TY - JOUR
A1 - Zieris, Holger
A1 - Gerstberger, Herbert
A1 - Müller, Wolfgang
T1 - Using Arduino-Based Experiments to Integrate Computer Science Education and Natural Science
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Current curricular trends require teachers in Baden-
Wuerttemberg (Germany) to integrate Computer Science (CS) into
traditional subjects, such as Physical Science. However, concrete guidelines
are missing. To fill this gap, we outline an approach where a
microcontroller is used to perform and evaluate measurements in the
Physical Science classroom.
Using the open-source Arduino platform, we expect students to acquire
and develop both CS and Physical Science competencies by using a
self-programmed microcontroller. In addition to this combined development
of competencies in Physical Science and CS, the subject matter
will be embedded in suitable contexts and learning environments,
such as weather and climate.
KW - Computer Science Education
KW - Natural Science Education
KW - Inquiry-based Learning
KW - Physical Science
KW - Measurement
KW - Arduino
KW - Sensors
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82938
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 381
EP - 389
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Ziehe, Andreas
T1 - Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
N2 - This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals. In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization. As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed. These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms. Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.
N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren. In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt: Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation V der Daten X zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten U = V X (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation. Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.
KW - Signaltrennung
KW - Mischung
KW - Diagonalisierung
KW - Bioelektrisches Signal
KW - Magnetoencephalographie
KW - Elektroencephalographie
KW - Signalquellentrennung
KW - Matrizen-Eigenwertaufgabe
KW - Simultane Diagonalisierung
KW - Optimierungsproblem
KW - blind source separation
KW - BSS
KW - ICA
KW - independent component analysis
KW - approximate joint diagonalization
KW - EEG
KW - MEG
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694
ER -
TY - THES
A1 - Wust, Johannes
T1 - Mixed workload managment for in-memory databases
BT - executing mixed workloads of enterprise applications with TAMEX
Y1 - 2015
ER -
TY - THES
A1 - Wist, Dominic
T1 - Attacking complexity in logic synthesis of asynchronous circuits
T1 - Komplexitätsbewältigung in der Logiksynthese asynchroner Schaltungen
N2 - Most of the microelectronic circuits fabricated today are synchronous, i.e. they are driven by one or several clock signals. Synchronous circuit design faces several fundamental challenges such as high-speed clock distribution, integration of multiple cores operating at different clock rates, reduction of power consumption and dealing with voltage, temperature, manufacturing and runtime variations. Asynchronous or clockless design plays a key role in alleviating these challenges, however the design and test of asynchronous circuits is much more difficult in comparison to their synchronous counterparts. A driving force for a widespread use of asynchronous technology is the availability of mature EDA (Electronic Design Automation) tools which provide an entire automated design flow starting from an HDL (Hardware Description Language) specification yielding the final circuit layout. Even though there was much progress in developing such EDA tools for asynchronous circuit design during the last two decades, the maturity level as well as the acceptance of them is still not comparable with tools for synchronous circuit design. In particular, logic synthesis (which implies the application of Boolean minimisation techniques) for the entire system's control path can significantly improve the efficiency of the resulting asynchronous implementation, e.g. in terms of chip area and performance. However, logic synthesis, in particular for asynchronous circuits, suffers from complexity problems. Signal Transitions Graphs (STGs) are labelled Petri nets which are a widely used to specify the interface behaviour of speed independent (SI) circuits - a robust subclass of asynchronous circuits. STG decomposition is a promising approach to tackle complexity problems like state space explosion in logic synthesis of SI circuits. The (structural) decomposition of STGs is guided by a partition of the output signals and generates a usually much smaller component STG for each partition member, i.e. a component STG with a much smaller state space than the initial specification. However, decomposition can result in component STGs that in isolation have so-called irreducible CSC conflicts (i.e. these components are not SI synthesisable anymore) even if the specification has none of them. A new approach is presented to avoid such conflicts by introducing internal communication between the components. So far, STG decompositions are guided by the finest output partitions, i.e. one output per component. However, this might not yield optimal circuit implementations. Efficient heuristics are presented to determine coarser partitions leading to improved circuits in terms of chip area. For the new algorithms correctness proofs are given and their implementations are incorporated into the decomposition tool DESIJ. The presented techniques are successfully applied to some benchmarks - including 'real-life' specifications arising in the context of control resynthesis - which delivered promising results.
N2 - Moderner Schaltungsentwurf fokussiert hauptsächlich synchrone Schaltungstechnik mit allen inhärenten Problemen. Asynchone (d.h. ungetaktete) Schaltungen zeichnen sich jedoch nicht nur durch das Fehlen der Taktversatzproblematik gegenüber ihren synchronen Pendents aus, sondern auch insbesondere durch geringeren Energieverbrauch, günstigere EMV-Eigenschaften, hohe Performance, Modularität und Robustheit gegenüber Schwankungen in der Spannungsversorgung, im Herstellungsprozess sowie Temperaturunterschieden. Diese Vorteile werden mit höherer Integration sowie höheren Taktraten signifikanter. Jedoch ist der Entwurf und auch der Test asynchroner Schaltungen erheblich schwieriger verglichen mit synchronen Schaltungen. Entwurfswerkzeuge zur Synthese asynchroner Schaltungen aus Hochsprachen-Spezifikationen sind zwar inzwischen verfügbar, sie sind jedoch noch nicht so ausgereift und bei weitem noch nicht so akzeptiert in der Industrie, wie ihre Äquivalente für den synchronen Schaltungsentwurf. Insbesondere fehlt es an Werkzeugunterstützung im Bereich der Logiksynthese komplexer Steuerungen („Controller“), welche kritisch für die Effizienz – z.B. in Bezug auf Chipfläche und Geschwindigkeit – der resultierenden Schaltungen oder Systeme ist. Zur Spezifikation von Steuerungen haben sich Signalflankengraphen („signal transition graphs“, STGs) bewährt, die auch als Entwurfseinstieg für eine Logiksynthese von SI-Schaltungen („speed independent“) verwendet werden. (SI-Schaltungen gelten als sehr robuste asynchrone Schaltungen.) Aus den STGs werden zwecks Logiksynthese Automaten abgeleitet werden, deren Zustandszahl aber oft prohibitiv groß werden kann. Durch sogenannte STG-Dekomposition wird die Logiksynthese einer komplexen Schaltung ermöglicht, was bislang aufgrund von Zustandsexplosion oft nicht möglich war. Dabei wird der Spezifikations-STG laut einer gegebenen Partition von Ausgangssignalen in viele kleinere Teilnetze dekomponiert, wobei zu jedem Partitionsblock ein Teilnetz – mit normalerweise signifikant kleinerem Zustandsraum im Vergleich zur Spezifikation – erzeugt wird. Zu jedem Teilnetz wird dann eine Teilschaltung (Komponente) mittels Logiksynthese generiert. Durch die Anwendung von STG-Dekomposition können jedoch Teilnetze erzeugt werden, die sogenannte irreduzible CSC-Konflikte aufweisen (d.h. zu diesen Teilnetzen kann keine SI-Schaltung erzeugt werden), obwohl die Spezifikation keine solchen Konflikte hatte. Diese Arbeit präsentiert einen neuen Ansatz, welcher die Entstehung solcher irreduziblen Konflikte vermeidet, und zwar durch die Einführung interner Kommunikation zwischen den (zu den Teilnetzen gehörenden) Schaltungskomponenten. Bisher werden STG-Dekompositionen total durchgeführt, d.h. pro resultierender Komponente wird ein Ausgangssignal erzeugt. Das führt gewöhnlich nicht zu optimalen Schaltungsimplementierungen. In dieser Arbeit werden Heuristiken zur Bestimmung gröberer Ausgabepartitionen (d.h. Partitionsblöcke mit mehreren Ausgangssignalen) vorgestellt, die zu kleineren Schaltungen führen. Die vorgestellten Algorithmen werden formal abgesichert und wurden in das bereits vorhandene Dekompositionswerkzeug DESIJ integriert. An praxisrelevanten Beispielen konnten die vorgestellten Verfahren erfolgreich erprobt werden.
KW - Asynchrone Schaltung
KW - Logiksynthese
KW - Komplexitätsbewältigung
KW - STG-Dekomposition
KW - CSC
KW - asynchronous circuit
KW - logic synthesis
KW - speed independence
KW - STG decomposition
KW - CSC
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59706
ER -
TY - JOUR
A1 - Weigend, Michael
T1 - How Things Work
BT - Recognizing and Describing Functionality
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Recognizing and defining functionality is a key competence
adopted in all kinds of programming projects. This study investigates
how far students without specific informatics training are able to identify
and verbalize functions and parameters. It presents observations
from classroom activities on functional modeling in high school chemistry
lessons with altogether 154 students. Finally it discusses the potential
of functional modelling to improve the comprehension of scientific
content.
