Berges, Marc
A1  - Mühling, Andreas
A1  - Hubwieser, Peter
A1  - Steuer, Horst
A1  - Engbring, Dieter
A1  - Selke, Harald
A1  - Drews, Paul
A1  - Schirmer, Ingrid
A1  - Morisse, Marcel
A1  - Sagawe, Arno
A1  - Rolf, Arno
A1  - Friedemann, Stefan
A1  - Gröger, Stefan
A1  - Schumann, Matthias
A1  - Klinger, Melanie
A1  - Polutina, Olena
A1  - Bibel, Ariane
A1  - Götz, Christian
A1  - Brinda, Torsten
A1  - Apel, Rebecca
A1  - Berg, Tobias
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Chatti, Mohamed Amine
A1  - Leicht-Scholten, Carmen
A1  - Schroeder, Ulrik
A1  - Al-Saffar, Loay Talib
A1  - Petre, Marian
A1  - Schirmer, Ingrid
A1  - Rick, Detlef
ED  - Forbrig, Peter
ED  - Rick, Detlef
ED  - Schmolitzky, Axel
T1  - HDI 2012 – Informatik für eine nachhaltige Zukunft : 5. Fachtagung Hochschuldidaktik der Informatik ; 06.–07. November 2012, Universität Hamburg
N2  - Die Tagungsreihe zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wird vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studiengängen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs über neue didaktische Ansätze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik. Diese fünfte HDI 2012 wurde an der Universität Hamburg organisiert. Für sie wurde das spezielle Motto „Informatik für eine nachhaltige Zukunft“ gewählt, um insbesondere Fragen der Bildungsrelevanz informatischer Inhalte, der Kompetenzen für Studierende informatisch geprägter Studiengänge und der Rolle der Informatik in der Hochschulentwicklung zu diskutieren.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 5 
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62891
SN  - 978-3-86956-220-9
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Herbstreit, Stephanie
A1  - Mäker, Daniela
A1  - Szalai, Cynthia
T1  - Einsatz einer mobilen Lern-App - Ein Werkzeug zur Verbesserung von klinisch-praktischem Unterricht
BT  - Nutzbarkeit und Zufriedenheit bei Medizin-Studierenden
JF  - E-Learning Symposium 2018
N2  - Der Unterricht am Krankenbett ist im Medizinstudium eine wertvolle Möglichkeit klinisch-praktische Fertigkeiten zu erlernen. Eine optimale Vorbereitung der Studierenden ist dabei Voraussetzung. Eine mobile Lern-App wurde entwickelt, die den Studierenden, neben Lernzielen, Kursinhalte und Anleitungen zu Untersuchungstechniken bietet, um die Vorbereitung auf einen klinisch-praktischen Kurs zu fördern und Kurzinformationen auch während des Kurses zur Verfügung zu stellen. 175 Studierende hatten die Möglichkeit die App parallel zu einem klinischen Untersuchungs-Kurs im Semester zu nutzen. Im Anschluss beantworteten die Studierenden einen Fragebogen zur Nützlichkeit und Vielseitigkeit der App und zur Zufriedenheit mit der App unter Verwendung eine 5-Punkt-Likert-Skala und zwei offenen Fragen. In diesem Beitrag wird das Kurskonzept zusammen mit der Lern-App, die Ergebnisse aus dem Fragebogen und unsere Schlussfolgerungen daraus vorgestellt. Studierende bewerteten die App grundsätzlich als hilfreich. Sie sollte dabei gründlich eingeführt werden. Patienten sollten über die Nutzung von Smartphones im Studentenunterricht zu Lernzwecken informiert werden.
KW  - mobiles Lernen
KW  - Lern-App
KW  - klinisch-praktischer Unterricht
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421942
SP  - 53
EP  - 63
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hilse, Michael
A1  - Lucke, Ulrike
T1  - eLiS − E-Learning in Studienbereichen
JF  - E-Learning Symposium 2012 : Aktuelle Anwendungen, innovative Prozesse und neueste Ergebnisse aus der E-Learning-Praxis ; Potsdam, 17. November 2012
N2  - Deutsche Universitäten erweitern ihre E-Learning-Angebote als Service für die Studierenden und Lehrenden. Diese sind je nach Fakultät unterschiedlich ausgeprägt. Dieser Artikel zeigt, wie durch technische Erweiterung der Infrastruktur, einer Anpassung der Organisationsstruktur und einer gezielten Inhaltsentwicklung eine durchgängige und personalisierbare Lehr- und Lernumgebung (Personal Learning Environment, PLE) geschaffen und damit die Akzeptanz bei den Lehrenden und Studierenden für E-Learning erhöht werden kann. Aus der vorausgehenden, systematischen Anforderungsanalyse können Kennzahlen für die Qualitätssicherung von E-Learning-Angeboten abgeleitet werden.
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-442275
SP  - 73
EP  - 75
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  -