TY - JOUR A1 - Otscheretnij, Vitalij A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Fault-tolerant self-dual circuits Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Saposhnikov, Vl. V. V. V. A1 - Moshanin, Vl. A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Experimental results for self-dual multi-output combinational circuits Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael A1 - Dimitriev, Alexej A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Saposhnikov, Vl. V. T1 - Eine selbsttestende Struktur zur on-line Fehlererkennung in kombinatorischen Schaltungen Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Ocheretnij, V. A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Modified TMR-system with reduced hardware overhead Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - New totally self-checking ripple and carry look-ahead adders Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael T1 - A new method of redundancy addition for circuit optimization JF - Preprint / Universität Potsdam, Institut für Informatik Y1 - 1999 SN - 0946-7580 VL - 1999, 08 PB - Univ. CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Bogue, Ted A1 - Jürgensen, Helmut A1 - Gössel, Michael T1 - Design of cover circuits for monitoring the output of a MISR Y1 - 1994 SN - 0-8186-6307-3 , 0-8186-6306-5 ER - TY - JOUR A1 - Morosov, Andrej A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Ein Transformationsalgorithmus einer kombinatorischen Schaltung in eine monotone Schaltung Y1 - 1997 ER - TY - JOUR A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Dimitriev, Alexej A1 - Gössel, Michael A1 - Saposhnikov, Va. V. T1 - Self-dual parity checking - a new method for on-line testing Y1 - 1996 ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - Code disjoint self-parity combinational circuits for self-testing, concurrent fault detection and parity scan design Y1 - 1994 ER - TY - JOUR A1 - Kundu, S. A1 - Sogomonyan, Egor S. A1 - Gössel, Michael A1 - Tarnick, Steffen T1 - Self-checking comparator with one periodiv output Y1 - 1996 ER - TY - JOUR A1 - Hartje, Hendrik A1 - Sogomonyan, Egor S. A1 - Gössel, Michael T1 - Code disjoint circuits for partity codes Y1 - 1997 ER - TY - JOUR A1 - Bogue, Ted A1 - Jürgensen, Helmut A1 - Gössel, Michael T1 - BIST with negligible aliasing through random cover circuits Y1 - 1995 ER - TY - JOUR A1 - Rabenalt, Thomas A1 - Richter, Michael A1 - Pöhl, Frank A1 - Gössel, Michael T1 - Highly efficient test response compaction using a hierarchical x-masking technique JF - IEEE transactions on computer-aided design of integrated circuits and systems N2 - This paper presents a highly effective compactor architecture for processing test responses with a high percentage of x-values. The key component is a hierarchical configurable masking register, which allows the compactor to dynamically adapt to and provide excellent performance over a wide range of x-densities. A major contribution of this paper is a technique that enables the efficient loading of the x-masking data into the masking logic in a parallel fashion using the scan chains. A method for eliminating the requirement for dedicated mask control signals using automated test equipment timing flexibility is also presented. The proposed compactor is especially suited to multisite testing. Experiments with industrial designs show that the proposed compactor enables compaction ratios exceeding 200x. KW - Design for testability (DFT) KW - test response compaction KW - X-masking KW - X-values Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1109/TCAD.2011.2181847 SN - 0278-0070 VL - 31 IS - 6 SP - 950 EP - 957 PB - Inst. of Electr. and Electronics Engineers CY - Piscataway ER - TY - JOUR A1 - Dug, Mehmed A1 - Weidling, Stefan A1 - Sogomonyan, Egor A1 - Jokic, Dejan A1 - Krstić, Miloš T1 - Full error detection and correction method applied on pipelined structure using two approaches JF - Journal of circuits, systems and computers N2 - In this paper, two approaches are evaluated using the Full Error Detection and Correction (FEDC) method for a pipelined structure. The approaches are referred to as Full Duplication with Comparison (FDC) and Concurrent Checking with Parity Prediction (CCPP). Aforementioned approaches are focused on the borderline cases of FEDC method which implement Error Detection Circuit (EDC) in two manners for the purpose of protection of combinational logic to address the soft errors of unspecified duration. The FDC approach implements a full duplication of the combinational circuit, as the most complex and expensive implementation of the FEDC method, and the CCPP approach implements only the parity prediction bit, being the simplest and cheapest technique, for soft error detection. Both approaches are capable of detecting soft errors in the combinational logic, with single faults being injected into the design. On the one hand, the FDC approach managed to detect and correct all injected faults while the CCPP approach could not detect multiple faults created at the output of combinational circuit. On the other hand, the FDC approach leads to higher power consumption and area increase compared to the CCPP approach. KW - Fault tolerance KW - FEDC KW - EDC Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1142/S0218126620502187 SN - 0218-1266 SN - 1793-6454 VL - 29 IS - 13 PB - World Scientific CY - Singapore ER - TY - JOUR A1 - Li, Yuanqing A1 - Breitenreiter, Anselm A1 - Andjelkovic, Marko A1 - Chen, Junchao A1 - Babic, Milan A1 - Krstić, Miloš T1 - Double cell upsets mitigation through triple modular redundancy JF - Microelectronics Journal N2 - A triple modular redundancy (TMR) based design technique for double cell upsets (DCUs) mitigation is investigated in this paper. This technique adds three extra self-voter circuits into a traditional TMR structure to enable the enhanced error correction capability. Fault-injection simulations show that the soft error rate (SER) of the proposed technique is lower than 3% of that of TMR. The implementation of this proposed technique is compatible with the automatic digital design flow, and its applicability and performance are evaluated on an FIFO circuit. KW - Triple modular redundancy (TMR) KW - Double cell upsets (DCUs) Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.mejo.2019.104683 SN - 0026-2692 SN - 1879-2391 VL - 96 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Hosp, Sven T1 - Modifizierte Cross-Party Codes zur schnellen Mehrbit-Fehlerkorrektur Y1 - 2015 ER - TY - JOUR A1 - Andjelkovic, Marko A1 - Simevski, Aleksandar A1 - Chen, Junchao A1 - Schrape, Oliver A1 - Stamenkovic, Zoran A1 - Krstić, Miloš A1 - Ilic, Stefan A1 - Ristic, Goran A1 - Jaksic, Aleksandar A1 - Vasovic, Nikola A1 - Duane, Russell A1 - Palma, Alberto J. A1 - Lallena, Antonio M. A1 - Carvajal, Miguel A. T1 - A design concept for radiation hardened RADFET readout system for space applications JF - Microprocessors and microsystems N2 - Instruments for measuring the absorbed dose and dose rate under radiation exposure, known as radiation dosimeters, are indispensable in space missions. They are composed of radiation sensors that generate current or voltage response when exposed to ionizing radiation, and processing electronics for computing the absorbed dose and dose rate. Among a wide range of existing radiation sensors, the Radiation Sensitive Field Effect Transistors (RADFETs) have unique advantages for absorbed dose measurement, and a proven record of successful exploitation in space missions. It has been shown that the RADFETs may be also used for the dose rate monitoring. In that regard, we propose a unique design concept that supports the simultaneous operation of a single RADFET as absorbed dose and dose rate monitor. This enables to reduce the cost of implementation, since the need for other types of radiation sensors can be minimized or eliminated. For processing the RADFET's response we propose a readout system composed of analog signal conditioner (ASC) and a self-adaptive multiprocessing system-on-chip (MPSoC). The soft error rate of MPSoC is monitored in real time with embedded sensors, allowing the autonomous switching between three operating modes (high-performance, de-stress and fault-tolerant), according to the application requirements and radiation conditions. KW - RADFET KW - Radiation hardness KW - Absorbed dose KW - Dose rate KW - Self-adaptive MPSoC Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.micpro.2022.104486 SN - 0141-9331 SN - 1872-9436 VL - 90 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Ristic, Goran S. A1 - Ilic, Stefan D. A1 - Andjelkovic, Marko S. A1 - Duane, Russell A1 - Palma, Alberto J. A1 - Lalena, Antonio M. A1 - Krstić, Miloš A1 - Jaksic, Aleksandar B. T1 - Sensitivity and fading of irradiated RADFETs with different gate voltages JF - Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A N2 - The radiation-sensitive field-effect transistors (RADFETs) with an oxide thickness of 400 nm are irradiated with gate voltages of 2, 4 and 6 V, and without gate voltage. A detailed analysis of the mechanisms responsible for the creation of traps during irradiation is performed. The creation of the traps in the oxide, near and at the silicon/silicon-dioxide (Si/SiO2) interface during irradiation is modelled very well. This modelling can also be used for other MOS transistors containing SiO2. The behaviour of radiation traps during postirradiation annealing is analysed, and the corresponding functions for their modelling are obtained. The switching traps (STs) do not have significant influence on threshold voltage shift, and two radiation-induced trap types fit the fixed traps (FTs) very well. The fading does not depend on the positive gate voltage applied during irradiation, but it is twice lower in case there is no gate voltage. A new dosimetric parameter, called the Golden Ratio (GR), is proposed, which represents the ratio between the threshold voltage shift after irradiation and fading after spontaneous annealing. This parameter can be useful for comparing MOS dosimeters. KW - pMOS radiation dosimeter KW - RADFETs KW - irradiation KW - sensitivity KW - annealing KW - fading Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166473 SN - 0168-9002 SN - 1872-9576 VL - 1029 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Duchrau, Georg T1 - Möglichkeiten und Grenzen des erweiterten Cross Parity Codes Y1 - 2024 ER - TY - THES A1 - Wang, Long T1 - X-tracking the usage interest on web sites T1 - X-tracking des Nutzungsinteresses für Webseiten N2 - The exponential expanding of the numbers of web sites and Internet users makes WWW the most important global information resource. From information publishing and electronic commerce to entertainment and social networking, the Web allows an inexpensive and efficient access to the services provided by individuals and institutions. The basic units for distributing these services are the web sites scattered throughout the world. However, the extreme fragility of web services and content, the high competence between similar services supplied by different sites, and the wide geographic distributions of the web users drive the urgent requirement from the web managers to track and understand the usage interest of their web customers. This thesis, "X-tracking the Usage Interest on Web Sites", aims to fulfill this requirement. "X" stands two meanings: one is that the usage interest differs from various web sites, and the other is that usage interest is depicted from multi aspects: internal and external, structural and conceptual, objective and subjective. "Tracking" shows that our concentration is on locating and measuring the differences and changes among usage patterns. This thesis presents the methodologies on discovering usage interest on three kinds of web sites: the public information portal site, e-learning site that provides kinds of streaming lectures and social site that supplies the public discussions on IT issues. On different sites, we concentrate on different issues related with mining usage interest. The educational information portal sites were the first implementation scenarios on discovering usage patterns and optimizing the organization of web services. In such cases, the usage patterns are modeled as frequent page sets, navigation paths, navigation structures or graphs. However, a necessary requirement is to rebuild the individual behaviors from usage history. We give a systematic study on how to rebuild individual behaviors. Besides, this thesis shows a new strategy on building content clusters based on pair browsing retrieved from usage logs. The difference between such clusters and the original web structure displays the distance between the destinations from usage side and the expectations from design side. Moreover, we study the problem on tracking the changes of usage patterns in their life cycles. The changes are described from internal side integrating conceptual and structure features, and from external side for the physical features; and described from local side measuring the difference between two time spans, and global side showing the change tendency along the life cycle. A platform, Web-Cares, is developed to discover the usage interest, to measure the difference between usage interest and site expectation and to track the changes of usage patterns. E-learning site provides the teaching materials such as slides, recorded lecture videos and exercise sheets. We focus on discovering the learning interest on streaming lectures, such as real medias, mp4 and flash clips. Compared to the information portal site, the usage on streaming lectures encapsulates the variables such as viewing time and actions during learning processes. The learning interest is discovered in the form of answering 6 questions, which covers finding the relations between pieces of lectures and the preference among different forms of lectures. We prefer on detecting the changes of learning interest on the same course from different semesters. The differences on the content and structure between two courses leverage the changes on the learning interest. We give an algorithm on measuring the difference on learning interest integrated with similarity comparison between courses. A search engine, TASK-Moniminer, is created to help the teacher query the learning interest on their streaming lectures on tele-TASK site. Social site acts as an online community attracting web users to discuss the common topics and share their interesting information. Compared to the public information portal site and e-learning web site, the rich interactions among users and web content bring the wider range of content quality, on the other hand, provide more possibilities to express and model usage interest. We propose a framework on finding and recommending high reputation articles in a social site. We observed that the reputation is classified into global and local categories; the quality of the articles having high reputation is related with the content features. Based on these observations, our framework is implemented firstly by finding the articles having global or local reputation, and secondly clustering articles based on their content relations, and then the articles are selected and recommended from each cluster based on their reputation ranks. N2 - Wegen des exponentiellen Ansteigens der Anzahl an Internet-Nutzern und Websites ist das WWW (World Wide Web) die wichtigste globale Informationsressource