KW - Function
KW - programming
KW - parameter
KW - competence
KW - abstraction
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82814
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 285
EP - 298
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Wegner, Christian
A1 - Zender, Raphael
A1 - Lucke, Ulrike
T1 - ProtoSense
BT - Interactive Paper Prototyping with Multi-Touch Tables
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW - Interface design
KW - paper prototyping
KW - NUI
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82970
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 405
EP - 407
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Webb, Mary
T1 - Considerations for the Design of Computing Curricula
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This paper originated from discussions about the need for
important changes in the curriculum for Computing including two focus
group meetings at IFIP conferences over the last two years. The
paper examines how recent developments in curriculum, together with
insights from curriculum thinking in other subject areas, especially mathematics
and science, can inform curriculum design for Computing.
The analysis presented in the paper provides insights into the complexity
of curriculum design as well as identifying important constraints and
considerations for the ongoing development of a vision and framework
for a Computing curriculum.
KW - Curriculum
KW - Computer Science
KW - Informatics
KW - curriculum theory
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82723
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 267
EP - 283
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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 - JOUR
A1 - Vierheller, Janine
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Exploratory Data Analysis
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - In bioinformatics the term exploratory data analysis refers to different methods to get an overview of large biological data sets. Hence, it helps to create a framework for further analysis and hypothesis testing. The workflow facilitates this first important step of the data analysis created by high-throughput technologies. The results are different plots showing the structure of the measurements. The goal of the workflow is the automatization of the exploratory data analysis, but also the flexibility should be guaranteed. The basic tool is the free software R.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 110
EP - 126
PB - Axel Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Videla, Santiago
T1 - Reasoning on the response of logical signaling networks with answer set programming
T1 - Modellierung Logischer Signalnetzwerke mittels Antwortmengenprogrammierung
N2 - Deciphering the functioning of biological networks is one of the central tasks in systems biology. In particular, signal transduction networks are crucial for the understanding of the cellular response to external and internal perturbations. Importantly, in order to cope with the complexity of these networks, mathematical and computational modeling is required. We propose a computational modeling framework in order to achieve more robust discoveries in the context of logical signaling networks. More precisely, we focus on modeling the response of logical signaling networks by means of automated reasoning using Answer Set Programming (ASP). ASP provides a declarative language for modeling various knowledge representation and reasoning problems. Moreover, available ASP solvers provide several reasoning modes for assessing the multitude of answer sets. Therefore, leveraging its rich modeling language and its highly efficient solving capacities, we use ASP to address three challenging problems in the context of logical signaling networks: learning of (Boolean) logical networks, experimental design, and identification of intervention strategies. Overall, the contribution of this thesis is three-fold. Firstly, we introduce a mathematical framework for characterizing and reasoning on the response of logical signaling networks. Secondly, we contribute to a growing list of successful applications of ASP in systems biology. Thirdly, we present a software providing a complete pipeline for automated reasoning on the response of logical signaling networks.
N2 - Deciphering the functioning of biological networks is one of the central tasks in systems biology. In particular, signal transduction networks are crucial for the understanding of the cellular response to external and internal perturbations. Importantly, in order to cope with the complexity of these networks, mathematical and computational modeling is required. We propose a computational modeling framework in order to achieve more robust discoveries in the context of logical signaling networks. More precisely, we focus on modeling the response of logical signaling networks by means of automated reasoning using Answer Set Programming (ASP). ASP provides a declarative language for modeling various knowledge representation and reasoning problems. Moreover, available ASP solvers provide several reasoning modes for assessing the multitude of answer sets. Therefore, leveraging its rich modeling language and its highly efficient solving capacities, we use ASP to address three challenging problems in the context of logical signaling networks: learning of (Boolean) logical networks, experimental design, and identification of intervention strategies. Overall, the contribution of this thesis is three-fold. Firstly, we introduce a mathematical framework for characterizing and reasoning on the response of logical signaling networks. Secondly, we contribute to a growing list of successful applications of ASP in systems biology. Thirdly, we present a software providing a complete pipeline for automated reasoning on the response of logical signaling networks.
KW - Systembiologie
KW - logische Signalnetzwerke
KW - Antwortmengenprogrammierung
KW - systems biology
KW - logical signaling networks
KW - answer set programming
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71890
ER -
TY - THES
A1 - Trapp, Matthias
T1 - Analysis and exploration of virtual 3D city models using 3D information lenses
N2 - This thesis addresses real-time rendering techniques for 3D information lenses based on the focus & context metaphor. It analyzes, conceives, implements, and reviews its applicability to objects and structures of virtual 3D city models. In contrast to digital terrain models, the application of focus & context visualization to virtual 3D city models is barely researched. However, the purposeful visualization of contextual data of is extreme importance for the interactive exploration and analysis of this field. Programmable hardware enables the implementation of new lens techniques, that allow the augmentation of the perceptive and cognitive quality of the visualization compared to classical perspective projections. A set of 3D information lenses is integrated into a 3D scene-graph system: • Occlusion lenses modify the appearance of virtual 3D city model objects to resolve their occlusion and consequently facilitate the navigation. • Best-view lenses display city model objects in a priority-based manner and mediate their meta information. Thus, they support exploration and navigation of virtual 3D city models. • Color and deformation lenses modify the appearance and geometry of 3D city models to facilitate their perception. The presented techniques for 3D information lenses and their application to virtual 3D city models clarify their potential for interactive visualization and form a base for further development.
N2 - Diese Diplomarbeit behandelt echtzeitfähige Renderingverfahren für 3D Informationslinsen, die auf der Fokus-&-Kontext-Metapher basieren. Im folgenden werden ihre Anwendbarkeit auf Objekte und Strukturen von virtuellen 3D-Stadtmodellen analysiert, konzipiert, implementiert und bewertet. Die Focus-&-Kontext-Visualisierung für virtuelle 3D-Stadtmodelle ist im Gegensatz zum Anwendungsbereich der 3D Geländemodelle kaum untersucht. Hier jedoch ist eine gezielte Visualisierung von kontextbezogenen Daten zu Objekten von großer Bedeutung für die interaktive Exploration und Analyse. Programmierbare Computerhardware erlaubt die Umsetzung neuer Linsen-Techniken, welche die Steigerung der perzeptorischen und kognitiven Qualität der Visualisierung im Vergleich zu klassischen perspektivischen Projektionen zum Ziel hat. Für eine Auswahl von 3D-Informationslinsen wird die Integration in ein 3D-Szenengraph-System durchgeführt: • Verdeckungslinsen modifizieren die Gestaltung von virtuellen 3D-Stadtmodell- Objekten, um deren Verdeckungen aufzulösen und somit die Navigation zu erleichtern. • Best-View Linsen zeigen Stadtmodell-Objekte in einer prioritätsdefinierten Weise und vermitteln Meta-Informationen virtueller 3D-Stadtmodelle. Sie unterstützen dadurch deren Exploration und Navigation. • Farb- und Deformationslinsen modifizieren die Gestaltung und die Geometrie von 3D-Stadtmodell-Bereichen, um deren Wahrnehmung zu steigern. Die in dieser Arbeit präsentierten Techniken für 3D Informationslinsen und die Anwendung auf virtuelle 3D Stadt-Modelle verdeutlichen deren Potenzial in der interaktiven Visualisierung und bilden eine Basis für Weiterentwicklungen.
KW - Virtuelles 3D Stadtmodell
KW - 3D Linsen
KW - Shader
KW - Echtzeitanwendung
KW - virtual 3D city model
KW - 3D lenses
KW - shader
KW - real-time application
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13930
ER -
TY - THES
A1 - Trapp, Matthias
T1 - Interactive rendering techniques for focus+context visualization of 3D geovirtual environments
T1 - Interaktive Rendering-Techniken für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von geovirtuellen 3D-Umgebungen
N2 - This thesis introduces a collection of new real-time rendering techniques and applications for focus+context visualization of interactive 3D geovirtual environments such as virtual 3D city and landscape models. These environments are generally characterized by a large number of objects and are of high complexity with respect to geometry and textures. For these reasons, their interactive 3D rendering represents a major challenge. Their 3D depiction implies a number of weaknesses such as occlusions, cluttered image contents, and partial screen-space usage. To overcome these limitations and, thus, to facilitate the effective communication of geo-information, principles of focus+context visualization can be used for the design of real-time 3D rendering techniques for 3D geovirtual environments (see Figure). In general, detailed views of a 3D geovirtual environment are combined seamlessly with abstracted views of the context within a single image. To perform the real-time image synthesis required for interactive visualization, dedicated parallel processors (GPUs) for rasterization of computer graphics primitives are used. For this purpose, the design and implementation of appropriate data structures and rendering pipelines are necessary. The contribution of this work comprises the following five real-time rendering methods: • The rendering technique for 3D generalization lenses enables the combination of different 3D city geometries (e.g., generalized versions of a 3D city model) in a single image in real time. The method is based on a generalized and fragment-precise clipping approach, which uses a compressible, raster-based data structure. It enables the combination of detailed views in the focus area with the representation of abstracted variants in the context area. • The rendering technique for the interactive visualization of dynamic raster data in 3D geovirtual environments facilitates the rendering of 2D surface lenses. It enables a flexible combination of different raster layers (e.g., aerial images or videos) using projective texturing for decoupling image and geometry data. Thus, various overlapping and nested 2D surface lenses of different contents can be visualized interactively. • The interactive rendering technique for image-based deformation of 3D geovirtual environments enables the real-time image synthesis of non-planar projections, such as cylindrical and spherical projections, as well as multi-focal 3D fisheye-lenses and the combination of planar and non-planar projections. • The rendering technique for view-dependent multi-perspective views of 3D geovirtual environments, based on the application of global deformations to the 3D scene geometry, can be used for synthesizing interactive panorama maps to combine detailed views close to the camera (focus) with abstract views in the background (context). This approach reduces occlusions, increases the usage the available screen space, and reduces the overload of image contents. • The object-based and image-based rendering techniques for highlighting objects and focus areas inside and outside the view frustum facilitate preattentive perception. The concepts and implementations of interactive image synthesis for focus+context visualization and their selected applications enable a more effective communication of spatial information, and provide building blocks for design and development of new applications and systems in the field of 3D geovirtual environments.
N2 - Die Darstellung immer komplexerer raumbezogener Information durch Geovisualisierung stellt die existierenden Technologien und den Menschen ständig vor neue Herausforderungen. In dieser Arbeit werden fünf neue, echtzeitfähige Renderingverfahren und darauf basierende Anwendungen für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von interaktiven geovirtuellen 3D-Umgebungen – wie virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle – vorgestellt. Die große Menge verschiedener darzustellender raumbezogener Information in 3D-Umgebungen führt oft zu einer hohen Anzahl unterschiedlicher Objekte und somit zu einer hohen Geometrie- und Texturkomplexität. In der Folge verlieren 3D-Darstellungen durch Verdeckungen, überladene Bildinhalte und eine geringe Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bildraumes an Informationswert. Um diese Beschränkungen zu kompensieren und somit die Kommunikation raumbezogener Information zu verbessern, kann das Prinzip der Fokus-&-Kontext-Visualisierung angewendet werden. Hierbei wird die für den Nutzer wesentliche Information als detaillierte Ansicht im Fokus mit abstrahierter Kontextinformation nahtlos miteinander kombiniert. Um das für die interaktive Visualisierung notwendige Echtzeit-Rendering durchzuführen, können spezialisierte Parallelprozessoren für die Rasterisierung von computergraphischen Primitiven (GPUs) verwendet werden. Dazu ist die Konzeption und Implementierung von geeigneten Datenstrukturen und Rendering-Pipelines notwendig. Der Beitrag dieser Arbeit umfasst die folgenden fünf Renderingverfahren. • Das Renderingverfahren für interaktive 3D-Generalisierungslinsen: Hierbei wird die Kombination unterschiedlicher 3D-Szenengeometrien, z. B. generalisierte Varianten eines 3DStadtmodells, in einem Bild ermöglicht. Das Verfahren basiert auf einem generalisierten Clipping-Ansatz, der es erlaubt, unter Verwendung einer komprimierbaren, rasterbasierten Datenstruktur beliebige Bereiche einer 3D-Szene freizustellen bzw. zu kappen. Somit lässt sich eine Kombination von detaillierten Ansichten im Fokusbereich mit der Darstellung einer abstrahierten Variante im Kontextbereich implementieren. • Das Renderingverfahren zur Visualisierung von dynamischen Raster-Daten in geovirtuellen 3D-Umgebungen zur Darstellung von 2D-Oberflächenlinsen: Die Verwendung von projektiven Texturen zur Entkoppelung von Bild- und Geometriedaten ermöglicht eine flexible Kombination verschiedener Rasterebenen (z.B. Luftbilder oder Videos). Somit können verschiedene überlappende sowie verschachtelte 2D-Oberflächenlinsen mit unterschiedlichen Dateninhalten interaktiv visualisiert werden. • Das Renderingverfahren zur bildbasierten Deformation von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Neben der interaktiven Bildsynthese von nicht-planaren Projektionen, wie beispielsweise zylindrischen oder sphärischen Panoramen, lassen sich mit diesem Verfahren multifokale 3D-Fischaugen-Linsen erzeugen sowie planare und nicht-planare Projektionen miteinander kombinieren. • Das Renderingverfahren für die Generierung von sichtabhängigen multiperspektivischen Ansichten von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Das Verfahren basiert auf globalen Deformationen der 3D-Szenengeometrie und kann zur Erstellung von interaktiven 3D-Panoramakarten verwendet werden, welche beispielsweise detaillierte Absichten nahe der virtuellen Kamera (Fokus) mit abstrakten Ansichten im Hintergrund (Kontext) kombinieren. Dieser Ansatz reduziert Verdeckungen, nutzt den zur Verfügung stehenden Bildraum in verbesserter Weise aus und reduziert das Überladen von Bildinhalten. • Objekt-und bildbasierte Renderingverfahren für die Hervorhebung von Fokus-Objekten und Fokus-Bereichen innerhalb und außerhalb des sichtbaren Bildausschnitts, um die präattentive Wahrnehmung eines Benutzers besser zu unterstützen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte, Entwürfe und Implementierungen von interaktiven Renderingverfahren zur Fokus-&-Kontext-Visualisierung sowie deren ausgewählte Anwendungen ermöglichen eine effektivere Kommunikation raumbezogener Information und repräsentieren softwaretechnische Bausteine für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der geovirtuellen 3D-Umgebungen.
KW - 3D Computer Grafik
KW - Interaktives Rendering
KW - Fokus-&-Kontext Visualisierung
KW - 3D Computer Graphics
KW - Interactive Rendering
KW - Focus+Context Visualization
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66824
ER -
TY - THES
A1 - Tiwari, Abhishek
T1 - Enhancing Users’ Privacy: Static Resolution of the Dynamic Properties of Android
N2 - The usage of mobile devices is rapidly growing with Android being the most prevalent mobile operating system. Thanks to the vast variety of mobile applications, users are preferring smartphones over desktops for day to day tasks like Internet surfing. Consequently, smartphones store a plenitude of sensitive data. This data together with the high values of smartphones make them an attractive target for device/data theft (thieves/malicious applications).
Unfortunately, state-of-the-art anti-theft solutions do not work if they do not have an active network connection, e.g., if the SIM card was removed from the device. In the majority of these cases, device owners permanently lose their smartphone together with their personal data, which is even worse.
Apart from that malevolent applications perform malicious activities to steal sensitive information from smartphones. Recent research considered static program analysis to detect dangerous data leaks. These analyses work well for data leaks due to inter-component communication, but suffer from shortcomings for inter-app communication with respect to precision, soundness, and scalability.
This thesis focuses on enhancing users' privacy on Android against physical device loss/theft and (un)intentional data leaks. It presents three novel frameworks: (1) ThiefTrap, an anti-theft framework for Android, (2) IIFA, a modular inter-app intent information flow analysis of Android applications, and (3) PIAnalyzer, a precise approach for PendingIntent vulnerability analysis.
ThiefTrap is based on a novel concept of an anti-theft honeypot account that protects the owner's data while preventing a thief from resetting the device.
We implemented the proposed scheme and evaluated it through an empirical user study with 35 participants. In this study, the owner's data could be protected, recovered, and anti-theft functionality could be performed unnoticed from the thief in all cases.
IIFA proposes a novel approach for Android's inter-component/inter-app communication (ICC/IAC) analysis. Our main contribution is the first fully automatic, sound, and precise ICC/IAC information flow analysis that is scalable for realistic apps due to modularity, avoiding combinatorial explosion: Our approach determines communicating apps using short summaries rather than inlining intent calls between components and apps, which requires simultaneously analyzing all apps installed on a device.
We evaluate IIFA in terms of precision, recall, and demonstrate its scalability to a large corpus of real-world apps. IIFA reports 62 problematic ICC-/IAC-related information flows via two or more apps/components.
PIAnalyzer proposes a novel approach to analyze PendingIntent related vulnerabilities. PendingIntents are a powerful and universal feature of Android for inter-component communication. We empirically evaluate PIAnalyzer on a set of 1000 randomly selected applications and find 1358 insecure usages of PendingIntents, including 70 severe vulnerabilities.
N2 - Die Nutzung von mobilen Geräten nimmt rasant zu, wobei Android das häufigste mobile Betriebssystem ist. Dank der Vielzahl an mobilen Anwendungen bevorzugen Benutzer Smartphones gegenüber Desktops für alltägliche Aufgaben wie das Surfen im Internet. Folglich speichern Smartphones eine Vielzahl sensibler Daten. Diese Daten zusammen mit den hohen Werten von Smartphones machen sie zu einem attraktiven Ziel für Geräte/Datendiebstahl (Diebe/bösartige Anwendungen).
Leider funktionieren moderne Diebstahlsicherungslösungen nicht, wenn sie keine aktive Netzwerkverbindung haben, z. B. wenn die SIM-Karte aus dem Gerät entnommen wurde. In den meisten Fällen verlieren Gerätebesitzer ihr Smartphone dauerhaft zusammen mit ihren persönlichen Daten, was noch schlimmer ist.
Abgesehen davon gibt es bösartige Anwendungen, die schädliche Aktivitäten ausführen, um vertrauliche Informationen von Smartphones zu stehlen. Kürzlich durchgeführte Untersuchungen berücksichtigten die statische Programmanalyse zur Erkennung gefährlicher Datenlecks. Diese Analysen eignen sich gut für Datenlecks aufgrund der Kommunikation zwischen Komponenten, weisen jedoch hinsichtlich der Präzision, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit Nachteile für die Kommunikation zwischen Apps auf.