geworden. Das Web bietet verschiedene Dienste (z. B. Informationsveröffentlichung, Electronic Commerce, Entertainment oder Social Networking) zum kostengünstigen und effizienten erlaubten Zugriff an, die von Einzelpersonen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Um solche Dienste anzubieten, werden weltweite, vereinzelte Websites als Basiseinheiten definiert. Aber die extreme Fragilität der Web-Services und -inhalte, die hohe Kompetenz zwischen ähnlichen Diensten für verschiedene Sites bzw. die breite geographische Verteilung der Web-Nutzer treiben einen dringenden Bedarf für Web-Manager und das Verfolgen und Verstehen der Nutzungsinteresse ihrer Web-Kunden. Die Arbeit zielt darauf ab, dass die Anforderung "X-tracking the Usage Interest on Web Sites" erfüllt wird. "X" hat zwei Bedeutungen. Die erste Bedeutung ist, dass das Nutzungsinteresse von verschiedenen Websites sich unterscheidet. Außerdem stellt die zweite Bedeutung dar, dass das Nutzungsinteresse durch verschiedene Aspekte (interne und externe, strukturelle und konzeptionelle) beschrieben wird. Tracking zeigt, dass die Änderungen zwischen Nutzungsmustern festgelegt und gemessen werden. Die Arbeit eine Methodologie dar, um das Nutzungsinteresse gekoppelt an drei Arten von Websites (Public Informationsportal-Website, E-Learning-Website und Social-Website) zu finden. Wir konzentrieren uns auf unterschiedliche Themen im Bezug auf verschieden Sites, die mit Usage-Interest-Mining eng verbunden werden. Education Informationsportal-Website ist das erste Implementierungsscenario für Web-Usage-Mining. Durch das Scenario können Nutzungsmuster gefunden und die Organisation von Web-Services optimiert werden. In solchen Fällen wird das Nutzungsmuster als häufige Pagemenge, Navigation-Wege, -Strukturen oder -Graphen modelliert. Eine notwendige Voraussetzung ist jedoch, dass man individuelle Verhaltensmuster aus dem Verlauf der Nutzung (Usage History) wieder aufbauen muss. Deshalb geben wir in dieser Arbeit eine systematische Studie zum Nachempfinden der individuellen Verhaltensweisen. Außerdem zeigt die Arbeit eine neue Strategie, dass auf Page-Paaren basierten Content-Clustering aus Nutzungssite aufgebaut werden. Der Unterschied zwischen solchen Clustern und der originalen Webstruktur ist der Abstand zwischen Zielen der Nutzungssite und Erwartungen der Designsite. Darüber hinaus erforschen wir Probleme beim Tracking der Änderungen von Nutzungsmustern in ihrem Lebenszyklus. Die Änderungen werden durch mehrere Aspekte beschrieben. Für internen Aspekt werden konzeptionelle Strukturen und Funktionen integriert. Der externe Aspekt beschreibt physische Eigenschaften. Für lokalen Aspekt wird die Differenz zwischen zwei Zeitspannen gemessen. Der globale Aspekt zeigt Tendenzen der Änderung entlang des Lebenszyklus. Eine Plattform "Web-Cares" wird entwickelt, die die Nutzungsinteressen findet, Unterschiede zwischen Nutzungsinteresse und Website messen bzw. die Änderungen von Nutzungsmustern verfolgen kann. E-Learning-Websites bieten Lernmaterialien wie z.B. Folien, erfaßte Video-Vorlesungen und Übungsblätter an. Wir konzentrieren uns auf die Erfoschung des Lerninteresses auf Streaming-Vorlesungen z.B. Real-Media, mp4 und Flash-Clips. Im Vergleich zum Informationsportal Website kapselt die Nutzung auf Streaming-Vorlesungen die Variablen wie Schauzeit und Schautätigkeiten während der Lernprozesse. Das Lerninteresse wird erfasst, wenn wir Antworten zu sechs Fragen gehandelt haben. Diese Fragen umfassen verschiedene Themen, wie Erforschung der Relation zwischen Teilen von Lehrveranstaltungen oder die Präferenz zwischen den verschiedenen Formen der Lehrveranstaltungen. Wir bevorzugen die Aufdeckung der Veränderungen des Lerninteresses anhand der gleichen Kurse aus verschiedenen Semestern. Der Differenz auf den Inhalt und die Struktur zwischen zwei Kurse beeinflusst die Änderungen auf das Lerninteresse. Ein Algorithmus misst die Differenz des Lerninteresses im Bezug auf einen Ähnlichkeitsvergleich zwischen den Kursen. Die Suchmaschine „Task-Moniminer“ wird entwickelt, dass die Lehrkräfte das Lerninteresse für ihre Streaming-Vorlesungen über das Videoportal tele-TASK abrufen können. Social Websites dienen als eine Online-Community, in den teilnehmenden Web-Benutzern die gemeinsamen Themen diskutieren und ihre interessanten Informationen miteinander teilen. Im Vergleich zur Public Informationsportal-Website und E-Learning Website bietet diese Art von Website reichhaltige Interaktionen zwischen Benutzern und Inhalten an, die die breitere Auswahl der inhaltlichen Qualität bringen. Allerdings bietet eine Social-Website mehr Möglichkeiten zur Modellierung des Nutzungsinteresses an. Wir schlagen ein Rahmensystem vor, die hohe Reputation für Artikel in eine Social-Website empfiehlt. Unsere Beobachtungen sind, dass die Reputation in globalen und lokalen Kategorien klassifiziert wird. Außerdem wird die Qualität von Artikeln mit hoher Reputation mit den Content-Funktionen in Zusammenhang stehen. Durch die folgenden Schritte wird das Rahmensystem im Bezug auf die Überwachungen implementiert. Der erste Schritt ist, dass man die Artikel mit globalen oder lokalen Reputation findet. Danach werden Artikel im Bezug auf ihre Content-Relationen in jeder Kategorie gesammelt. Zum Schluß werden die ausgewählten Artikel aus jedem basierend auf ihren Reputation-Ranking Cluster empfohlen. KW - Tracking KW - Nutzungsinteresse KW - Webseite KW - Tracking KW - Usage Interest KW - Web Sites Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51077 ER - TY - THES A1 - Schrape, Oliver T1 - Methodology for standard cell-based design and implementation of reliable and robust hardware systems T1 - Methoden für Standardzellbasiertes Design und Implementierung zuverlässiger und robuster Hardware Systeme N2 - Reliable and robust data processing is one of the hardest requirements for systems in fields such as medicine, security, automotive, aviation, and space, to prevent critical system failures caused by changes in operating or environmental conditions. In particular, Signal Integrity (SI) effects such as crosstalk may distort the signal information in sensitive mixed-signal designs. A challenge for hardware systems used in the space are radiation effects. Namely, Single Event Effects (SEEs) induced by high-energy particle hits may lead to faulty computation, corrupted configuration settings, undesired system behavior, or even total malfunction. Since these applications require an extra effort in design and implementation, it is beneficial to master the standard cell design process and corresponding design flow methodologies optimized for such challenges. Especially for reliable, low-noise differential signaling logic such as Current Mode Logic (CML), a digital design flow is an orthogonal approach compared to traditional manual design. As a consequence, mandatory preliminary considerations need to be addressed in more detail. First of all, standard cell library concepts with suitable cell extensions for reliable systems and robust space applications have to be elaborated. Resulting design concepts at the cell level should enable the logical synthesis for differential logic design or improve the radiation-hardness. In parallel, the main objectives of the proposed cell architectures are to reduce the occupied area, power, and delay overhead. Second, a special setup for standard cell characterization is additionally required for a proper and accurate logic gate modeling. Last but not least, design methodologies for mandatory design flow stages such as logic synthesis and place and route need to be developed for the respective hardware systems to keep the reliability or the radiation-hardness at an acceptable level. This Thesis proposes and investigates standard cell-based design methodologies and techniques for reliable and robust hardware systems implemented in a conventional semi-conductor technology. The focus of this work is on reliable differential logic design and robust radiation-hardening-by-design circuits. The synergistic connections of the digital design flow stages are systematically addressed for these two types of hardware systems. In more detail, a library for differential logic is extended with single-ended pseudo-gates for intermediate design steps to support the logic synthesis and layout generation with commercial Computer-Aided Design (CAD) tools. Special cell layouts are proposed to relax signal routing. A library set for space applications is similarly extended by novel Radiation-Hardening-by-Design (RHBD) Triple Modular Redundancy (TMR) cells, enabling a one fault correction. Therein, additional optimized architectures for glitch filter cells, robust scannable and self-correcting flip-flops, and clock-gates are proposed. The circuit concepts and the physical layout representation views of the differential logic gates and the RHBD cells are discussed. However, the quality of results of designs depends implicitly on the accuracy of the standard cell characterization which is examined for both types therefore. The entire design flow is elaborated from the hardware design description to the layout representations. A 2-Phase routing approach together with an intermediate design conversion step is proposed after the initial place and route stage for reliable, pure differential designs, whereas a special constraining for RHBD applications in a standard technology is presented. The digital design flow for differential logic design is successfully demonstrated on a reliable differential bipolar CML application. A balanced routing result of its differential signal pairs is obtained by the proposed 2-Phase-routing approach. Moreover, the elaborated standard cell concepts and design methodology for RHBD circuits are applied to the digital part of a 7.5-15.5 MSPS 14-bit Analog-to-Digital Converter (ADC) and a complex microcontroller architecture. The ADC is implemented in an unhardened standard semiconductor technology and successfully verified by electrical measurements. The overhead of the proposed hardening approach is additionally evaluated by design exploration of the microcontroller application. Furthermore, the first obtained related measurement results of novel RHBD-∆TMR flip-flops show a radiation-tolerance up to a threshold Linear Energy Transfer (LET) of 46.1, 52.0, and 62.5 MeV cm2 mg-1 and savings in silicon area of 25-50 % for selected TMR standard cell candidates. As a conclusion, the presented design concepts at the cell and library levels, as well as the design flow modifications are adaptable and transferable to other technology nodes. In particular, the design of hybrid solutions with integrated reliable differential logic modules together with robust radiation-tolerant circuit parts is enabled by the standard cell concepts and design methods proposed in this work. N2 - Eine zuverlässige und robuste Datenverarbeitung ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für Systeme in Bereichen wie Medizin, Sicherheit, Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, um kritische Systemausfälle zu verhindern, welche durch Änderungen der Betriebsbedingung oder Umweltgegebenheiten hervorgerufen werden können. Insbesondere Signalintegritätseffekte (Signal Integrity (SI)) wie das Übersprechen und Überlagern von Signalen (crosstalk) können den Informationsgehalt in empfindlichen Mixed-Signal-Designs verzerren. Eine zusätzliche Herausforderung für Hardwaresysteme für Weltraumanwendungen ist die Strahlung. Resultierende Effekte, die durch hochenergetische Teilchentreffer ausgelöst werden (Single Event Effects (SEEs)), können zu fehlerhaften Berechnungen, beschädigten Konfigurationseinstellungen, unerwünschtem Systemverhalten oder sogar zu völliger Fehlfunktion führen. Da diese Anwendungen einen zusätzlichen Aufwand beim Entwurf und der Implementierung erfordern, ist es von Vorteil, über Standardzellenentwurfskonzepte und entsprechende Entwurfsablaufmethoden zu verfügen, die für genau solche Herausforderungen optimiert sind. Insbesondere für zuverlässige, rauscharme differenzielle Logik, wie der Current Mode Logic (CML), ist ein digitaler Entwurfsablauf ein orthogonaler Ansatz im Vergleich zum traditionellen manuellen Entwurfskonzept. Infolgedessen müssen obligatorische Vorüberlegungen detaillierter behandelt werden. Zunächst sind Konzepte für Standardzellbibliotheken mit geeigneten Zellerweiterungen für zuverlässige Systeme und robuste Raumfahrtanwendungen zu erarbeiten. Daraus resultierende Entwurfskonzepte auf Zellebene sollten die logische Synthese für den differenziellen Logikentwurf ermöglichen oder die Strahlungshärte eines Designs verbessern. Parallel dazu sind die Hauptziele der vorgeschlagenen Zellarchitekturen, die Verringerung der genutzten Siliziumfläche und der Verlustleistung sowie den Verzögerungs-Overhead zu minimieren. Zweitens ist ein spezieller Aufbau für die Charakterisierung von Standardzellen erforderlich, um eine angemessene und genaue Modellierung der Logikgatter zu ermöglichen. Nicht zuletzt müssen für die jeweiligen Hardwaresysteme Methoden für die Entwurfsphasen wie Logik-Synthese und das Platzieren und Routen (Place and Route (PnR)) entwickelt werden, um die Zuverlässigkeit beziehungsweise die Strahlungshärte auf einem akzeptablen Niveau zu halten. In dieser Arbeit werden standardisierte Zellen-basierte Entwurfsmethoden und -techniken für zuverlässige und robuste Hardwaresysteme vorgeschlagen und untersucht, welche in einer herkömmlichen Halbleitertechnologie implementiert werden. Dabei werden zuverlässige differenzielle Logikschaltungen und robuste strahlungsgehärtete Schaltungen betrachtet. Die synergetischen Verbindungen des digitalen Entwurfs werden systematisch für diese beiden Hardwaresysteme behandelt. Im Detail wird eine Bibliothek für differentielle Logik mit Single-Ended-Pseudo-Gattern für Zwischenschritte erweitert, die die Logiksynthese und Layout-Generierung mit heutigen Entwicklungswerkzeugen unterstützen. Ein spezieller Rahmen für das Layout der Zellen wird vorgeschlagen, um das Routing der Signale zu vereinfachen. Die Bibliothek für Raumfahrtanwendungen wird in ähnlicher Weise um neuartige Radiation-Hardening-by-Design (RHBD)-Zellen mit dreifacher modularer Redundanz (Triple Modular Redundancy (TMR)) erweitert, welche eine 1-Bit-Fehlerkorrektur erlaubt. Zusätzlich werden optimierte Architekturen für Glitch-Filterzellen, robuste abtastbare (scannable) und selbstkorrigierende Flip-flops und Taktgatter (clock-gates) vorgeschlagen. Die Schaltungskonzepte, die physische Layout-Repräsentation der differentiellen Logikgatter und der vorgeschlagenen RHBD-Zellen werden diskutiert. Die Qualität der Ergebnisse der Entwürfe hängt jedoch implizit von der Genauigkeit der Standardzellencharakterisierung ab, die daher für beide Typen untersucht wird. Der gesamte Entwurfsablauf wird von der Entwurfsbeschreibung der Hardware bis hin zur generierten Layout-Darstellung ausgearbeitet. Infolgedessen wird ein 2-Phasen-Routing-Ansatz zusammen mit einem zwischengeschalteten Design-Konvertierungsschritt nach der initialen PnR-Phase für zuverlässige, differentielle Designs vorgeschlagen, während ein spezielles Constraining für RHBD-Anwendungen vorgestellt wird. Der digitale Entwurfsablauf für Differenziallogik wird erfolgreich an einer zuverlässigen bipolaren Differenzial-CML-Anwendung demonstriert. Durch den 2-Phasen-Routing-Ansatz wird ein ausgewogenes Routing-Ergebnis differentieller Signalpaare erzielt. Darüber hinaus werden die