Diese Dissertation konzentriert sich auf die Verbesserung der Privatsphäre der Benutzer auf Android gegen Verlust/Diebstahl von physischen Geräten und (un)vorsätzlichen Datenverlust. Es werden drei neuartige Frameworks vorgestellt: (1) ThiefTrap, ein Anti-Diebstahl-Framework für Android, (2) IIFA, eine modulare Inter-App Analyse des Informationsflusses von Android Anwendungen, und (3) PIAnalyzer, ein präziser Ansatz für PendingIntent Schwachstellenanalyse.
ThiefTrap basiert auf einem neuartigen Konzept eines Diebstahlschutzkontos, das die Daten des Besitzers schützt und verhindert, dass ein Dieb das Gerät zurücksetzt. Wir haben das vorgeschlagene Schema implementiert und durch eine empirische Anwenderstudie mit 35 Teilnehmern ausgewertet. In dieser Studie könnten die Daten des Besitzers geschützt und wiederhergestellt werden, und die Diebstahlsicherungsfunktion konnte in jedem Fall unbemerkt vom Dieb ausgeführt werden.
IIFA schlägt einen neuen Ansatz für die Analyse von Komponenten zwischen Komponenten/ Inter-App Kommunikation (ICC/IAC) von Android vor. Unser Hauptbeitrag ist die erste vollautomatische, solide und präzise ICC/IAC Informationsflussanalyse, die aufgrund ihrer Modularität für realistische Apps skalierbar ist und eine kombinatorische Explosion vermeidet: Unser Ansatz bestimmt, dass Apps über kurze Zusammenfassungen kommuniziert werden, anstatt Absichtsaufrufe zwischen Komponenten zu verwenden und Apps, bei denen gleichzeitig alle auf einem Gerät installierten Apps analysiert werden müssen. Wir bewerten IIFA in Bezug auf Präzision, Rückruf und demonstrieren seine Skalierbarkeit für einen großen Korpus realer Apps. IIFA meldet 62 problematische ICC- / IAC-bezogene Informationsflüsse über zwei oder mehr Apps / Komponenten.
PIAnalyzer schlägt einen neuen Ansatz vor, um Schwachstellen im Zusammenhang mit PendingIntent zu analysieren. PendingIntents nutzen eine leistungsstarke und universelle Funktion von Android für die Kommunikation zwischen Komponenten. Wir evaluieren PIAnalyzer empirisch an einem Satz von 1000 zufällig ausgewählten Anwendungen und finden 1358 unsichere Verwendungen von PendingIntents, einschließlich 70 schwerwiegender Schwachstellen.
KW - Android Security
KW - Static Analysis
KW - Privacy Protection
Y1 - 2019
ER -
TY - THES
A1 - 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 - JOUR
A1 - Teske, Daniel
T1 - Geocoder accuracy ranking
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Finding an address on a map is sometimes tricky: the chosen map application may be unfamiliar with the enclosed region. There are several geocoders on the market, they have different databases and algorithms to compute the query. Consequently, the geocoding results differ in their quality. Fortunately the geocoders provide a rich set of metadata. The workflow described in this paper compares this metadata with the aim to find out which geocoder is offering the best-fitting coordinate for a given address.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 161
EP - 174
PB - Springer
CY - Berlin
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 - JOUR
A1 - Sysło, Maciej M.
A1 - Kwiatkowska, Anna Beata
T1 - Think logarithmically!
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - We discuss here a number of algorithmic topics which we
use in our teaching and in learning of mathematics and informatics to
illustrate and document the power of logarithm in designing very efficient
algorithms and computations – logarithmic thinking is one of the
most important key competencies for solving real world practical problems.
We demonstrate also how to introduce logarithm independently
of mathematical formalism using a conceptual model for reducing a
problem size by at least half. It is quite surprising that the idea, which
leads to logarithm, is present in Euclid’s algorithm described almost
2000 years before John Napier invented logarithm.
KW - Logarithm
KW - binary search
KW - binary representation
KW - exponentiation
KW - Euclid’s algorithm
KW - Fibonacci numbers
KW - divide and conquer
KW - complexity
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82923
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 371
EP - 380
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Steinert, Fritjof
A1 - Stabernack, Benno
T1 - Architecture of a low latency H.264/AVC video codec for robust ML based image classification how region of interests can minimize the impact of coding artifacts
JF - Journal of Signal Processing Systems for Signal, Image, and Video Technology
N2 - The use of neural networks is considered as the state of the art in the field of image classification. A large number of different networks are available for this purpose, which, appropriately trained, permit a high level of classification accuracy. Typically, these networks are applied to uncompressed image data, since a corresponding training was also carried out using image data of similar high quality. However, if image data contains image errors, the classification accuracy deteriorates drastically. This applies in particular to coding artifacts which occur due to image and video compression. Typical application scenarios for video compression are narrowband transmission channels for which video coding is required but a subsequent classification is to be carried out on the receiver side. In this paper we present a special H.264/Advanced Video Codec (AVC) based video codec that allows certain regions of a picture to be coded with near constant picture quality in order to allow a reliable classification using neural networks, whereas the remaining image will be coded using constant bit rate. We have combined this feature with the ability to run with lowest latency properties, which is usually also required in remote control applications scenarios. The codec has been implemented as a fully hardwired High Definition video capable hardware architecture which is suitable for Field Programmable Gate Arrays.
KW - H.264
KW - Advanced Video Codec (AVC)
KW - Low Latency
KW - Region of Interest
KW - Machine Learning
KW - Inference
KW - FPGA
KW - Hardware accelerator
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1007/s11265-021-01727-2
SN - 1939-8018
SN - 1939-8115
VL - 94
IS - 7
SP - 693
EP - 708
PB - Springer
CY - New York
ER -
TY - THES
A1 - Smirnov, Sergey
T1 - Business process model abstraction
T1 - Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen
N2 - Business process models are used within a range of organizational initiatives, where every stakeholder has a unique perspective on a process and demands the respective model. As a consequence, multiple process models capturing the very same business process coexist. Keeping such models in sync is a challenge within an ever changing business environment: once a process is changed, all its models have to be updated. Due to a large number of models and their complex relations, model maintenance becomes error-prone and expensive. Against this background, business process model abstraction emerged as an operation reducing the number of stored process models and facilitating model management. Business process model abstraction is an operation preserving essential process properties and leaving out insignificant details in order to retain information relevant for a particular purpose. Process model abstraction has been addressed by several researchers. The focus of their studies has been on particular use cases and model transformations supporting these use cases. This thesis systematically approaches the problem of business process model abstraction shaping the outcome into a framework. We investigate the current industry demand in abstraction summarizing it in a catalog of business process model abstraction use cases. The thesis focuses on one prominent use case where the user demands a model with coarse-grained activities and overall process ordering constraints. We develop model transformations that support this use case starting with the transformations based on process model structure analysis. Further, abstraction methods considering the semantics of process model elements are investigated. First, we suggest how semantically related activities can be discovered in process models-a barely researched challenge. The thesis validates the designed abstraction methods against sets of industrial process models and discusses the method implementation aspects. Second, we develop a novel model transformation, which combined with the related activity discovery allows flexible non-hierarchical abstraction. In this way this thesis advocates novel model transformations that facilitate business process model management and provides the foundations for innovative tool support.
N2 - Geschäftsprozessmodelle werden in einer Fülle organisatorischer Initiativen eingesetzt, wobei verschiedene Stakeholder individuelle Ansprüche an die Sicht auf den jeweiligen Prozess haben. Dies führt dazu, dass zu einem Geschäftsprozess eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle existiert. In einer sich ständig verändernden Geschäftsumgebung ist es daher schwierig, diese Vielzahl von Modellen konsistent zu halten: Ändert sich sich ein Prozess, müssen alle Modelle, die ihn beschreiben, aktualisiert werden. Aufgrund der schieren Menge an Prozessmodellen und ihrer komplexen Beziehungen zueinander, erhöhen sich Aufwand und Kosten zur Pflege aller Modelle enorm. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen, die Menge der Modelle zu reduzieren und damit ihre Verwaltung zu vereinfachen. Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen bezeichnet eine Transformation eines Prozessmodells, so dass es für einen bestimmten Zweck besonders geeignet ist. Bei der Abstraktion von Geschäftsprozessen bleiben essentielle Eigenschaften eines Modells erhalten, während irrelevante Eigenschaften verworfen werden. Mehrere Studien stellen Prozessmodellabstraktion in den Fokus und konzentrieren sich auf konkrete Anwendungsfälle, für die sie geeignete Transformationen entwickelt haben. Diese Dissertation untersucht das Problem der Prozessmodellabstraktion und systematisiert die Lösung in einem Framework. Aktuelle Anforderungen der Industrie an die Abstraktion von Prozessmodellen wurden recherchiert und in einem Katalog von Anwendungsfällen zusammengefasst, von denen ein besonderer für die weiteren Untersuchungen ausgewählt wurde. In diesem Fall erwartet der Nutzer ein Modell niedrigeren Detailgrades, in welchem die Kontrollflussbeziehungen des Ursprungsmodells erhalten bleiben. Beginnend bei Modelltransformationen, die auf der Analyse der Prozessmodellstruktur aufbauen, entwickeln wir neuartige Abstraktionsoperationen zur Unterstützung dieses Anwendungsfalles. Darüber hinaus untersuchen wir Abstraktionsmethoden, welche die Semantik von Prozessmodellelementen berücksichtigen. Zum einen zeigen wir, wie Aktivitäten ermittelt werden können, die miteinander in semantischer Beziehung stehen - ein Problem, das bisher nur unzureichend betrachtet wurde. Die vorgeschlagenen Methoden werden mithilfe industrieller Prozessmodellsammlungen validiert und deren Umsetzung diskutiert. Zum anderen schlagen wir eine innovative Modelltransformation zur nicht-hierarchischen Abstraktion von Prozessmodellen vor. Dieser liegt die Ermittlung in Beziehung stehender Aktivitäten zugrunde. Demzufolge präsentiert diese Arbeit eine originäre Methode zur Prozessmodellabstraktion, die die Verwaltung von Geschäftsprozessmodellen vereinfacht und den Grundstein für innovative Softwarewerkzeuge legt.
KW - Abstraktion
KW - Prozess
KW - Modell
KW - Transformation
KW - Komplexität
KW - abstraction
KW - process
KW - model
KW - transformation
KW - complexity
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60258
ER -
TY - JOUR
A1 - Sens, Henriette
T1 - Web-Based map generalization tools put to the test: a jABC workflow
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - Geometric generalization is a fundamental concept in the digital mapping process. An increasing amount of spatial data is provided on the web as well as a range of tools to process it. This jABC workflow is used for the automatic testing of web-based generalization services like mapshaper.org by executing its functionality, overlaying both datasets before and after the transformation and displaying them visually in a .tif file. Mostly Web Services and command line tools are used to build an environment where ESRI shapefiles can be uploaded, processed through a chosen generalization service and finally visualized in Irfanview.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 175
EP - 185
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Semmo, Amir
T1 - Design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data
T1 - Design und Implementierung von nichtfotorealistischen Rendering-Techniken für 3D-Geodaten
N2 - Geospatial data has become a natural part of a growing number of information systems and services in the economy, society, and people's personal lives. In particular, virtual 3D city and landscape models constitute valuable information sources within a wide variety of applications such as urban planning, navigation, tourist information, and disaster management. Today, these models are often visualized in detail to provide realistic imagery. However, a photorealistic rendering does not automatically lead to high image quality, with respect to an effective information transfer, which requires important or prioritized information to be interactively highlighted in a context-dependent manner.
Approaches in non-photorealistic renderings particularly consider a user's task and camera perspective when attempting optimal expression, recognition, and communication of important or prioritized information. However, the design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data pose a number of challenges, especially when inherently complex geometry, appearance, and thematic data must be processed interactively. Hence, a promising technical foundation is established by the programmable and parallel computing architecture of graphics processing units.
This thesis proposes non-photorealistic rendering techniques that enable both the computation and selection of the abstraction level of 3D geospatial model contents according to user interaction and dynamically changing thematic information. To achieve this goal, the techniques integrate with hardware-accelerated rendering pipelines using shader technologies of graphics processing units for real-time image synthesis. The techniques employ principles of artistic rendering, cartographic generalization, and 3D semiotics—unlike photorealistic rendering—to synthesize illustrative renditions of geospatial feature type entities such as water surfaces, buildings, and infrastructure networks. In addition, this thesis contributes a generic system that enables to integrate different graphic styles—photorealistic and non-photorealistic—and provide their seamless transition according to user tasks, camera view, and image resolution.
Evaluations of the proposed techniques have demonstrated their significance to the field of geospatial information visualization including topics such as spatial perception, cognition, and mapping. In addition, the applications in illustrative and focus+context visualization have reflected their potential impact on optimizing the information transfer regarding factors such as cognitive load, integration of non-realistic information, visualization of uncertainty, and visualization on small displays.
N2 - Geodaten haben sich zu einem natürlichen Bestandteil in einer steigenden Zahl von Informationssystemen und -diensten in der Wirtschaft, Gesellschaft und im Privatleben entwickelt. Virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle stellen hierbei insbesondere wertvolle Informationsquellen in einer Vielzahl von Anwendungen dar, wie z. B. in der Stadtplanung, Navigation, Touristeninformation und im Katastrophenschutz. Heutzutage werden diese Modelle oftmals detailliert dargestellt, um ein möglichst realistisches Bild zu vermitteln. Jedoch führt eine fotorealistische Darstellung, hinsichtlich einem effektiven Informationstransfer zum Betrachter, nicht zwangsläufig zu einer hohen Bildqualität, welche eine interaktive und kontextsensitive Hervorhebung von wichtigen oder priorisierten Informationen erfordert.
Ansätze in der nichtfotorealistischen Bildsynthese berücksichtigen insbesondere die Aufgabe eines Nutzers und Kameraperspektive, um Aspekte der Expressivität, Wahrnehmung und Kommunikation von wichtigen oder priorisierten Informationen zu optimieren. Das Design und die Umsetzung von Techniken der nichtfotorealistischen Bildsynthese für 3D-Geodaten sind jedoch mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert, besonders dann, wenn die Geometrie, das Erscheinungsbild und thematische Daten interaktiv verarbeitet werden müssen. Infolgedessen stellt die programmierbare Architektur und parallelisierte Datenverarbeitung von Grafik-prozessoren eine vielversprechende technische Grundlage zur Verfügung.
Diese Arbeit präsentiert Techniken der nichtfotorealistischen Bildsynthese, die den Abstraktionsgrad von Inhalten raumbezogener 3D-Modelle, entsprechend der Nutzerinteraktion und dynamisch-veränderbaren thematischen Informationen, berechnet und auswählt. Hierzu sind die vorgestellten Techniken in die hardwarebeschleunigte Rendering-Pipeline integriert, unter Verwendung der Shader-Technologie von Grafikprozessoren, um eine Echtzeit-Bildsynthese zu gewährleisten. Dabei werden Prinzipien der künstlerischen Darstellung, Aspekte der kartographischen Generalisierung sowie 3D Semiotik verwendet—im Gegensatz zur fotorealistischen Bildsynthese—um illustrative Darstellungen von raumbezogenen Feature-Typ-Entitäten zu synthetisieren, z. B. von Wasserflächen, Gebäuden und Infrastrukturnetzen. Darüber hinaus stellt diese Arbeit ein generisches System vor, welches die Integration verschiedener Grafikstile—fotorealistisch und nichtfotorealistisch—und ihren nahtlosen Übergang, entsprechend von Nutzeraufgaben, Kameraansichten und Bildauflösungen, ermöglicht.
Evaluierungen der in dieser Arbeit vorgestellten Techniken haben ihre Bedeutung im Bereich der Informationsvisualisierung von raumbezogenen Daten aufgezeigt, einschließlich Themengebiete der räumlichen Wahrnehmung, Kognition und Kartierung. Darüber hinaus haben Anwendungen im Bereich der illustrativen Visualisierung und Fokus-&-Kontext Visualisierung den potentiellen Einfluss dieser Techniken, in Bezug auf die Optimierung des Informationstransfers zum Nutzer, demonstriert, z. B. hinsichtlich der kognitiven Last, der Integration nichtrealistischer Informationen, der Visualisierung von Unsicherheiten und der Visualisierung auf kleinen Bildschirmen.