erarbeiteten Standardzellenkonzepte und die Entwurfsmethodik für RHBD-Schaltungen auf den digitalen Teil eines 7.5-15.5MSPS 14-bit Analog-Digital-Wandlers (ADC) und einer komplexen Mikrocontroller-Architektur angewandt. Der ADC wurde in einer nicht-gehärteten Standard-Halbleitertechnologie implementiert und erfolgreich durch elektrische Messungen verifiziert. Der Mehraufwand des Härtungsansatzes wird zusätzlich durch Design Exploration der Mikrocontroller-Anwendung bewertet. Ferner zeigen erste Messergebnisse der neuartigen RHBD-ΔTMR-Flip-flops eine Strahlungstoleranz bis zu einem linearen Energietransfer (Linear Energy Transfers (LET)) Schwellwert von 46.1, 52.0 und 62.5MeVcm2 mg-1 und eine Einsparung an Siliziumfläche von 25-50% für ausgewählte TMR-Standardzellenkandidaten. Die vorgestellten Entwurfskonzepte auf Zell- und Bibliotheksebene sowie die Änderungen des Entwurfsablaufs sind anpassbar und übertragbar auf andere Technologieknoten. Insbesondere der Entwurf hybrider Lösungen mit integrierten zuverlässigen differenziellen Logikmodulen zusammen mit robusten strahlungstoleranten Schaltungsteilen wird durch die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Konzepte und Entwurfsmethoden ermöglicht. KW - hardware design KW - ASIC KW - radiation hardness KW - digital design KW - ASIC (Applikationsspezifische Integrierte Schaltkreise) KW - Digital Design KW - Hardware Design KW - Strahlungshartes Design Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-589326 ER - TY - JOUR A1 - Hilscher, Martin A1 - Braun, Michael A1 - Richter, Michael A1 - Leininger, Andreas A1 - Gössel, Michael T1 - X-tolerant test data compaction with accelerated shift registers N2 - Using the timing flexibility of modern automatic test equipment (ATE) test response data can be compacted without the need for additional X-masking logic. In this article the test response is compacted by several multiple input shift registers without feedback (NF-MISR). The shift registers are running on a k-times higher clock frequency than the test clock. For each test clock cycle only one out of the k outputs of each shift register is evaluated by the ATE. The impact of consecutive X values within the scan chains is reduced by a periodic permutation of the NF-MISR inputs. As a result, no additional external control signals or test set dependent control logic is required. The benefits of the proposed method are shown by the example of an implementation on a Verigy ATE. Experiments on three industrial circuits demonstrate the effectiveness of the proposed approach in comparison to a commercial DFT solution. Y1 - 2009 UR - http://www.springerlink.com/content/100286 U6 - https://doi.org/10.1007/s10836-009-5107-5 SN - 0923-8174 ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - A new self-testing parity checker for ultra-reliable applications Y1 - 1996 ER - TY - THES A1 - Seuring, Markus T1 - Output space compaction for testing and concurrent checking N2 - In der Dissertation werden neue Entwurfsmethoden für Kompaktoren für die Ausgänge von digitalen Schaltungen beschrieben, die die Anzahl der zu testenden Ausgänge drastisch verkleinern und dabei die Testbarkeit der Schaltungen nur wenig oder gar nicht verschlechtern. Der erste Teil der Arbeit behandelt für kombinatorische Schaltungen Methoden, die die Struktur der Schaltungen beim Entwurf der Kompaktoren berücksichtigen. Verschiedene Algorithmen zur Analyse von Schaltungsstrukturen werden zum ersten Mal vorgestellt und untersucht. Die Komplexität der vorgestellten Verfahren zur Erzeugung von Kompaktoren ist linear bezüglich der Anzahl der Gatter in der Schaltung und ist damit auf sehr große Schaltungen anwendbar. Im zweiten Teil wird erstmals ein solches Verfahren für sequentielle Schaltkreise beschrieben. Dieses Verfahren baut im wesentlichen auf das erste auf. Der dritte Teil beschreibt eine Entwurfsmethode, die keine Informationen über die interne Struktur der Schaltung oder über das zugrundeliegende Fehlermodell benötigt. Der Entwurf basiert alleine auf einem vorgegebenen Satz von Testvektoren und die dazugehörenden Testantworten der fehlerfreien Schaltung. Ein nach diesem Verfahren erzeugter Kompaktor maskiert keinen der Fehler, die durch das Testen mit den vorgegebenen Vektoren an den Ausgängen der Schaltung beobachtbar sind. N2 - The objective of this thesis is to provide new space compaction techniques for testing or concurrent checking of digital circuits. In particular, the work focuses on the design of space compactors that achieve high compaction ratio and minimal loss of testability of the circuits. In the first part, the compactors are designed for combinational circuits based on the knowledge of the circuit structure. Several algorithms for analyzing circuit structures are introduced and discussed for the first time. The complexity of each design procedure is linear with respect to the number of gates of the circuit. Thus, the procedures are applicable to large circuits. In the second part, the first structural approach for output compaction for sequential circuits is introduced. Essentially, it enhances the first part. For the approach introduced in the third part it is assumed that the structure of the circuit and the underlying fault model are unknown. The space compaction approach requires only the knowledge of the fault-free test responses for a precomputed test set. The proposed compactor design guarantees zero-aliasing with respect to the precomputed test set. KW - digital circuit KW - output space compaction KW - zero-aliasing KW - test KW - concurrent checking KW - propagation probability KW - IP core Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000165 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 - THES A1 - Nordmann, Paul-Patrick T1 - Fehlerkorrektur von Speicherfehlern mit Low-Density-Parity-Check-Codes N2 - Die Fehlerkorrektur in der Codierungstheorie beschäftigt sich mit der Erkennung und Behebung von Fehlern bei der Übertragung und auch Sicherung von Nachrichten. Hierbei wird die Nachricht durch zusätzliche Informationen in ein Codewort kodiert. Diese Kodierungsverfahren besitzen verschiedene Ansprüche, wie zum Beispiel die maximale Anzahl der zu korrigierenden Fehler und die Geschwindigkeit der Korrektur. Ein gängiges Codierungsverfahren ist der BCH-Code, welches industriell für bis zu vier Fehler korrigiere Codes Verwendung findet. Ein Nachteil dieser Codes ist die technische Durchlaufzeit für die Berechnung der Fehlerstellen mit zunehmender Codelänge. Die Dissertation stellt ein neues Codierungsverfahren vor, bei dem durch spezielle Anordnung kleinere Codelängen eines BCH-Codes ein langer Code erzeugt wird. Diese Anordnung geschieht über einen weiteren speziellen Code, einem LDPC-Code, welcher für eine schneller Fehlererkennung konzipiert ist. Hierfür wird ein neues Konstruktionsverfahren vorgestellt, welches einen Code für einen beliebige Länge mit vorgebbaren beliebigen Anzahl der zu korrigierenden Fehler vorgibt. Das vorgestellte Konstruktionsverfahren erzeugt zusätzlich zum schnellen Verfahren der Fehlererkennung auch eine leicht und schnelle Ableitung eines Verfahrens zu Kodierung der Nachricht zum Codewort. Dies ist in der Literatur für die LDPC-Codes bis zum jetzigen Zeitpunkt einmalig. Durch die Konstruktion eines LDPC-Codes wird ein Verfahren vorgestellt wie dies mit einem BCH-Code kombiniert wird, wodurch eine Anordnung des BCH-Codes in Blöcken erzeugt wird. Neben der allgemeinen Beschreibung dieses Codes, wird ein konkreter Code für eine 2-Bitfehlerkorrektur beschrieben. Diese besteht aus zwei Teilen, welche in verschiedene Varianten beschrieben und verglichen werden. Für bestimmte Längen des BCH-Codes wird ein Problem bei der Korrektur aufgezeigt, welche einer algebraischen Regel folgt. Der BCH-Code wird sehr allgemein beschrieben, doch existiert durch bestimmte Voraussetzungen ein BCH-Code im engerem Sinne, welcher den Standard vorgibt. Dieser BCH-Code im engerem Sinne wird in dieser Dissertation modifiziert, so dass das algebraische Problem bei der 2-Bitfehler Korrektur bei der Kombination mit dem LDPC-Code nicht mehr existiert. Es wird gezeigt, dass nach der Modifikation der neue Code weiterhin ein BCH-Code im allgemeinen Sinne ist, welcher 2-Bitfehler korrigieren und 3-Bitfehler erkennen kann. Bei der technischen Umsetzung der Fehlerkorrektur wird des Weiteren gezeigt, dass die Durchlaufzeiten des modifizierten Codes im Vergleich zum BCH-Code schneller ist und weiteres Potential für Verbesserungen besitzt. Im letzten Kapitel wird gezeigt, dass sich dieser modifizierte Code mit beliebiger Länge eignet für die Kombination mit dem LDPC-Code, wodurch dieses Verfahren nicht nur umfänglicher in der Länge zu nutzen ist, sondern auch durch die schnellere Dekodierung auch weitere Vorteile gegenüber einem BCH-Code im engerem Sinne besitzt. N2 - Error correction in coding theory is concerned with the detection and correction of errors in the transmission and also securing of messages. For this purpose a message is coded into a code word by means of additional information. These coding methods have different requirements, such as the maximum number of errors to be corrected and the speed of correction. A common coding method is the BCH code, which is used industrially for codes that can be corrected for up to 4-bit errors. A disadvantage of these codes is the run-time for calculating the error positions with increasing code length. The dissertation presents a new coding method in which a long code is generated by a special arrangement of smaller code lengths of a BCH code. This arrangement is done by means of another special code, an LDPC code, which is designed for faster fault detection. For this purpose, a new construction method for LDPC codes is presented, which specifies a code of any length with a predeterminable arbitrary number of errors to be corrected. In addition to the fast method of error detection, the presented construction method also generates an easy and fast derivation of a method for coding the message to the code word. This is unique in the literature for LDPC codes up to now. With the construction of an LDPC code a procedure is presented which combines the code with a BCH code, whereby an arrangement of the BCH code in blocks is done. Besides the general description of this code, the concrete code for a 2-bit error correction is described. This consists of two parts, which are described and compared in different variants. For certain lengths of the BCH code a correction problem is shown, which follows an algebraic rule. The BCH code is described in a very general way, but due to certain conditions a BCH code in a narrower sense exists, which sets the standard. This BCH code in a narrower sense is modified in this dissertation, so that the algebraic problem in 2-bit error correction, when combined with the LDPC code, no longer exists. It is shown that after the modification the new code is still a BCH code in the general sense, which can correct 2-bit errors and detect 3-bit errors. In the technical implementation of the error correction it is shown that the processing times of the modified code are faster compared to the BCH code and have further potential for improvement. In the last chapter it is shown that the modified code of any length is suitable for combination with the LDPC code, according to the procedure already presented. Thus this procedure, the combination of the modified BCH code with the LDPC code, is not only more comprehensively usable in the code lengths compared to the BCH code in the narrower sense with the LDPC code, but offers a further advantage due to the faster decoding with modified BCH codes. T2 - Error correction of memory errors with Low-density parity-check codes KW - Codierungstheorie KW - LDPC-Code KW - BCH-Code KW - BCH code KW - Coding theory KW - LDPC code Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-480480 ER - TY - JOUR A1 - Tavakoli, Hamad A1 - Alirezazadeh, Pendar A1 - Hedayatipour, Ava A1 - Nasib, A. H. Banijamali A1 - Landwehr, Niels T1 - Leaf image-based classification of some common bean cultivars using discriminative convolutional neural networks JF - Computers and electronics in agriculture : COMPAG online ; an international journal N2 - In recent years, many efforts have been made to apply image processing techniques for plant leaf identification. However, categorizing leaf images at the cultivar/variety level, because of the very low inter-class variability, is still a challenging task. In this research, we propose an automatic discriminative method based on convolutional neural networks (CNNs) for classifying 12 different cultivars of common beans that belong to three various species. We show that employing advanced loss functions, such as Additive Angular Margin Loss and Large Margin Cosine Loss, instead of the standard softmax loss function for the classification can yield better discrimination between classes and thereby mitigate the problem of low inter-class variability. The method was evaluated by classifying species (level I), cultivars from the same species (level II), and cultivars from different species (level III), based on images from the leaf foreside and backside. The results indicate that the performance of the classification algorithm on the leaf backside image dataset is superior. The maximum mean classification accuracies of 95.86, 91.37 and 86.87% were obtained at the levels I, II and III, respectively. The proposed method outperforms the previous relevant works and provides a reliable approach for plant cultivars identification. KW - Bean KW - Plant identification KW - Digital image analysis KW - VGG16 KW - Loss KW - functions Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105935 SN - 0168-1699 SN - 1872-7107 VL - 181 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] ER - TY - THES A1 - Morozov, Alexei T1 - Optimierung von Fehlererkennungsschaltungen auf der Grundlage von komplementären Ergänzungen für 1-aus-3 und Berger Codes T1 - Optimisation of Error-Detection Circuits by Complementary Circuits for 1-out-of-3 and Berger Codes N2 - Die Dissertation stellt eine neue Herangehensweise an die Lösung der Aufgabe der funktionalen Diagnostik digitaler Systeme vor. In dieser Arbeit wird eine neue Methode für die Fehlererkennung vorgeschlagen, basierend auf der Logischen Ergänzung und der Verwendung von Berger-Codes und dem 1-aus-3 Code. Die neue Fehlererkennungsmethode der Logischen Ergänzung gestattet einen hohen Optimierungsgrad der benötigten Realisationsfläche der konstruierten Fehlererkennungsschaltungen. Außerdem ist eins der wichtigen in dieser Dissertation gelösten Probleme die Synthese vollständig selbstprüfender Schaltungen. N2 - In this dissertation concurrent checking by use of a complementary circuit for an 1-out-of-n Codes and Berger-Code is investigated. For an arbitrarily given combinational circuit necessary and sufficient conditions for the existence of a totally self-checking checker are derived for the first time. KW - logische Ergänzung KW - neue Online-Fehlererkennungsmethode KW - selbstprüfende Schaltungen KW - Complementary Circuits KW - New On-Line Error-Detection Methode KW - Error-Detection Circuits KW - Self-Checking Circuits Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5360 ER - TY - JOUR A1 - Gerber, Stefan A1 - Gössel, Michael T1 - Detection of permanent faults of a floating point adder by pseudoduplication Y1 - 1994 ER - TY - JOUR A1 - Bhattacharya, M. K. A1 - Dimitriev, Alexej A1 - Gössel, Michael T1 - Zero-aliasing space compresion using a single periodic output and its application to testing of embedded Y1 - 2000 ER - TY - JOUR A1 - Dimitriev, Alexej A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Concurrent checking of sequential circuits by alternating inputs Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Kuentzer, Felipe A. A1 - Krstić, Miloš T1 - Soft error detection and correction architecture for asynchronous bundled data designs JF - IEEE transactions on circuits and systems N2 - In this paper, an asynchronous design for soft error detection and correction in combinational and sequential circuits is presented. The proposed architecture is called Asynchronous Full Error Detection and Correction (AFEDC). A custom design flow with integrated commercial EDA tools generates the AFEDC using the asynchronous bundled-data design style. The AFEDC relies on an Error Detection Circuit (EDC) for protecting the combinational logic and fault-tolerant latches for protecting the sequential logic. The EDC can be implemented using different detection methods. For this work, two boundary variants are considered, the Full Duplication with Comparison (FDC) and the Partial Duplication with Parity Prediction (PDPP). The AFEDC architecture can handle single events and timing faults of arbitrarily long duration as well as the synchronous FEDC, but additionally can address known metastability issues of the FEDC and other similar synchronous architectures and provide a more practical solution for handling the error recovery process. Two case studies are developed, a carry look-ahead adder and a pipelined non-restoring array divider. Results show that the AFEDC provides equivalent fault coverage when compared to the FEDC while reducing area, ranging from 9.6% to 17.6%, and increasing energy efficiency, which can be up to 6.5%. KW - circuit Faults KW - latches KW - Fault tolerance KW - Fault tolerant systems KW - timing KW - clocks KW - transient analysis KW - asynchrounous design KW - soft errors KW - transient Faults KW - bundled data KW - click controller KW - self-checking KW - concurrent checking KW - DMR KW - TMR Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1109/TCSI.2020.2998911 SN - 1549-8328 SN - 1558-0806 VL - 67 IS - 12 SP - 4883 EP - 4894 PB - Institute of Electrical and Electronics Engineers CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Otscheretnij, Vitalij A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Design of Fault-Tolerant Circuits by self-dual Duplication Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Moschanin, Wladimir A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Saposhnikov, Va. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Synthesis of self-dual multi-output combinational circuits for on-line Teting Y1 - 1996 ER - TY - JOUR A1 - Seuring, Markus A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - Ein strukturelles Verfahren zur Kompaktierung von Schaltungsausgaben für online-Fehlererkennungen und Selbstests Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Sogomonyan, Egor S. A1 - Gössel, Michael T1 - Concurrently self-testing embedded checkers for ultra-reliable fault-tolerant systems Y1 - 1996 ER - TY - JOUR A1 - Morosov, Andrej A1 - Gössel, Michael A1 - Hartje, Hendrik T1 - Reduced area overhead of the input party for code-disjoint circuits Y1 - 1999 ER - TY - JOUR A1 - Seuring, Markus A1 - Gössel, Michael T1 - A structural method for output compaction of sequential automata implemented as circuits Y1 - 1999 ER - TY - BOOK A1 - Seuring, Markus A1 - Gössel, Michael T1 - A structural approach for space compaction for sequential circuits T3 - Preprint / Universität Potsdam, Institut für Informatik Y1 - 1998 SN - 0946-7580 VL - 1998, 05 PB - Univ. CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Hlawiczka, A. A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - A linear code-preserving signature analyzer COPMISR Y1 - 1997 SN - 0-8186-7810-0 ER - TY - JOUR A1 - Bogue, Ted A1 - Gössel, Michael A1 - Jürgensen, Helmut A1 - Zorian, Yervant T1 - Built-in self-Test with an alternating output Y1 - 1998 SN - 0-8186-8359-7 ER - TY - JOUR A1 - Otscheretnij, Vitalij A1 - Gössel, Michael A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Saposhnikov, V. V. T1 - Fault-tolerant self-dual circuits with error detection by parity- and group parity prediction Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Sogomonyan, Egor S. A1 - Singh, Adit D. A1 - Gössel, Michael T1 - A multi-mode scannable memory element for high test application efficiency and delay testing Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Dimitriev, Alexej A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Gössel, Michael A1 - Saposhnikov, V. V. T1 - Self-dual duplication - a new method for on-line testing Y1 - 1997 ER - TY - JOUR A1 - Saposhnikov, Vl. V. A1 - Moshanin, Vl. A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Self-dual multi output combinational circuits with output data compaction Y1 - 1997 ER - TY - BOOK A1 - Seuring, Markus A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - A structural approach for space compaction for concurrent checking and BIST T3 - Preprint / Universität Potsdam, Institut für Informatik Y1 - 1997 SN - 0946-7580 VL - 1997, 01 PB - Univ. Potsdam CY - Potsdam [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Gössel, Michael A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - On-line Test auf der Grundlage eines die Parität erhaltenden Signaturanalysators Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Morosov, Andrej A1 - Saposhnikov, V. V. A1 - Gössel, Michael T1 - Self-Checking circuits with unidiectionally independent outputs Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Krstić, Miloš A1 - Weidling, Stefan A1 - Petrovic, Vladimir A1 - Sogomonyan, Egor S. T1 - Enhanced architectures for soft error detection and correction in combinational and sequential circuits JF - Microelectronics Reliability N2 - In this paper two new methods for the design of fault-tolerant pipelined sequential and combinational circuits, called Error Detection and Partial Error Correction (EDPEC) and Full Error Detection and Correction (FEDC), are described. The proposed methods are based on an Error Detection Logic (EDC) in the combinational circuit part combined with fault tolerant memory elements implemented using fault tolerant master–slave flip-flops. If a transient error, due to a transient fault in the combinational circuit part is detected by the EDC, the error signal controls the latching stage of the flip-flops such that the previous correct state of the register stage is retained until the transient error disappears. The system can continue to work in its previous correct state and no additional recovery procedure (with typically reduced clock frequency) is necessary. The target applications are dataflow processing blocks, for which software-based recovery methods cannot be easily applied. The presented architectures address both single events as well as timing faults of arbitrarily long duration. An example of this architecture is developed and described, based on the carry look-ahead adder. The timing conditions are carefully investigated and simulated up to the layout level. The enhancement of the baseline architecture is demonstrated with respect to the achieved fault tolerance for the single event and timing faults. It is observed that the number of uncorrected single events is reduced by the EDPEC architecture by 2.36 times compared with previous solution. The FEDC architecture further reduces the number of uncorrected events to zero and outperforms the Triple Modular Redundancy (TMR) with respect to correction of timing faults. The power overhead of both new architectures is about 26–28% lower than the TMR. Y1 - 2016 SN - 0026-2714 VL - 56 SP - 212 EP - 220 ER - TY - THES A1 - Klockmann, Alexander T1 - Modifizierte Unidirektionale Codes für Speicherfehler N2 - Das Promotionsvorhaben verfolgt das Ziel, die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung und die Speicherdichte von neu entwickelten Speichern (Emerging Memories) mit Multi-Level-Speicherzellen zu verbessern bzw. zu erhöhen. Hierfür werden Codes zur Erkennung von unidirektionalen Fehlern analysiert, modifiziert und neu entwickelt, um sie innerhalb der neuen Speicher anwenden zu können. Der Fokus liegt dabei auf sog. Berger-Codes und m-aus-n-Codes. Da Multi-Level-Speicherzellen nicht mehr binär, sondern mit mehreren Leveln arbeiten, können bisher verwendete Codes nicht mehr verwendet werden, bzw. müssen entsprechend angepasst werden. Auf Basis der Berger-Codes und m-aus-n-Codes werden in dieser Arbeit neue Codes abgeleitet, welche in der Lage sind, Daten auch in mehrwertigen Systemen zu schützen. KW - Fehlererkennung KW - Codierungstheorie KW - Speicher KW - unidirektionale Fehler Y1 - 2022 ER - TY - GEN A1 - Fandiño, Jorge T1 - Founded (auto)epistemic equilibrium logic satisfies epistemic splitting T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - In a recent line of research, two familiar concepts from logic programming semantics (unfounded sets and splitting) were extrapolated to the case of epistemic logic programs. The property of epistemic splitting provides a natural and modular way to understand programs without epistemic cycles but, surprisingly, was only fulfilled by Gelfond's original semantics (G91), among the many proposals in the literature. On the other hand, G91 may suffer from a kind of self-supported, unfounded derivations when epistemic cycles come into play. Recently, the absence of these derivations was also formalised as a property of epistemic semantics called foundedness. Moreover, a first semantics proved to satisfy foundedness was also proposed, the so-called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic (FAEEL). In this paper, we prove that FAEEL also satisfies the epistemic splitting property something that, together with foundedness, was not fulfilled by any other approach up to date. To prove this result, we provide an alternative characterisation of FAEEL as a combination of G91 with a simpler logic we called Founded Epistemic Equilibrium Logic (FEEL), which is somehow an extrapolation of the stable model semantics to the modal logic S5. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1060 KW - answer set programming KW - epistemic specifications KW - epistemic logic programs Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469685 SN - 1866-8372 IS - 1060 SP - 671 EP - 687 ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Fariñas del Cerro, Luis T1 - Splitting epistemic logic programs JF - Theory and practice of logic programming / publ. for the Association for Logic Programming N2 - Epistemic logic programs constitute an extension of the stable model semantics to deal with new constructs called subjective literals. Informally speaking, a subjective literal allows checking whether some objective literal is true in all or some stable models. As it can be imagined, the associated semantics has proved to be non-trivial, since the truth of subjective literals may interfere with the set of stable models it is supposed to query. As a consequence, no clear agreement has been reached and different semantic proposals have been made in the literature. Unfortunately, comparison among these proposals has been limited to a study of their effect on individual examples, rather than identifying general properties to be checked. In this paper, we propose an extension of the well-known splitting property for logic programs to the epistemic case. We formally define when an arbitrary semantics satisfies the epistemic splitting property and examine some of the consequences that can be derived from that, including its relation to conformant planning and to epistemic constraints. Interestingly, we prove (through counterexamples) that most of the existing approaches fail to fulfill the epistemic splitting property, except the original semantics proposed by Gelfond 1991 and a recent proposal by the authors, called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic. KW - knowledge representation and nonmonotonic reasoning KW - logic programming methodology and applications KW - theory Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000058 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 21 IS - 3 SP - 296 EP - 316 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - GEN A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal, Concepcion T1 - Revisiting explicit negation in answer set programming T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - A common feature in Answer Set Programming is the use of a second negation, stronger than default negation and sometimes called explicit, strong or classical negation. This explicit negation is normally used in front of atoms, rather than allowing its use as a regular operator. In this paper we consider the arbitrary combination of explicit negation with nested expressions, as those defined by Lifschitz, Tang and Turner. We extend the concept of reduct for this new syntax and then prove that it can be captured by an extension of Equilibrium Logic with this second negation. We study some properties of this variant and compare to the already known combination of Equilibrium Logic with Nelson's strong negation. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1104 KW - Answer Set Programming KW - non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - explicit negation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469697 SN - 1866-8372 IS - 1104 SP - 908 EP - 924 ER - TY - 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 - JOUR A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal, Concepcion T1 - Forgetting auxiliary atoms in forks JF - Artificial intelligence N2 - In this work we tackle the problem of checking strong equivalence of logic programs that may contain local auxiliary atoms, to be removed from their stable models and to be forbidden in any external context. We call this property projective strong equivalence (PSE). It has been recently proved that not any logic program containing auxiliary atoms can be reformulated, under PSE, as another logic program or formula without them – this is known as strongly persistent forgetting. In this paper, we introduce a conservative extension of Equilibrium Logic and its monotonic basis, the logic of Here-and-There, in which we deal with a new connective ‘|’ we call fork. We provide a semantic characterisation of PSE for forks and use it to show that, in this extension, it is always possible to forget auxiliary atoms under strong persistence. We further define when the obtained fork is representable as a regular formula. KW - Answer set programming KW - Non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - Denotational semantics KW - Forgetting KW - Strong equivalence Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.artint.2019.07.005 SN - 0004-3702 SN - 1872-7921 VL - 275 SP - 575 EP - 601 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal-Peracho, Concepcion T1 - Revisiting Explicit Negation in Answer Set Programming JF - Theory and practice of logic programming KW - Answer set programming KW - Non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - Explicit negation Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068419000267 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 19 IS - 5-6 SP - 908 EP - 924 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - THES A1 - Ziemann, Felix T1 - Entwicklung und Evaluation einer prototypischen Lernumgebung für das systematische Debugging logischer Fehler in Quellcode T1 - Development and evaluation of a prototype learning environment designed for the systematic debugging of logical errors in source code N2 - Wo programmiert wird, da passieren Fehler. Um das Debugging, also die Suche sowie die Behebung von Fehlern in Quellcode, stärker explizit zu adressieren, verfolgt die vorliegende Arbeit das Ziel, entlang einer prototypischen Lernumgebung sowohl ein systematisches Vorgehen während des Debuggings zu vermitteln als auch Gestaltungsfolgerungen für ebensolche Lernumgebungen zu identifizieren. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Wie verhalten sich die Lernenden während des kurzzeitigen Gebrauchs einer Lernumgebung nach dem Cognitive Apprenticeship-Ansatz mit dem Ziel der expliziten Vermittlung eines systematischen Debuggingvorgehens und welche Eindrücke entstehen während der Bearbeitung? Zur Beantwortung dieser Forschungsfrage wurde orientierend an literaturbasierten Implikationen für die Vermittlung von Debugging und (medien-)didaktischen Gestaltungsaspekten eine prototypische Lernumgebung entwickelt und im Rahmen einer qualitativen Nutzerstudie mit Bachelorstudierenden informatischer Studiengänge erprobt. Hierbei wurden zum einen anwendungsbezogene Verbesserungspotenziale identifiziert. Zum anderen zeigte sich insbesondere gegenüber der Systematisierung des Debuggingprozesses innerhalb der Aufgabenbearbeitung eine positive Resonanz. Eine Untersuchung, inwieweit sich die Nutzung der Lernumgebung längerfristig auf das Verhalten von Personen und ihre Vorgehensweisen während des Debuggings auswirkt, könnte Gegenstand kommender Arbeiten sein. N2 - Errors are inevitable in programming, making effective debugging crucial in software development. This study aims to develop a prototype learning environment that teaches a systematic approach to debugging while identifying design conclusions for such learning environments. The research question asks: How do learners behave during short-term use of a learning environment according to the Cognitive Apprenticeship approach, with the explicit aim of teaching a systematic debugging procedure, and what impressions arise during processing? A prototype learning environment was developed and tested in a qualitative user study with undergraduate students of computer science. The results reveal potential for improvement in the application-related aspects of the learning environment, alongside a positive response to the systematic approach to the debugging process during task processing. Future work could further investigate the long-term effects of such learning environments on debugging behavior. KW - Debugging KW - systematisch KW - Lernumgebung KW - Prototyp KW - logische Fehler KW - Cognitive Apprenticeship KW - Konstruktivismus KW - lautes Denken KW - debugging KW - systematic KW - learning environment KW - prototype KW - logical errors KW - cognitive apprenticeship KW - constructivism KW - think aloud Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-632734 ER - TY - JOUR A1 - Schick, Daniel A1 - Bojahr, Andre A1 - Herzog, Marc A1 - Shayduk, Roman A1 - von Korff Schmising, Clemens A1 - Bargheer, Matias T1 - Udkm1Dsim-A simulation toolkit for 1D ultrafast dynamics in condensed matter JF - Computer physics communications : an international journal devoted to computational physics and computer programs in physics N2 - The UDKM1DSIM toolbox is a collection of MATLAB (MathWorks Inc.) classes and routines to simulate the structural dynamics and the according X-ray diffraction response in one-dimensional crystalline sample structures upon an arbitrary time-dependent external stimulus, e.g. an ultrashort laser pulse. The toolbox provides the capabilities to define arbitrary layered structures on the atomic level including a rich database of corresponding element-specific physical properties. The excitation of ultrafast dynamics is represented by an N-temperature model which is commonly applied for ultrafast optical excitations. Structural dynamics due to thermal stress are calculated by a linear-chain model of masses and springs. The resulting X-ray diffraction response is computed by dynamical X-ray theory. The UDKM1DSIM toolbox is highly modular and allows for introducing user-defined results at any step in the simulation procedure. Program summary Program title: udkm1Dsim Catalogue identifier: AERH_v1_0 Program summary URL: http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/AERH_v1_0.html Licensing provisions: BSD No. of lines in distributed program, including test data, etc.: 130221 No. of bytes in distributed program, including test data, etc.: 2746036 Distribution format: tar.gz Programming language: Matlab (MathWorks Inc.). Computer: PC/Workstation. Operating system: Running Matlab installation required (tested on MS Win XP -7, Ubuntu Linux 11.04-13.04). Has the code been vectorized or parallelized?: Parallelization for dynamical XRD computations. Number of processors used: 1-12 for Matlab Parallel Computing Toolbox; 1 - infinity for Matlab Distributed Computing Toolbox External routines: Optional: Matlab Parallel Computing Toolbox, Matlab Distributed Computing Toolbox Required (included in the package): mtimesx Fast Matrix Multiply for Matlab by James Tursa, xml io tools by Jaroslaw Tuszynski, textprogressbar by Paul Proteus Nature of problem: Simulate the lattice dynamics of 1D crystalline sample structures due to an ultrafast excitation including thermal transport and compute the corresponding transient X-ray diffraction pattern. Solution method: Restrictions: The program is restricted to 1D sample structures and is further limited to longitudinal acoustic phonon modes and symmetrical X-ray diffraction geometries. Unusual features: The program is highly modular and allows the inclusion of user-defined inputs at any time of the simulation procedure. Running time: The running time is highly dependent on the number of unit cells in the sample structure and other simulation parameters such as time span or angular grid for X-ray diffraction computations. However, the example files are computed in approx. 1-5 min each on a 8 Core Processor with 16 GB RAM available. KW - Ultrafast dynamics KW - Heat diffusion KW - N-temperature model KW - Coherent phonons KW - Incoherent phonons KW - Thermoelasticity KW - Dynamical X-ray theory Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.cpc.2013.10.009 SN - 0010-4655 SN - 1879-2944 VL - 185 IS - 2 SP - 651 EP - 660 PB - Elsevier CY - Amsterdam 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 - GEN A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Schaub, Torsten A1 - Schellhorn, Sebastian T1 - Lower Bound Founded Logic of Here-and-There T2 - Logics in Artificial Intelligence N2 - A distinguishing feature of Answer Set Programming is that all atoms belonging to a stable model must be founded. That is, an atom must not only be true but provably true. This can be made precise by means of the constructive logic of Here-and-There, whose equilibrium models correspond to stable models. One way of looking at foundedness is to regard Boolean truth values as ordered by letting true be greater than false. Then, each Boolean variable takes the smallest truth value that can be proven for it. This idea was generalized by Aziz to ordered domains and applied to constraint satisfaction problems. As before, the idea is that a, say integer, variable gets only assigned to the smallest integer that can be justified. In this paper, we present a logical reconstruction of Aziz’ idea in the setting of the logic of Here-and-There. More precisely, we start by defining the logic of Here-and-There with lower bound founded variables along with its equilibrium models and elaborate upon its formal properties. Finally, we compare our approach with related ones and sketch future work. Y1 - 2019 SN - 978-3-030-19570-0 SN - 978-3-030-19569-4 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-030-19570-0_34 SN - 0302-9743 SN - 1611-3349 VL - 11468 SP - 509 EP - 525 PB - Springer CY - Cham ER - TY - THES A1 - Thiele, Sven T1 - Modeling biological systems with Answer Set Programming T1 - Modellierung biologischer Systeme mit Answer Set Programming N2 - Biology has made great progress in identifying and measuring the building blocks of life. The availability of high-throughput methods in molecular biology has dramatically accelerated the growth of biological knowledge for various organisms. The advancements in genomic, proteomic and metabolomic technologies allow for constructing complex models of biological systems. An increasing number of biological repositories is available on the web, incorporating thousands of biochemical reactions and genetic regulations. Systems Biology is a recent research trend in life science, which fosters a systemic view on biology. In Systems Biology one is interested in integrating the knowledge from all these different sources into models that capture the interaction of these entities. By studying these models one wants to understand the emerging properties of the whole system, such as robustness. However, both measurements as well as biological networks are prone to considerable incompleteness, heterogeneity and mutual inconsistency, which makes it highly non-trivial to draw biologically meaningful conclusions in an automated way. Therefore, we want to promote Answer Set Programming (ASP) as a tool for discrete modeling in Systems Biology. ASP is a declarative problem solving paradigm, in which a problem is encoded as a logic program such that its answer sets represent solutions to the problem. ASP has intrinsic features to cope with incompleteness, offers a rich modeling language and highly efficient solving technology. We present ASP solutions, for the analysis of genetic regulatory networks, determining consistency with observed measurements and identifying minimal causes for inconsistency. We extend this approach for computing minimal repairs on model and data that restore consistency. This method allows for predicting unobserved data even in case of inconsistency. Further, we present an ASP approach to metabolic network expansion. This approach exploits the easy characterization of reachability in ASP and its various reasoning methods, to explore the biosynthetic capabilities of metabolic reaction networks and generate hypotheses for extending the network. Finally, we present the BioASP library, a Python library which encapsulates our ASP solutions into the imperative programming paradigm. The library allows for an easy integration of ASP solution into system rich environments, as they exist in Systems Biology. N2 - In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Identifikation und Messung der Bausteine des Lebens gemacht. Die Verfügbarkeit von Hochdurchsatzverfahren in der Molekularbiology hat das Anwachsen unseres biologischen Wissens dramatisch beschleunigt. Durch die technische Fortschritte in Genomic, Proteomic und Metabolomic wurde die Konstruktion komplexer Modelle biologischer Systeme ermöglicht. Immer mehr biologische Datenbanken sind über das Internet verfügbar, sie enthalten tausende Daten biochemischer Reaktionen und genetischer Regulation. System Biologie ist ein junger Forschungszweig der Biologie, der versucht Biologische Systeme in ihrer Ganzheit zu erforschen. Dabei ist man daran interessiert möglichst viel Wissen aus den unterschiedlichsten Bereichen in ein Modell zu aggregieren, welches das Zusammenwirken der verschiedensten Komponenten nachbildet. Durch das Studium derartiger Modelle erhofft man sich ein Verständnis der aufbauenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Robustheit, des Systems zu erlangen. Es stellt sich jedoch die Problematik, das sowohl die biologischen Modelle als auch die verfügbaren Messwerte, oft unvollständig, miteinander unvereinbar oder fehlerhaft sind. All dies macht es schwierig biologisch sinnvolle Schlussfolgerungen zu ziehen. Daher, möchten wir in dieser Arbeit Antwortmengen Programmierung (engl. Answer Set Programming; ASP) als Werkzeug zur diskreten Modellierung system biologischer Probleme vorschlagen. ASP verfügt über eingebaute Eigenschaften zum Umgang mit unvollständiger Information, eine reichhaltige Modellierungssprache und hocheffiziente Berechnungstechniken. Wir präsentieren ASP Lösungen zur Analyse von Netzwerken genetischer Regulierungen, zur Prüfung der Konsistenz mit gemessene Daten, und zur Identifikation von Gründen für Inkonsistenz. Diesen Ansatz erweitern wir um die Möglichkeit zur Berechnung minimaler Reparaturen an Modell und Daten, welche Konsistenz erzeugen. Mithilfe dieser Methode werden wir in die Lage versetzt, auch im Fall von Inkonsistenz, noch ungemessene Daten vorherzusagen. Weiterhin, präsentieren wir einen ASP Ansatz zur Analyse metabolischer Netzwerke. Bei diesem Ansatz, nutzen wir zum einen aus das sich Erreichbarkeit mit ASP leicht spezifizieren lässt und das ASP mehrere mächtige Methoden zur Schlussfolgerung bereitstellt, welche sich auch kombiniert lassen. Dadurch wird es möglich die Synthese Möglichkeiten eines Metabolischen Netzwerks zu erforschen und Hypothesen für Erweiterungen des metabolischen Netzwerks zu berechnen. Zu guter Letzt, präsentieren wir die BioASP Softwarebibliothek. Die BioASP-Bibliothek kapselt unsere ASP Lösungen in das imperative Programmierparadigma und vereinfacht eine Integration von ASP Lösungen in heterogene Betriebsumgebungen, wie sie in der System Biologie vorherrschen. KW - Antwortmengen Programmierung KW - System Biologie KW - Inkonsistenz KW - Unvollständigkeit KW - Reparatur KW - answer set programming KW - systems biology KW - inconsistency KW - incompleteness KW - repair Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59383 ER - TY - CHAP A1 - Gebser, Martin A1 - Hinrichs, Henrik A1 - Schaub, Torsten A1 - Thiele, Sven T1 - xpanda: a (simple) preprocessor for adding multi-valued propositions to ASP N2 - We introduce a simple approach extending the input language of Answer Set Programming (ASP) systems by multi-valued propositions. Our approach is implemented as a (prototypical) preprocessor translating logic programs with multi-valued propositions into logic programs with Boolean propositions only. Our translation is modular and heavily benefits from the expressive input language of ASP. The resulting approach, along with its implementation, allows for solving interesting constraint satisfaction problems in ASP, showing a good performance. Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41466 ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Dieguez, Martin A1 - Schaub, Torsten A1 - Schuhmann, Anna T1 - Towards metric temporal answer set programming JF - Theory and practice of logic programming N2 - We elaborate upon the theoretical foundations of a metric temporal extension of Answer Set Programming. In analogy to previous extensions of ASP with constructs from Linear Temporal and Dynamic Logic, we accomplish this in the setting of the logic of Here-and-There and its non-monotonic extension, called Equilibrium Logic. More precisely, we develop our logic on the same semantic underpinnings as its predecessors and thus use a simple time domain of bounded time steps. This allows us to compare all variants in a uniform framework and ultimately combine them in a common implementation. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000307 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 5 SP - 783 EP - 798 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Pearce, David A1 - Sarsakov, Vladimir A1 - Schaub, Torsten A1 - Tompits, Hans A1 - Woltran, Stefan T1 - A polynomial translation of logic programs with nested expressions into disjunctive logic programs Y1 - 2002 SN - 3-540-43930-7 ER - TY - JOUR A1 - Anger, Christian A1 - Gebser, Martin A1 - Janhunen, Tomi A1 - Schaub, Torsten T1 - What's a head without a body? Y1 - 2006 ER - TY - JOUR A1 - Mileo, Alessandra A1 - Schaub, Torsten T1 - Qualitative constraint enforcement in advanced policy specification Y1 - 2007 ER - TY - THES A1 - Flöter, André T1 - Analyzing biological expression data based on decision tree induction T1 - Analyse biologischer Expressionsdaten mit Hilfe von Entscheidungsbauminduktion N2 - Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these meth­ods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the pos­sibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the un­derstanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of com­binatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees ­ a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecu­tively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowl­edge and to suggest interesting and new relationships between metabolites. N2 - Neuere biologische Analysetechniken liefern Forschern verschiedenste Arten von Daten. Eine Art dieser Daten sind die so genannten "Expressionsdaten". Sie geben die Konzentrationen biochemischer Inhaltsstoffe in Gewebeproben an. Neuerdings können Expressionsdaten sehr schnell erzeugt werden. Das führt wiederum zu so großen Datenmengen, dass sie nicht mehr mit klassischen statistischen Verfahren analysiert werden können. "System biology" ist eine neue Disziplin, die sich mit der Modellierung solcher Information befasst. Zur Zeit werden dazu verschiedenste Methoden benutzt. Eine Superklasse dieser Methoden ist das maschinelle Lernen. Dieses wurde bis vor kurzem ausschließlich zum Klassifizieren und zum Vorhersagen genutzt. Dabei wurde eine wichtige zweite Eigenschaft vernachlässigt, nämlich die Möglichkeit zum Erlernen von interpretierbaren Modellen. Die Erstellung solcher Modelle hat mittlerweile eine Schlüsselrolle in der "Systems biology" erlangt. Es sind bereits zahlreiche Methoden dazu vorgeschlagen und diskutiert worden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Nutzung einer ganz grundlegenden Technik: den Entscheidungsbäumen. Zunächst wird ein Konzept zum Vergleich von Baummengen entwickelt, welches das Erkennen bedeutsamer Schwellwerte in reellwertigen Daten anhand ihrer zugehörigen Entscheidungswälder ermöglicht. Das Erkennen solcher Schwellwerte dient dem Verständnis von dynamischen Abläufen in lebenden Organismen. Bei der Anwendung dieser Technik auf metabolische Konzentrationsdaten wurden bereits Zustände erkannt, die nicht mit herkömmlichen Techniken entdeckt werden konnten. Ein zweiter Ansatz befasst sich mit der Auswertung der Struktur von Entscheidungswäldern zur Entdeckung von kombinatorischen Abhängigkeiten zwischen Attributen. Bisherige Arbeiten hierzu befassten sich vornehmlich mit rechenintensiven Verfahren oder mit einzelnen Entscheidungsbäumen, eine sehr eingeschränkte Ausbeutung der Daten. Das führte dann entweder zu unvollständigen oder instabilen Ergebnissen. Darum wird hier eine Methode entwickelt, die Mengen von Entscheidungsbäumen nutzt, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beide vorgestellten Verfahren gibt es als Werkzeuge für den Computer, die entweder hintereinander oder einzeln verwendet werden können. Auf diese Weise stellen sie eine sinnvolle Ergänzung zu vorhandenen Analyswerkzeugen dar. Mit Hilfe der bereitgestellten Software war es möglich, bekanntes Wissen zu bestätigen und interessante neue Zusammenhänge im Stoffwechsel von Pflanzen aufzuzeigen. KW - Molekulare Bioinformatik KW - Maschinelles Lernen KW - Entscheidungsbäume KW - machine learning KW - decision trees KW - computational biology Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416 ER - TY - THES A1 - Gebser, Martin T1 - Proof theory and algorithms for answer set programming T1 - Beweistheorie und Algorithmen für die Antwortmengenprogrammierung N2 - Answer Set Programming (ASP) is an emerging paradigm for declarative programming, in which a computational problem is specified by a logic program such that particular models, called answer sets, match solutions. ASP faces a growing range of applications, demanding for high-performance tools able to solve complex problems. ASP integrates ideas from a variety of neighboring fields. In particular, automated techniques to search for answer sets are inspired by Boolean Satisfiability (SAT) solving approaches. While the latter have firm proof-theoretic foundations, ASP lacks formal frameworks for characterizing and comparing solving methods. Furthermore, sophisticated search patterns of modern SAT solvers, successfully applied in areas like, e.g., model checking and verification, are not yet established in ASP solving. We address these deficiencies by, for one, providing proof-theoretic frameworks that allow for characterizing, comparing, and analyzing approaches to answer set computation. For another, we devise modern ASP solving algorithms that integrate and extend state-of-the-art techniques for Boolean constraint solving. We thus contribute to the understanding of existing ASP solving approaches and their interconnections as well as to their enhancement by incorporating sophisticated search patterns. The central idea of our approach is to identify atomic as well as composite constituents of a propositional logic program with Boolean variables. This enables us to describe fundamental inference steps, and to selectively combine them in proof-theoretic characterizations of various ASP solving methods. In particular, we show that different concepts of case analyses applied by existing ASP solvers implicate mutual exponential separations regarding their best-case complexities. We also develop a generic proof-theoretic framework amenable to language extensions, and we point out that exponential separations can likewise be obtained due to case analyses on them. We further exploit fundamental inference steps to derive Boolean constraints characterizing answer sets. They enable the conception of ASP solving algorithms including search patterns of modern SAT solvers, while also allowing for direct technology transfers between the areas of ASP and SAT solving. Beyond the search for one answer set of a logic program, we address the enumeration of answer sets and their projections to a subvocabulary, respectively. The algorithms we develop enable repetition-free enumeration in polynomial space without being intrusive, i.e., they do not necessitate any modifications of computations before an answer set is found. Our approach to ASP solving is implemented in clasp, a state-of-the-art Boolean constraint solver that has successfully participated in recent solver competitions. Although we do here not address the implementation techniques of clasp or all of its features, we present the principles of its success in the context of ASP solving. N2 - Antwortmengenprogrammierung (engl. Answer Set Programming; ASP) ist ein Paradigma zum deklarativen Problemlösen, wobei Problemstellungen durch logische Programme beschrieben werden, sodass bestimmte Modelle, Antwortmengen genannt, zu Lösungen korrespondieren. Die zunehmenden praktischen Anwendungen von ASP verlangen nach performanten Werkzeugen zum Lösen komplexer Problemstellungen. ASP integriert diverse Konzepte aus verwandten Bereichen. Insbesondere sind automatisierte Techniken für die Suche nach Antwortmengen durch Verfahren zum Lösen des aussagenlogischen Erfüllbarkeitsproblems (engl. Boolean Satisfiability; SAT) inspiriert. Letztere beruhen auf soliden beweistheoretischen Grundlagen, wohingegen es für ASP kaum formale Systeme gibt, um Lösungsmethoden einheitlich zu beschreiben und miteinander zu vergleichen. Weiterhin basiert der Erfolg moderner Verfahren zum Lösen von SAT entscheidend auf fortgeschrittenen Suchtechniken, die in gängigen Methoden zur Antwortmengenberechnung nicht etabliert sind. Diese Arbeit entwickelt beweistheoretische Grundlagen und fortgeschrittene Suchtechniken im Kontext der Antwortmengenberechnung. Unsere formalen Beweissysteme ermöglichen die Charakterisierung, den Vergleich und die Analyse vorhandener Lösungsmethoden für ASP. Außerdem entwerfen wir moderne Verfahren zum Lösen von ASP, die fortgeschrittene Suchtechniken aus dem SAT-Bereich integrieren und erweitern. Damit trägt diese Arbeit sowohl zum tieferen Verständnis von Lösungsmethoden für ASP und ihrer Beziehungen untereinander als auch zu ihrer Verbesserung durch die Erschließung fortgeschrittener Suchtechniken bei. Die zentrale Idee unseres Ansatzes besteht darin, Atome und komposite Konstrukte innerhalb von logischen Programmen gleichermaßen mit aussagenlogischen Variablen zu assoziieren. Dies ermöglicht die Isolierung fundamentaler Inferenzschritte, die wir in formalen Charakterisierungen von Lösungsmethoden für ASP selektiv miteinander kombinieren können. Darauf aufbauend zeigen wir, dass unterschiedliche Einschränkungen von Fallunterscheidungen zwangsläufig zu exponentiellen Effizienzunterschieden zwischen den charakterisierten Methoden führen. Wir generalisieren unseren beweistheoretischen Ansatz auf logische Programme mit erweiterten Sprachkonstrukten und weisen analytisch nach, dass das Treffen bzw. Unterlassen von Fallunterscheidungen auf solchen Konstrukten ebenfalls exponentielle Effizienzunterschiede bedingen kann. Die zuvor beschriebenen fundamentalen Inferenzschritte nutzen wir zur Extraktion inhärenter Bedingungen, denen Antwortmengen genügen müssen. Damit schaffen wir eine Grundlage für den Entwurf moderner Lösungsmethoden für ASP, die fortgeschrittene, ursprünglich für SAT konzipierte, Suchtechniken mit einschließen und darüber hinaus einen transparenten Technologietransfer zwischen Verfahren zum Lösen von ASP und SAT erlauben. Neben der Suche nach einer Antwortmenge behandeln wir ihre Aufzählung, sowohl für gesamte Antwortmengen als auch für Projektionen auf ein Subvokabular. Hierfür entwickeln wir neuartige Methoden, die wiederholungsfreies Aufzählen in polynomiellem Platz ermöglichen, ohne die Suche zu beeinflussen und ggf. zu behindern, bevor Antwortmengen berechnet wurden. KW - Wissensrepräsentation und -verarbeitung KW - Antwortmengenprogrammierung KW - Beweistheorie KW - Algorithmen KW - Knowledge Representation and Reasoning KW - Answer Set Programming KW - Proof Theory KW - Algorithms Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55425 ER - TY - JOUR A1 - Durzinsky, Markus A1 - Marwan, Wolfgang A1 - Ostrowski, Max A1 - Schaub, Torsten A1 - Wagler, Annegret T1 - Automatic network reconstruction using ASP JF - Theory and practice of logic programming N2 - Building biological models by inferring functional dependencies from experimental data is an important issue in Molecular Biology. To relieve the biologist from this traditionally manual process, various approaches have been proposed to increase the degree of automation. However, available approaches often yield a single model only, rely on specific assumptions, and/or use dedicated, heuristic algorithms that are intolerant to changing circumstances or requirements in the view of the rapid progress made in Biotechnology. Our aim is to provide a declarative solution to the problem by appeal to Answer Set Programming (ASP) overcoming these difficulties. We build upon an existing approach to Automatic Network Reconstruction proposed by part of the authors. This approach has firm mathematical foundations and is well suited for ASP due to its combinatorial flavor providing a characterization of all models explaining a set of experiments. The usage of ASP has several benefits over the existing heuristic algorithms. First, it is declarative and thus transparent for biological experts. Second, it is elaboration tolerant and thus allows for an easy exploration and incorporation of biological constraints. Third, it allows for exploring the entire space of possible models. Finally, our approach offers an excellent performance, matching existing, special-purpose systems. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068411000287 SN - 1471-0684 VL - 11 SP - 749 EP - 766 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Schaub, Torsten T1 - Tableau calculi for logic programs under answer set semantics JF - ACM transactions on computational logic N2 - We introduce formal proof systems based on tableau methods for analyzing computations in Answer Set Programming (ASP). Our approach furnishes fine-grained instruments for characterizing operations as well as strategies of ASP solvers. The granularity is detailed enough to capture a variety of propagation and choice methods of algorithms used for ASP solving, also incorporating SAT-based and conflict-driven learning approaches to some extent. This provides us with a uniform setting for identifying and comparing fundamental properties of ASP solving approaches. In particular, we investigate their proof complexities and show that the run-times of best-case computations can vary exponentially between different existing ASP solvers. Apart from providing a framework for comparing ASP solving approaches, our characterizations also contribute to their understanding by pinning down the constitutive atomic operations. Furthermore, our framework is flexible enough to integrate new inference patterns, and so to study their relation to existing ones. To this end, we generalize our approach and provide an extensible basis aiming at a modular incorporation of additional language constructs. This is exemplified by augmenting our basic tableau methods with cardinality constraints and disjunctions. KW - Theory KW - Answer Set Programming KW - tableau calculi KW - proof complexity Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1145/2480759.2480767 SN - 1529-3785 VL - 14 IS - 2 PB - Association for Computing Machinery CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Ostrowski, Max A1 - Schaub, Torsten T1 - ASP modulo CSP The clingcon system JF - Theory and practice of logic programming N2 - We present the hybrid ASP solver clingcon, combining the simple modeling language and the high performance Boolean solving capacities of Answer Set Programming (ASP) with techniques for using non-Boolean constraints from the area of Constraint Programming (CP). The new clingcon system features an extended syntax supporting global constraints and optimize statements for constraint variables. The major technical innovation improves the interaction between ASP and CP solver through elaborated learning techniques based on irreducible inconsistent sets. A broad empirical evaluation shows that these techniques yield a performance improvement of an order of magnitude. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068412000142 SN - 1471-0684 VL - 12 SP - 485 EP - 503 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Brewka, Gerhard A1 - Ellmauthaler, Stefan A1 - Kern-Isberner, Gabriele A1 - Obermeier, Philipp A1 - Ostrowski, Max A1 - Romero, Javier A1 - Schaub, Torsten A1 - Schieweck, Steffen T1 - Advanced solving technology for dynamic and reactive applications JF - Künstliche Intelligenz Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0538-8 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 199 EP - 200 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Schaub, Torsten A1 - Thiele, Sven T1 - GrinGo : a new grounder for answer set programming Y1 - 2007 SN - 978-3-540- 72199-4 ER - TY - JOUR A1 - Besnard, Philippe A1 - Schaub, Torsten T1 - An approach to context-based default reasoning Y1 - 1995 SN - 0169-2968 ER - TY - THES A1 - Lindauer, T. Marius T1 - Algorithm selection, scheduling and configuration of Boolean constraint solvers N2 - Boolean constraint solving technology has made tremendous progress over the last decade, leading to industrial-strength solvers, for example, in the areas of answer set programming (ASP), the constraint satisfaction problem (CSP), propositional satisfiability (SAT) and satisfiability of quantified Boolean formulas (QBF). However, in all these areas, there exist multiple solving strategies that work well on different applications; no strategy dominates all other strategies. Therefore, no individual solver shows robust state-of-the-art performance in all kinds of applications. Additionally, the question arises how to choose a well-performing solving strategy for a given application; this is a challenging question even for solver and domain experts. One way to address this issue is the use of portfolio solvers, that is, a set of different solvers or solver configurations. We present three new automatic portfolio methods: (i) automatic construction of parallel portfolio solvers (ACPP) via algorithm configuration,(ii) solving the $NP$-hard problem of finding effective algorithm schedules with Answer Set Programming (aspeed), and (iii) a flexible algorithm selection framework (claspfolio2) allowing for fair comparison of different selection approaches. All three methods show improved performance and robustness in comparison to individual solvers on heterogeneous instance sets from many different applications. Since parallel solvers are important to effectively solve hard problems on parallel computation systems (e.g., multi-core processors), we extend all three approaches to be effectively applicable in parallel settings. We conducted extensive experimental studies different instance sets from ASP, CSP, MAXSAT, Operation Research (OR), SAT and QBF that indicate an improvement in the state-of-the-art solving heterogeneous instance sets. Last but not least, from our experimental studies, we deduce practical advice regarding the question when to apply which of our methods. N2 - Bool'sche Solver Technologie machte enormen Fortschritt im letzten Jahrzehnt, was beispielsweise zu industrie-relevanten Solvern auf der Basis von Antwortmengenprogrammierung (ASP), dem Constraint Satisfcation Problem (CSP), dem Erfüllbarkeitsproblem für aussagenlogische Formeln (SAT) und dem Erfüllbarkeitsproblem für quantifizierte boolesche Formeln (QBF) führte. Allerdings gibt es in all diesen Bereichen verschiedene Lösungsstrategien, welche bei verschiedenen Anwendungen unterschiedlich effizient sind. Dabei gibt es keine einzelne Strategie, die alle anderen Strategien dominiert. Das führt dazu, dass es keinen robusten Solver für das Lösen von allen möglichen Anwendungsprobleme gibt. Die Wahl der richtigen Strategie für eine neue Anwendung ist eine herausforderne Problemstellung selbst für Solver- und Anwendungsexperten. Eine Möglichkeit, um Solver robuster zu machen, sind Portfolio-Ansätze. Wir stellen drei automatisch einsetzbare Portfolio-Ansätze vor: (i) automatische Konstruktion von parallelen Portfolio-Solvern (ACPP) mit Algorithmen-Konfiguration, (ii) das Lösen des $NP$-harten Problems zur Algorithmen-Ablaufplanung (aspeed) mit ASP, und (iii) ein flexibles Algorithmen-Selektionsframework (claspfolio2), was viele Techniken von Algorithmen-Selektion parametrisiert implementiert und eine faire Vergleichbarkeit zwischen Ihnen erlaubt. Alle drei Methoden verbessern die Robustheit des Solvingprozesses für heterogenen Instanzmengen bestehend aus unterschiedlichsten Anwendungsproblemen. Parallele Solver sind zunehmend der Schlüssel zum effektiven Lösen auf multi-core Maschinen. Daher haben wir all unsere Ansätze auch für den Einsatz auf parallelen Architekturen erweitert. Umfangreiche Experimente auf ASP, CSP, MAXSAT, Operation Research (OR), SAT und QBF zeigen, dass der Stand der Technik durch verbesserte Performanz auf heterogenen Instanzmengen verbessert wurde. Auf Grundlage dieser Experimente leiten wir auch Ratschläge ab, in welchen Anwendungsszenarien welches unserer Verfahren angewendet werden sollte. T2 - Algorithmen-Selektion, -Ablaufplanung und -Konfiguration von Bool'schen Constraint Solvern KW - algorithm configuration KW - algorithm scheduling KW - algorithm selection KW - parallel solving KW - Boolean constraint solver KW - Algorithmenselektion KW - Algorithmenablaufplanung KW - Algorithmenkonfiguration KW - paralleles Lösen Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-71260 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Liu, Daphne H. A1 - Schaub, Torsten A1 - Thiele, Sven T1 - COBA 2.0 : a consistency-based belief change system Y1 - 2006 UR - http://www2.in.tu-clausthal.de/~tmbehrens/NMR_Proc_TR4.pdf ER - TY - JOUR A1 - Nicolas, Pascal A1 - Schaub, Torsten T1 - Un cadre général pour l'interrogation automatique en logiques des défauts Y1 - 1998 ER - TY - JOUR A1 - Lindauer, Marius A1 - Hoos, Holger H. A1 - Hutter, Frank A1 - Schaub, Torsten T1 - An automatically configured algorithm selector JF - The journal of artificial intelligence research N2 - Algorithm selection (AS) techniques - which involve choosing from a set of algorithms the one expected to solve a given problem instance most efficiently - have substantially improved the state of the art in solving many prominent AI problems, such as SAT, CSP, ASP, MAXSAT and QBF. Although several AS procedures have been introduced, not too surprisingly, none of them dominates all others across all AS scenarios. Furthermore, these procedures have parameters whose optimal values vary across AS scenarios. This holds specifically for the machine learning techniques that form the core of current AS procedures, and for their hyperparameters. Therefore, to successfully apply AS to new problems, algorithms and benchmark sets, two questions need to be answered: (i) how to select an AS approach and (ii) how to set its parameters effectively. We address both of these problems simultaneously by using automated algorithm configuration. Specifically, we demonstrate that we can automatically configure claspfolio 2, which implements a large variety of different AS approaches and their respective parameters in a single, highly-parameterized algorithm framework. Our approach, dubbed AutoFolio, allows researchers and practitioners across a broad range of applications to exploit the combined power of many different AS methods. We demonstrate AutoFolio can significantly improve the performance of claspfolio 2 on 8 out of the 13 scenarios from the Algorithm Selection Library, leads to new state-of-the-art algorithm selectors for 7 of these scenarios, and matches state-of-the-art performance (statistically) on all other scenarios. Compared to the best single algorithm for each AS scenario, AutoFolio achieves average speedup factors between 1.3 and 15.4. Y1 - 2015 SN - 1076-9757 SN - 1943-5037 VL - 53 SP - 745 EP - 778 PB - AI Access Foundation CY - Marina del Rey ER - TY - JOUR A1 - Hoos, Holger A1 - Lindauer, Marius A1 - Schaub, Torsten T1 - claspfolio 2 BT - advances in algorithm selection for answer set programming JF - Theory and practice of logic programming N2 - Building on the award-winning, portfolio-based ASP solver claspfolio, we present claspfolio 2, a modular and open solver architecture that integrates several different portfolio-based algorithm selection approaches and techniques. The claspfolio 2 solver framework supports various feature generators, solver selection approaches, solver portfolios, as well as solver-schedule-based pre-solving techniques. The default configuration of claspfolio 2 relies on a light-weight version of the ASP solver clasp to generate static and dynamic instance features. The flexible open design of claspfolio 2 is a distinguishing factor even beyond ASP. As such, it provides a unique framework for comparing and combining existing portfolio-based algorithm selection approaches and techniques in a single, unified framework. Taking advantage of this, we conducted an extensive experimental study to assess the impact of different feature sets, selection approaches and base solver portfolios. In addition to gaining substantial insights into the utility of the various approaches and techniques, we identified a default configuration of claspfolio 2 that achieves substantial performance gains not only over clasp's default configuration and the earlier version of claspfolio, but also over manually tuned configurations of clasp. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068414000210 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 14 SP - 569 EP - 585 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Tran, Son Cao A1 - Pontelli, Enrico A1 - Balduccini, Marcello A1 - Schaub, Torsten T1 - Answer set planning BT - a survey JF - Theory and practice of logic programming N2 - Answer Set Planning refers to the use of Answer Set Programming (ASP) to compute plans, that is, solutions to planning problems, that transform a given state of the world to another state. The development of efficient and scalable answer set solvers has provided a significant boost to the development of ASP-based planning systems. This paper surveys the progress made during the last two and a half decades in the area of answer set planning, from its foundations to its use in challenging planning domains. The survey explores the advantages and disadvantages of answer set planning. It also discusses typical applications of answer set planning and presents a set of challenges for future research. KW - planning KW - knowledge representation and reasoning KW - logic programming Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068422000072 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 PB - Cambridge University Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Brain, Martin A1 - Gebser, Martin A1 - Pührer, Jörg A1 - Schaub, Torsten A1 - Tompits, Hans A1 - Woltran, Stefan T1 - Debugging ASP programs by means of ASP Y1 - 2007 SN - 978-3-540- 72199-4 ER - TY - JOUR A1 - Schaub, Torsten A1 - Woltran, Stefan T1 - Answer set programming unleashed! JF - Künstliche Intelligenz N2 - Answer Set Programming faces an increasing popularity for problem solving in various domains. While its modeling language allows us to express many complex problems in an easy way, its solving technology enables their effective resolution. In what follows, we detail some of the key factors of its success. Answer Set Programming [ASP; Brewka et al. Commun ACM 54(12):92–103, (2011)] is seeing a rapid proliferation in academia and industry due to its easy and flexible way to model and solve knowledge-intense combinatorial (optimization) problems. To this end, ASP offers a high-level modeling language paired with high-performance solving technology. As a result, ASP systems provide out-off-the-box, general-purpose search engines that allow for enumerating (optimal) solutions. They are represented as answer sets, each being a set of atoms representing a solution. The declarative approach of ASP allows a user to concentrate on a problem’s specification rather than the computational means to solve it. This makes ASP a prime candidate for rapid prototyping and an attractive tool for teaching key AI techniques since complex problems can be expressed in a succinct and elaboration tolerant way. This is eased by the tuning of ASP’s modeling language to knowledge representation and reasoning (KRR). The resulting impact is nicely reflected by a growing range of successful applications of ASP [Erdem et al. AI Mag 37(3):53–68, 2016; Falkner et al. Industrial applications of answer set programming. K++nstliche Intelligenz (2018)] Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0550-z SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 105 EP - 108 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Brewka, Gerhard A1 - Schaub, Torsten A1 - Woltran, Stefan T1 - Interview with Gerhard Brewka T2 - Künstliche Intelligenz N2 - This interview with Gerhard Brewka was conducted by correspondance in May 2018. The question set was compiled by Torsten Schaub and Stefan Woltran. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0549-5 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 219 EP - 221 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Schaub, Torsten A1 - Woltran, Stefan T1 - Special issue on answer set programming T2 - Künstliche Intelligenz Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0554-8 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 101 EP - 103 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Schäpers, Björn A1 - Niemueller, Tim A1 - Lakemeyer, Gerhard A1 - Gebser, Martin A1 - Schaub, Torsten T1 - ASP-Based Time-Bounded Planning for Logistics Robots T2 - Twenty-Eighth International Conference on Automated Planning and Scheduling (ICAPS 2018) N2 - Manufacturing industries are undergoing a major paradigm shift towards more autonomy. Automated planning and scheduling then becomes a necessity. The Planning and Execution Competition for Logistics Robots in Simulation held at ICAPS is based on this scenario and provides an interesting testbed. However, the posed problem is challenging as also demonstrated by the somewhat weak results in 2017. The domain requires temporal reasoning and dealing with uncertainty. We propose a novel planning system based on Answer Set Programming and the Clingo solver to tackle these problems and incentivize robot cooperation. Our results show a significant performance improvement, both, in terms of lowering computational requirements and better game metrics. Y1 - 2018 SN - 2334-0835 SN - 2334-0843 SP - 509 EP - 517 PB - ASSOC Association for the Advancement of Artificial Intelligence CY - Palo Alto ER - TY - GEN A1 - Bosser, Anne-Gwenn A1 - Cabalar, Pedro A1 - Dieguez, Martin A1 - Schaub, Torsten T1 - Introducing temporal stable models for linear dynamic logic T2 - 16th International Conference on Principles of Knowledge Representation and Reasoning N2 - We propose a new temporal extension of the logic of Here-and-There (HT) and its equilibria obtained by combining it with dynamic logic over (linear) traces. Unlike previous temporal extensions of HT based on linear temporal logic, the dynamic logic features allow us to reason about the composition of actions. For instance, this can be used to exercise fine grained control when planning in robotics, as exemplified by GOLOG. In this paper, we lay the foundations of our approach, and refer to it as Linear Dynamic Equilibrium Logic, or simply DEL. We start by developing the formal framework of DEL and provide relevant characteristic results. Among them, we elaborate upon the relationships to traditional linear dynamic logic and previous temporal extensions of HT. Y1 - 2018 UR - https://www.dc.fi.udc.es/~cabalar/del.pdf SP - 12 EP - 21 PB - ASSOC Association for the Advancement of Artificial Intelligence CY - Palo Alto ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Garea, Javier A1 - Romero, Javier A1 - Schaub, Torsten T1 - Eclingo BT - a solver for epistemic logic programs