KW - non-photorealistic rendering
KW - geospatial data
KW - 3D visualization
KW - GPU
KW - image processing
KW - stylization
KW - 3D semiotics
KW - cartographic design
KW - Nichtfotorealistische Bildsynthese
KW - Geodaten
KW - 3D Visualisierung
KW - GPU
KW - Bildverarbeitung
KW - Stilisierung
KW - 3D Semiotik
KW - Kartografisches Design
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-99525
ER -
TY - THES
A1 - Seibel, Andreas
T1 - Traceability and model management with executable and dynamic hierarchical megamodels
T1 - Traceability und Modell Management mit ausführbaren und dynamischen Megamodellen
N2 - Nowadays, model-driven engineering (MDE) promises to ease software development by decreasing the inherent complexity of classical software development. In order to deliver on this promise, MDE increases the level of abstraction and automation, through a consideration of domain-specific models (DSMs) and model operations (e.g. model transformations or code generations). DSMs conform to domain-specific modeling languages (DSMLs), which increase the level of abstraction, and model operations are first-class entities of software development because they increase the level of automation. Nevertheless, MDE has to deal with at least two new dimensions of complexity, which are basically caused by the increased linguistic and technological heterogeneity. The first dimension of complexity is setting up an MDE environment, an activity comprised of the implementation or selection of DSMLs and model operations. Setting up an MDE environment is both time-consuming and error-prone because of the implementation or adaptation of model operations. The second dimension of complexity is concerned with applying MDE for actual software development. Applying MDE is challenging because a collection of DSMs, which conform to potentially heterogeneous DSMLs, are required to completely specify a complex software system. A single DSML can only be used to describe a specific aspect of a software system at a certain level of abstraction and from a certain perspective. Additionally, DSMs are usually not independent but instead have inherent interdependencies, reflecting (partial) similar aspects of a software system at different levels of abstraction or from different perspectives. A subset of these dependencies are applications of various model operations, which are necessary to keep the degree of automation high. This becomes even worse when addressing the first dimension of complexity. Due to continuous changes, all kinds of dependencies, including the applications of model operations, must also be managed continuously. This comprises maintaining the existence of these dependencies and the appropriate (re-)application of model operations. The contribution of this thesis is an approach that combines traceability and model management to address the aforementioned challenges of configuring and applying MDE for software development. The approach is considered as a traceability approach because it supports capturing and automatically maintaining dependencies between DSMs. The approach is considered as a model management approach because it supports managing the automated (re-)application of heterogeneous model operations. In addition, the approach is considered as a comprehensive model management. Since the decomposition of model operations is encouraged to alleviate the first dimension of complexity, the subsequent composition of model operations is required to counteract their fragmentation. A significant portion of this thesis concerns itself with providing a method for the specification of decoupled yet still highly cohesive complex compositions of heterogeneous model operations. The approach supports two different kinds of compositions - data-flow compositions and context compositions. Data-flow composition is used to define a network of heterogeneous model operations coupled by sharing input and output DSMs alone. Context composition is related to a concept used in declarative model transformation approaches to compose individual model transformation rules (units) at any level of detail. In this thesis, context composition provides the ability to use a collection of dependencies as context for the composition of other dependencies, including model operations. In addition, the actual implementation of model operations, which are going to be composed, do not need to implement any composition concerns. The approach is realized by means of a formalism called an executable and dynamic hierarchical megamodel, based on the original idea of megamodels. This formalism supports specifying compositions of dependencies (traceability and model operations). On top of this formalism, traceability is realized by means of a localization concept, and model management by means of an execution concept.
N2 - Die modellgetriebene Softwareentwicklung (MDE) verspricht heutzutage, durch das Verringern der inhärenten Komplexität der klassischen Softwareentwicklung, das Entwickeln von Software zu vereinfachen. Um dies zu erreichen, erhöht MDE das Abstraktions- und Automationsniveau durch die Einbindung domänenspezifischer Modelle (DSMs) und Modelloperationen (z.B. Modelltransformationen oder Codegenerierungen). DSMs sind konform zu domänenspezifischen Modellierungssprachen (DSMLs), die dazu dienen das Abstraktionsniveau der Softwareentwicklung zu erhöhen. Modelloperationen sind essentiell für die Softwareentwicklung da diese den Grad der Automatisierung erhöhen. Dennoch muss MDE mit Komplexitätsdimensionen umgehen die sich grundsätzlich aus der erhöhten sprachlichen und technologischen Heterogenität ergeben. Die erste Komplexitätsdimension ist das Konfigurieren einer Umgebung für MDE. Diese Aktivität setzt sich aus der Implementierung und Selektion von DSMLs sowie Modelloperationen zusammen. Eine solche Aktivität ist gerade durch die Implementierung und Anpassung von Modelloperationen zeitintensiv sowie fehleranfällig. Die zweite Komplexitätsdimension hängt mit der Anwendung von MDE für die eigentliche Softwareentwicklung zusammen. Das Anwenden von MDE ist eine Herausforderung weil eine Menge von heterogenen DSMs, die unterschiedlichen DSMLs unterliegen, erforderlich sind um ein komplexes Softwaresystem zu spezifizieren. Individuelle DSMLs werden verwendet um spezifische Aspekte eines Softwaresystems auf bestimmten Abstraktionsniveaus und aus bestimmten Perspektiven zu beschreiben. Hinzu kommt, dass DSMs sowie DSMLs grundsätzlich nicht unabhängig sind, sondern inhärente Abhängigkeiten besitzen. Diese Abhängigkeiten reflektieren äquivalente Aspekte eines Softwaresystems. Eine Teilmenge dieser Abhängigkeiten reflektieren Anwendungen diverser Modelloperationen, die notwendig sind um den Grad der Automatisierung hoch zu halten. Dies wird erschwert wenn man die erste Komplexitätsdimension hinzuzieht. Aufgrund kontinuierlicher Änderungen der DSMs, müssen alle Arten von Abhängigkeiten, inklusive die Anwendung von Modelloperationen, kontinuierlich verwaltet werden. Dies beinhaltet die Wartung dieser Abhängigkeiten und das sachgerechte (wiederholte) Anwenden von Modelloperationen. Der Beitrag dieser Arbeit ist ein Ansatz, der die Bereiche Traceability und Model Management vereint. Das Erfassen und die automatische Verwaltung von Abhängigkeiten zwischen DSMs unterstützt Traceability, während das (automatische) wiederholte Anwenden von heterogenen Modelloperationen Model Management ermöglicht. Dadurch werden die zuvor erwähnten Herausforderungen der Konfiguration und Anwendung von MDE überwunden. Die negativen Auswirkungen der ersten Komplexitätsdimension können gelindert werden indem Modelloperationen in atomare Einheiten zerlegt werden. Um der implizierten Fragmentierung entgegenzuwirken, erfordert dies allerdings eine nachfolgende Komposition der Modelloperationen. Der Ansatz wird als erweitertes Model Management betrachtet, da ein signifikanter Anteil dieser Arbeit die Kompositionen von heterogenen Modelloperationen behandelt. Unterstützt werden zwei unterschiedliche Arten von Kompositionen. Datenfluss-Kompositionen werden verwendet, um Netzwerke von heterogenen Modelloperationen zu beschreiben, die nur durch das Teilen von Ein- und Ausgabe DSMs komponiert werden. Kontext-Kompositionen bedienen sich eines Konzepts, das von deklarativen Modelltransformationen bekannt ist. Dies ermöglicht die Komposition von unabhängigen Transformationsregeln auf unterschiedlichsten Detailebenen. Die in dieser Arbeit eingeführten Kontext-Kompositionen bieten die Möglichkeit eine Menge von unterschiedlichsten Abhängigkeiten als Kontext für eine Komposition zu verwenden -- unabhängig davon ob diese Abhängigkeit eine Modelloperation repräsentiert. Zusätzlich müssen die Modelloperationen, die komponiert werden, selber keine Kompositionsaspekte implementieren, was deren Wiederverwendbarkeit erhöht. Realisiert wird dieser Ansatz durch einen Formalismus der Executable and Dynamic Hierarchical Megamodel genannt wird und auf der originalen Idee der Megamodelle basiert. Auf Basis dieses Formalismus' sind die Konzepte Traceability (hier Localization) und Model Management (hier Execution) umgesetzt.
KW - Traceability
KW - Modell Management
KW - Megamodell
KW - Modellgetriebene Entwicklung
KW - Komposition
KW - Traceability
KW - Model Management
KW - Megamodel
KW - Model-Driven Engineering
KW - Composition
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64222
ER -
TY - JOUR
A1 - Schütt, Christine
T1 - Identification of differentially expressed genes
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - With the jABC it is possible to realize workflows for numerous questions in different fields. The goal of this project was to create a workflow for the identification of differentially expressed genes. This is of special interest in biology, for it gives the opportunity to get a better insight in cellular changes due to exogenous stress, diseases and so on. With the knowledge that can be derived from the differentially expressed genes in diseased tissues, it becomes possible to find new targets for treatment.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 127
EP - 139
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Schulze, Gunnar
T1 - Workflow for rapid metagenome analysis
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Analyses of metagenomes in life sciences present new opportunities as well as challenges to the scientific community and call for advanced computational methods and workflows. The large amount of data collected from samples via next-generation sequencing (NGS) technologies render manual approaches to sequence comparison and annotation unsuitable. Rather, fast and efficient computational pipelines are needed to provide comprehensive statistics and summaries and enable the researcher to choose appropriate tools for more specific analyses. The workflow presented here builds upon previous pipelines designed for automated clustering and annotation of raw sequence reads obtained from next-generation sequencing technologies such as 454 and Illumina. Employing specialized algorithms, the sequence reads are processed at three different levels. First, raw reads are clustered at high similarity cutoff to yield clusters which can be exported as multifasta files for further analyses. Independently, open reading frames (ORFs) are predicted from raw reads and clustered at two strictness levels to yield sets of non-redundant sequences and ORF families. Furthermore, single ORFs are annotated by performing searches against the Pfam database
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 88
EP - 100
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Scholz, Matthias
T1 - Approaches to analyse and interpret biological profile data
T1 - Methoden zur Analyse und Interpretation biologischer Profildaten
N2 - Advances in biotechnologies rapidly increase the number of molecules of a cell which can be observed simultaneously. This includes expression levels of thousands or ten-thousands of genes as well as concentration levels of metabolites or proteins. Such Profile data, observed at different times or at different experimental conditions (e.g., heat or dry stress), show how the biological experiment is reflected on the molecular level. This information is helpful to understand the molecular behaviour and to identify molecules or combination of molecules that characterise specific biological condition (e.g., disease). This work shows the potentials of component extraction algorithms to identify the major factors which influenced the observed data. This can be the expected experimental factors such as the time or temperature as well as unexpected factors such as technical artefacts or even unknown biological behaviour. Extracting components means to reduce the very high-dimensional data to a small set of new variables termed components. Each component is a combination of all original variables. The classical approach for that purpose is the principal component analysis (PCA). It is shown that, in contrast to PCA which maximises the variance only, modern approaches such as independent component analysis (ICA) are more suitable for analysing molecular data. The condition of independence between components of ICA fits more naturally our assumption of individual (independent) factors which influence the data. This higher potential of ICA is demonstrated by a crossing experiment of the model plant Arabidopsis thaliana (Thale Cress). The experimental factors could be well identified and, in addition, ICA could even detect a technical artefact. However, in continuously observations such as in time experiments, the data show, in general, a nonlinear distribution. To analyse such nonlinear data, a nonlinear extension of PCA is used. This nonlinear PCA (NLPCA) is based on a neural network algorithm. The algorithm is adapted to be applicable to incomplete molecular data sets. Thus, it provides also the ability to estimate the missing data. The potential of nonlinear PCA to identify nonlinear factors is demonstrated by a cold stress experiment of Arabidopsis thaliana. The results of component analysis can be used to build a molecular network model. Since it includes functional dependencies it is termed functional network. Applied to the cold stress data, it is shown that functional networks are appropriate to visualise biological processes and thereby reveals molecular dynamics.
N2 - Fortschritte in der Biotechnologie ermöglichen es, eine immer größere Anzahl von Molekülen in einer Zelle gleichzeitig zu erfassen. Das betrifft sowohl die Expressionswerte tausender oder zehntausender Gene als auch die Konzentrationswerte von Metaboliten oder Proteinen. Diese Profildaten verschiedener Zeitpunkte oder unterschiedlicher experimenteller Bedingungen (z.B. unter Stressbedingungen wie Hitze oder Trockenheit) zeigen, wie sich das biologische Experiment auf molekularer Ebene widerspiegelt. Diese Information kann genutzt werden, um molekulare Abläufe besser zu verstehen und um Moleküle oder Molekül-Kombinationen zu bestimmen, die für bestimmte biologische Zustände (z.B.: Krankheit) charakteristisch sind. Die Arbeit zeigt die Möglichkeiten von Komponenten-Extraktions-Algorithmen zur Bestimmung der wesentlichen Faktoren, die einen Einfluss auf die beobachteten Daten ausübten. Das können sowohl die erwarteten experimentellen Faktoren wie Zeit oder Temperatur sein als auch unerwartete Faktoren wie technische Einflüsse oder sogar unerwartete biologische Vorgänge. Unter der Extraktion von Komponenten versteht man die Reduzierung dieser stark hoch-dimensionalen Daten auf wenige neue Variablen, die eine Kombination aus allen ursprünglichen Variablen darstellen und als Komponenten bezeichnet werden. Die Standard-Methode für diesen Zweck ist die Hauptkomponentenanalyse (PCA). Es wird gezeigt, dass - im Vergleich zur nur die Varianz maximierenden PCA - moderne Methoden wie die Unabhängige Komponentenanalyse (ICA) für die Analyse molekularer Datensätze besser geeignet sind. Die Unabhängigkeit von Komponenten in der ICA entspricht viel besser unserer Annahme individueller (unabhängiger) Faktoren, die einen Einfluss auf die Daten ausüben. Dieser Vorteil der ICA wird anhand eines Kreuzungsexperiments mit der Modell-Pflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) demonstriert. Die experimentellen Faktoren konnten dabei gut identifiziert werden und ICA erkannte sogar zusätzlich einen technischen Störfaktor. Bei kontinuierlichen Beobachtungen wie in Zeitexperimenten zeigen die Daten jedoch häufig eine nichtlineare Verteilung. Für die Analyse dieser nichtlinearen Daten wird eine nichtlinear erweiterte Methode der PCA angewandt. Diese nichtlineare PCA (NLPCA) basiert auf einem neuronalen Netzwerk-Algorithmus. Der Algorithmus wurde für die Anwendung auf unvollständigen molekularen Daten erweitert. Dies ermöglicht es, die fehlenden Werte zu schätzen. Die Fähigkeit der nichtlinearen PCA zur Bestimmung nichtlinearer Faktoren wird anhand eines Kältestress-Experiments mit Arabidopsis thaliana demonstriert. Die Ergebnisse aus der Komponentenanalyse können zur Erstellung molekularer Netzwerk-Modelle genutzt werden. Da sie funktionelle Abhängigkeiten berücksichtigen, werden sie als Funktionale Netzwerke bezeichnet. Anhand der Kältestress-Daten wird demonstriert, dass solche funktionalen Netzwerke geeignet sind, biologische Prozesse zu visualisieren und dadurch die molekularen Dynamiken aufzuzeigen.
KW - Bioinformatik
KW - Hauptkomponentenanalyse
KW - Unabhängige Komponentenanalyse
KW - Neuronales Netz
KW - Maschinelles Lernen
KW - Fehlende Daten
KW - Ackerschmalwand
KW - nichtlineare PCA (NLPCA)
KW - molekulare Netzwerke
KW - nonlinear PCA (NLPCA)
KW - molecular networks
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7839
ER -
TY - THES
A1 - Schneider, Jan Niklas
T1 - Computational approaches for emotion research
T1 - Computergestützte Methoden für die Emotionsforschung
N2 - Emotionen sind ein zentrales Element menschlichen Erlebens und spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung. Diese Dissertation identifiziert drei methodische Probleme der aktuellen Emotionsforschung und zeigt auf, wie diese mittels computergestützter Methoden gelöst werden können. Dieser Ansatz wird in drei Forschungsprojekten demonstriert, die die Entwicklung solcher Methoden sowie deren Anwendung auf konkrete Forschungsfragen beschreiben.
Das erste Projekt beschreibt ein Paradigma welches es ermöglicht, die subjektive und objektive Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung zu messen. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Emotionskategorien im Vergleich zu den üblichen sechs Kategorien der Basisemotionen. Die Ergebnisse deuten auf eine Zunahme der Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung von Emotionen mit zunehmendem Alter der Darsteller hin und liefern Hinweise darauf, dass junge Erwachsene, ältere Menschen und Männer ihre Schwierigkeit bei der Wahrnehmung von Emotionen unterschätzen. Weitere Analysen zeigten eine geringe Relevanz personenbezogener Variablen und deuteten darauf hin, dass die Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung vornehmlich durch die Ausprägung der Wertigkeit des Ausdrucks bestimmt wird.
Das zweite Projekt zeigt am Beispiel von Arousal, einem etablierten, aber vagen Konstrukt der Emotionsforschung, wie Face-Tracking-Daten dazu genutzt werden können solche Konstrukte zu schärfen. Es beschreibt, wie aus Face-Tracking-Daten Maße für die Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Gesichtsausdrücken berechnet werden können. Das Projekt untersuchte wie diesen Maße mit der Arousal-Wahrnehmung in Menschen mit und ohne Autismus zusammenhängen. Der Abstand zum Neutralgesicht war prädiktiv für die Arousal-Bewertungen in beiden Gruppen. Die Ergebnisse deuten auf eine qualitativ ähnliche Wahrnehmung von Arousal für Menschen mit und ohne Autismus hin.
Im dritten Projekt stellen wir die Partial-Least-Squares-Analyse als allgemeine Methode vor, um eine optimale Repräsentation zur Verknüpfung zweier hochdimensionale Datensätze zu finden. Das Projekt demonstriert die Anwendbarkeit dieser Methode in der Emotionsforschung anhand der Frage nach Unterschieden in der Emotionswahrnehmung zwischen Männern und Frauen. Wir konnten zeigen, dass die emotionale Wahrnehmung von Frauen systematisch mehr Varianz der Gesichtsausdrücke erfasst und dass signifikante Unterschiede in der Art und Weise bestehen, wie Frauen und Männer einige Gesichtsausdrücke wahrnehmen. Diese konnten wir als dynamische Gesichtsausdrücke visualisieren. Um die Anwendung der entwickelten Methode für die Forschungsgemeinschaft zu erleichtern, wurde ein Software-Paket für die Statistikumgebung R geschrieben. Zudem wurde eine Website entwickelt (thisemotiondoesnotexist.com), die es Besuchern erlaubt, ein Partial-Least-Squares-Modell von Emotionsbewertungen und Face-Tracking-Daten interaktiv zu erkunden, um die entwickelte Methode zu verbreiten und ihren Nutzen für die Emotionsforschung zu illustrieren.
N2 - Emotions are a central element of human experience. They occur with high frequency in everyday life and play an important role in decision making. However, currently there is no consensus among researchers on what constitutes an emotion and on how emotions should be investigated. This dissertation identifies three problems of current emotion research: the problem of ground truth, the problem of incomplete constructs and the problem of optimal representation. I argue for a focus on the detailed measurement of emotion manifestations with computer-aided methods to solve these problems. This approach is demonstrated in three research projects, which describe the development of methods specific to these problems as well as their application to concrete research questions.