JF - Theory and practice of logic programming N2 - We describe eclingo, a solver for epistemic logic programs under Gelfond 1991 semantics built upon the Answer Set Programming system clingo. The input language of eclingo uses the syntax extension capabilities of clingo to define subjective literals that, as usual in epistemic logic programs, allow for checking the truth of a regular literal in all or in some of the answer sets of a program. The eclingo solving process follows a guess and check strategy. It first generates potential truth values for subjective literals and, in a second step, it checks the obtained result with respect to the cautious and brave consequences of the program. This process is implemented using the multi-shot functionalities of clingo. We have also implemented some optimisations, aiming at reducing the search space and, therefore, increasing eclingo 's efficiency in some scenarios. Finally, we compare the efficiency of eclingo with two state-of-the-art solvers for epistemic logic programs on a pair of benchmark scenarios and show that eclingo generally outperforms their obtained results. KW - Answer Set Programming KW - Epistemic Logic Programs KW - Non-Monotonic KW - Reasoning KW - Conformant Planning Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000228 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 6 SP - 834 EP - 847 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - THES A1 - Kaminski, Roland T1 - Complex reasoning with answer set programming N2 - Answer Set Programming (ASP) allows us to address knowledge-intensive search and optimization problems in a declarative way due to its integrated modeling, grounding, and solving workflow. A problem is modeled using a rule based language and then grounded and solved. Solving results in a set of stable models that correspond to solutions of the modeled problem. In this thesis, we present the design and implementation of the clingo system---perhaps, the most widely used ASP system. It features a rich modeling language originating from the field of knowledge representation and reasoning, efficient grounding algorithms based on database evaluation techniques, and high performance solving algorithms based on Boolean satisfiability (SAT) solving technology. The contributions of this thesis lie in the design of the modeling language, the design and implementation of the grounding algorithms, and the design and implementation of an Application Programmable Interface (API) facilitating the use of ASP in real world applications and the implementation of complex forms of reasoning beyond the traditional ASP workflow. KW - Answer Set Programming KW - Declarative Problem Solving KW - Grounding Theory KW - Preference Handling KW - Answer Set Solving modulo Theories KW - Temporal Answer Set Solving Y1 - 2023 ER - TY - JOUR A1 - Mileo, Alessandra A1 - Schaub, Torsten A1 - Merico, Davide A1 - Bisiani, Roberto T1 - Knowledge-based multi-criteria optimization to support indoor positioning JF - Annals of mathematics and artificial intelligence N2 - Indoor position estimation constitutes a central task in home-based assisted living environments. Such environments often rely on a heterogeneous collection of low-cost sensors whose diversity and lack of precision has to be compensated by advanced techniques for localization and tracking. Although there are well established quantitative methods in robotics and neighboring fields for addressing these problems, they lack advanced knowledge representation and reasoning capacities. Such capabilities are not only useful in dealing with heterogeneous and incomplete information but moreover they allow for a better inclusion of semantic information and more general homecare and patient-related knowledge. We address this problem and investigate how state-of-the-art localization and tracking methods can be combined with Answer Set Programming, as a popular knowledge representation and reasoning formalism. We report upon a case-study and provide a first experimental evaluation of knowledge-based position estimation both in a simulated as well as in a real setting. KW - Knowledge representation KW - Answer Set Programming KW - Wireless Sensor Networks KW - Localization KW - Tracking Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1007/s10472-011-9241-2 SN - 1012-2443 SN - 1573-7470 VL - 62 IS - 3-4 SP - 345 EP - 370 PB - Springer CY - Dordrecht ER - TY - JOUR A1 - Fandiño, Jorge A1 - Lifschitz, Vladimir A1 - Lühne, Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - Verifying tight logic programs with Anthem and Vampire JF - Theory and practice of logic programming N2 - This paper continues the line of research aimed at investigating the relationship between logic programs and first-order theories. We extend the definition of program completion to programs with input and output in a subset of the input language of the ASP grounder gringo, study the relationship between stable models and completion in this context, and describe preliminary experiments with the use of two software tools, anthem and vampire, for verifying the correctness of programs with input and output. Proofs of theorems are based on a lemma that relates the semantics of programs studied in this paper to stable models of first-order formulas. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000344 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 5 SP - 735 EP - 750 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - A consistency-based model for belief change: preliminary report Y1 - 2000 UR - http://xxx.lanl.gov/abs/cs.AI/0003052 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - The role of default logic in knowledge representation Y1 - 2000 SN - 0-7923-7224-7 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - How to reason credulously and skeptically within a single extension Y1 - 2001 ER - TY - JOUR A1 - Schaub, Torsten A1 - Wang, Kewen T1 - A comparative study of logic programs with preference Y1 - 2001 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Lang, Jérôme A1 - Schaub, Torsten T1 - Belief change based on global minimisation Y1 - 2007 ER - TY - THES A1 - Ostrowski, Max T1 - Modern constraint answer set solving T1 - Moderne Constraint Antwortmengenprogrammierung N2 - Answer Set Programming (ASP) is a declarative problem solving approach, combining a rich yet simple modeling language with high-performance solving capabilities. Although this has already resulted in various applications, certain aspects of such applications are more naturally modeled using variables over finite domains, for accounting for resources, fine timings, coordinates, or functions. Our goal is thus to extend ASP with constraints over integers while preserving its declarative nature. This allows for fast prototyping and elaboration tolerant problem descriptions of resource related applications. The resulting paradigm is called Constraint Answer Set Programming (CASP). We present three different approaches for solving CASP problems. The first one, a lazy, modular approach combines an ASP solver with an external system for handling constraints. This approach has the advantage that two state of the art technologies work hand in hand to solve the problem, each concentrating on its part of the problem. The drawback is that inter-constraint dependencies cannot be communicated back to the ASP solver, impeding its learning algorithm. The second approach translates all constraints to ASP. Using the appropriate encoding techniques, this results in a very fast, monolithic system. Unfortunately, due to the large, explicit representation of constraints and variables, translation techniques are restricted to small and mid-sized domains. The third approach merges the lazy and the translational approach, combining the strength of both while removing their weaknesses. To this end, we enhance the dedicated learning techniques of an ASP solver with the inferences of the translating approach in a lazy way. That is, the important knowledge is only made explicit when needed. By using state of the art techniques from neighboring fields, we provide ways to tackle real world, industrial size problems. By extending CASP to reactive solving, we open up new application areas such as online planning with continuous domains and durations. N2 - Die Antwortmengenprogrammierung (ASP) ist ein deklarativer Ansatz zur Problemlösung. Eine ausdrucksstarke Modellierungssprache erlaubt es, Probleme einfach und flexibel zu beschreiben. Durch sehr effiziente Problemlösungstechniken, konnten bereits verschiedene Anwendungsgebiete erschlossen werden. Allerdings lassen sich Probleme mit Ressourcen besser mit Gleichungen über Ganze oder Reelle Zahlen lösen, anstatt mit reiner Boolescher Logik. In dieser Arbeit erweitern wir ASP mit Arithmetik über Ganze Zahlen zu Constraint Answer Set Programming (CASP). Unser Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Erweiterung der Modellierungssprache mit Arithmetik, ohne Performanz oder Flexibilität einzubüßen. In einem ersten, bedarfsgesteuertem, modularen Ansatz kombinieren wir einen ASP Solver mit einem externen System zur Lösung von ganzzahligen Gleichungen. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass zwei verschiedene Technologien Hand in Hand arbeiten, wobei jede nur ihren Teil des Problems betrachten muss. Ein Nachteil der sich daraus ergibt ist jedoch, dass Abhängigkeiten zwischen den Gleichungen nicht an den ASP Solver kommuniziert werden können. Das beeinträchtigt die Lernfähigkeit des zu Grunde liegenden Algorithmus. Der zweite von uns verfolgte Ansatz übersetzt die ganzzahligen Gleichungen direkt nach ASP. Durch entsprechende Kodierungstechniken erhält man ein sehr effizientes, monolithisches System. Diese Übersetzung erfordert eine explizite Darstellung aller Variablen und Gleichungen. Daher ist dieser Ansatz nur für kleine bis mittlere Wertebereiche geeignet. Die dritte Methode, die wir in dieser Arbeit vorstellen, vereinigt die Vorteile der beiden vorherigen Ansätze und überwindet ihre Kehrseiten. Wir entwickeln einen lernenden Algorithmus, der die Arithmetik implizit lässt. Dies befreit uns davon, eine möglicherweise riesige Menge an Variablen und Formeln zu speichern, und erlaubt es uns gleichzeitig dieses Wissen zu nutzen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, durch die Kombination hochmoderner Technologien, industrielle Anwendungsgebiete für ASP zu erschliessen. Die verwendeten Techniken erlauben eine Erweiterung von CASP mit reaktiven Elementen. Das heißt, dass das Lösen des Problems ein interaktiver Prozess wird. Das Problem kann dabei ständig verändert und erweitert werden, ohne dass Informationen verloren gehen oder neu berechnet werden müssen. Dies eröffnet uns neue Möglichkeiten, wie zum Beispiel reaktives Planen mit Ressourcen und Zeiten. KW - ASP (Answer Set Programming) KW - CASP (Constraint Answer Set Programming) KW - constraints KW - hybrid KW - SMT (SAT Modulo Theories) KW - Antwortmengenprogrammierung KW - hybrides Problemlösen Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407799 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - Expressing default logic variants in default logic N2 - Reiter's default logic is one of the best known and most studied of the approaches to nonmonotonic reasoning. Several variants of default logic have subsequently been proposed to give systems with properties differing from the original. In this paper, we examine the relationship between default logic and its major variants. We accomplish this by translating a default theory under a variant interpretation into a second default theory, under the original Reiter semantics, wherein the variant interpretation is respected. That is, in each case we show that, given an extension of a translated theory, one may extract an extension of the original variant default logic theory. We show how constrained, rational, justified, and cumulative default logic can be expressed in Reiter's default logic. As well, we show how Reiter's default logic can be expressed in rational default logic. From this, we suggest that any such variant can be similarly treated. Consequently, we provide a unification of default logics, showing how the original formulation of default logic may express its variants. Moreover, the translations clearly express the relationships between alternative approaches to default logic. The translations themselves are shown to generally have good properties. Thus, in at least a theoretical sense, we show that these variants are in a sense superfluous, in that for any of these variants of default logic, we can exactly mimic the behaviour of a variant in standard default logic. As well, the translations lend insight into means of classifying the expressive power of default logic variants; specifically we suggest that the property of semi-monotonicity represents a division with respect to expressibility, whereas regularity and cumulativity do not Y1 - 2005 SN - 0955-792X ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten T1 - Reasoning with sets of preferences in default logic N2 - We present a general approach for representing and reasoning with sets of defaults in default logic, focusing on reasoning about preferences among sets of defaults. First, we consider how to control the application of a set of defaults so that either all apply (if possible) or none do (if not). From this, an approach to dealing with preferences among sets of default rules is developed. We begin with an ordered default theory, consisting of a standard default theory, but with possible preferences on sets of rules. This theory is transformed into a second, standard default theory wherein the preferences are respected. The approach differs from other work, in that we obtain standard default theories and do not rely on prioritized versions of default logic. In practical terms this means we can immediately use existing default logic theorem provers for an implementation. Also, we directly generate just those extensions containing the most preferred applied rules; in contrast, most previous approaches generate all extensions, then select the most preferred. In a major application of the approach, we show how semimonotonic default theories can be encoded so that reasoning can be carried out at the object level. With this, we can reason about default extensions from within the framework of a standard default logic. Hence one can encode notions such as skeptical and credulous conclusions, and can reason about such conclusions within a single extension Y1 - 2004 SN - 0824-7935 ER - TY - JOUR A1 - Delgrande, James Patrick A1 - Schaub, Torsten A1 - Tompits, Hans A1 - Wang, Kewen T1 - A classification and survey of preference handling approchaches in nonmonotonic reasoning N2 - In recent years, there has been a large amount of disparate work concerning the representation and reasoning with qualitative preferential information by means of approaches to nonmonotonic reasoning. Given the variety of underlying systems, assumptions, motivations, and intuitions, it is difficult to compare or relate one approach with another. Here, we present an overview and classification for approaches to dealing with preference. A set of criteria for classifying approaches is given, followed by a set of desiderata that an approach might be expected to satisfy. A comprehensive set of approaches is subsequently given and classified with respect to these sets of underlying principles Y1 - 2004 SN - 0824-7935 ER -