The problem of ground truth describes the practice to presuppose a certain structure of emotions as the a priori ground truth. This determines the range of emotion descriptions and sets a standard for the correct assignment of these descriptions. The first project illustrates how this problem can be circumvented with a multidimensional emotion perception paradigm which stands in contrast to the emotion recognition paradigm typically employed in emotion research. This paradigm allows to calculate an objective difficulty measure and to collect subjective difficulty ratings for the perception of emotional stimuli. Moreover, it enables the use of an arbitrary number of emotion stimuli categories as compared to the commonly used six basic emotion categories. Accordingly, we collected data from 441 participants using dynamic facial expression stimuli from 40 emotion categories. Our findings suggest an increase in emotion perception difficulty with increasing actor age and provide evidence to suggest that young adults, the elderly and men underestimate their emotion perception difficulty. While these effects were predicted from the literature, we also found unexpected and novel results. In particular, the increased difficulty on the objective difficulty measure for female actors and observers stood in contrast to reported findings. Exploratory analyses revealed low relevance of person-specific variables for the prediction of emotion perception difficulty, but highlighted the importance of a general pleasure dimension for the ease of emotion perception.
The second project targets the problem of incomplete constructs which relates to vaguely defined psychological constructs on emotion with insufficient ties to tangible manifestations. The project exemplifies how a modern data collection method such as face tracking data can be used to sharpen these constructs on the example of arousal, a long-standing but fuzzy construct in emotion research. It describes how measures of distance, speed and magnitude of acceleration can be computed from face tracking data and investigates their intercorrelations. We find moderate to strong correlations among all measures of static information on one hand and all measures of dynamic information on the other. The project then investigates how self-rated arousal is tied to these measures in 401 neurotypical individuals and 19 individuals with autism. Distance to the neutral face was predictive of arousal ratings in both groups. Lower mean arousal ratings were found for the autistic group, but no difference in correlation of the measures and arousal ratings could be found between groups. Results were replicated in a high autistic traits group consisting of 41 participants. The findings suggest a qualitatively similar perception of arousal for individuals with and without autism. No correlations between valence ratings and any of the measures could be found which emphasizes the specificity of our tested measures for the construct of arousal.
The problem of optimal representation refers to the search for the best representation of emotions and the assumption that there is a one-fits-all solution. In the third project we introduce partial least squares analysis as a general method to find an optimal representation to relate two high-dimensional data sets to each other. The project demonstrates its applicability to emotion research on the question of emotion perception differences between men and women. The method was used with emotion rating data from 441 participants and face tracking data computed on 306 videos. We found quantitative as well as qualitative differences in the perception of emotional facial expressions between these groups. We showed that women’s emotional perception systematically captured more of the variance in facial expressions. Additionally, we could show that significant differences exist in the way that women and men perceive some facial expressions which could be visualized as concrete facial expression sequences. These expressions suggest differing perceptions of masked and ambiguous facial expressions between the sexes. In order to facilitate use of the developed method by the research community, a package for the statistical environment R was written. Furthermore, to call attention to the method and its usefulness for emotion research, a website was designed that allows users to explore a model of emotion ratings and facial expression data in an interactive fashion.
KW - facial expression
KW - emotion
KW - perception
KW - face tracking
KW - perception differences
KW - emotion representation
KW - Gesichtsausdruck
KW - Emotionen
KW - Wahrnehmung
KW - Wahrnehmungsunterschiede
KW - computational methods
KW - emotion research
KW - computergestützte Methoden
KW - Emotionsforschung
KW - arousal perception
KW - objective difficulty
KW - Wahrnehmung von Arousal
KW - Objektive Schwierigkeit
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459275
ER -
TY - THES
A1 - Schindler, Sven
T1 - Honeypot Architectures for IPv6 Networks
Y1 - 2016
ER -
TY - JOUR
A1 - Schiller, Thomas
T1 - Teaching Information Security (as Part of Key Competencies)
BT - The Situation in Austria
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The poster and abstract describe the importance of teaching
information security in school. After a short description of information
security and important aspects, I will show, how information security
fits into different guidelines or models for computer science educations
and that it is therefore on of the key competencies. Afterwards I will
present you a rough insight of teaching information security in Austria.
KW - Teaching information security
KW - key competencies
KW - computer science education
KW - Austria
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82960
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 401
EP - 404
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Scheffler, Thomas
T1 - Privacy enforcement with data owner-defined policies
T1 - Schutz privater Daten durch besitzer-definierte Richtlinien
N2 - This thesis proposes a privacy protection framework for the controlled distribution and use of personal private data. The framework is based on the idea that privacy policies can be set directly by the data owner and can be automatically enforced against the data user. Data privacy continues to be a very important topic, as our dependency on electronic communication maintains its current growth, and private data is shared between multiple devices, users and locations. The growing amount and the ubiquitous availability of personal private data increases the likelihood of data misuse. Early privacy protection techniques, such as anonymous email and payment systems have focused on data avoidance and anonymous use of services. They did not take into account that data sharing cannot be avoided when people participate in electronic communication scenarios that involve social interactions. This leads to a situation where data is shared widely and uncontrollably and in most cases the data owner has no control over further distribution and use of personal private data. Previous efforts to integrate privacy awareness into data processing workflows have focused on the extension of existing access control frameworks with privacy aware functions or have analysed specific individual problems such as the expressiveness of policy languages. So far, very few implementations of integrated privacy protection mechanisms exist and can be studied to prove their effectiveness for privacy protection. Second level issues that stem from practical application of the implemented mechanisms, such as usability, life-time data management and changes in trustworthiness have received very little attention so far, mainly because they require actual implementations to be studied. Most existing privacy protection schemes silently assume that it is the privilege of the data user to define the contract under which personal private data is released. Such an approach simplifies policy management and policy enforcement for the data user, but leaves the data owner with a binary decision to submit or withhold his or her personal data based on the provided policy. We wanted to empower the data owner to express his or her privacy preferences through privacy policies that follow the so-called Owner-Retained Access Control (ORAC) model. ORAC has been proposed by McCollum, et al. as an alternate access control mechanism that leaves the authority over access decisions by the originator of the data. The data owner is given control over the release policy for his or her personal data, and he or she can set permissions or restrictions according to individually perceived trust values. Such a policy needs to be expressed in a coherent way and must allow the deterministic policy evaluation by different entities. The privacy policy also needs to be communicated from the data owner to the data user, so that it can be enforced. Data and policy are stored together as a Protected Data Object that follows the Sticky Policy paradigm as defined by Mont, et al. and others. We developed a unique policy combination approach that takes usability aspects for the creation and maintenance of policies into consideration. Our privacy policy consists of three parts: A Default Policy provides basic privacy protection if no specific rules have been entered by the data owner. An Owner Policy part allows the customisation of the default policy by the data owner. And a so-called Safety Policy guarantees that the data owner cannot specify disadvantageous policies, which, for example, exclude him or her from further access to the private data. The combined evaluation of these three policy-parts yields the necessary access decision. The automatic enforcement of privacy policies in our protection framework is supported by a reference monitor implementation. We started our work with the development of a client-side protection mechanism that allows the enforcement of data-use restrictions after private data has been released to the data user. The client-side enforcement component for data-use policies is based on a modified Java Security Framework. Privacy policies are translated into corresponding Java permissions that can be automatically enforced by the Java Security Manager. When we later extended our work to implement server-side protection mechanisms, we found several drawbacks for the privacy enforcement through the Java Security Framework. We solved this problem by extending our reference monitor design to use Aspect-Oriented Programming (AOP) and the Java Reflection API to intercept data accesses in existing applications and provide a way to enforce data owner-defined privacy policies for business applications.
N2 - Im Rahmen der Dissertation wurde ein Framework für die Durchsetzung von Richtlinien zum Schutz privater Daten geschaffen, welches darauf setzt, dass diese Richtlinien oder Policies direkt von den Eigentümern der Daten erstellt werden und automatisiert durchsetzbar sind. Der Schutz privater Daten ist ein sehr wichtiges Thema im Bereich der elektronischen Kommunikation, welches durch die fortschreitende Gerätevernetzung und die Verfügbarkeit und Nutzung privater Daten in Onlinediensten noch an Bedeutung gewinnt. In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken für den Schutz privater Daten entwickelt: so genannte Privacy Enhancing Technologies. Viele dieser Technologien arbeiten nach dem Prinzip der Datensparsamkeit und der Anonymisierung und stehen damit der modernen Netznutzung in Sozialen Medien entgegen. Das führt zu der Situation, dass private Daten umfassend verteilt und genutzt werden, ohne dass der Datenbesitzer gezielte Kontrolle über die Verteilung und Nutzung seiner privaten Daten ausüben kann. Existierende richtlinienbasiert Datenschutztechniken gehen in der Regel davon aus, dass der Nutzer und nicht der Eigentümer der Daten die Richtlinien für den Umgang mit privaten Daten vorgibt. Dieser Ansatz vereinfacht das Management und die Durchsetzung der Zugriffsbeschränkungen für den Datennutzer, lässt dem Datenbesitzer aber nur die Alternative den Richtlinien des Datennutzers zuzustimmen, oder keine Daten weiterzugeben. Es war daher unser Ansatz die Interessen des Datenbesitzers durch die Möglichkeit der Formulierung eigener Richtlinien zu stärken. Das dabei verwendete Modell zur Zugriffskontrolle wird auch als Owner-Retained Access Control (ORAC) bezeichnet und wurde 1990 von McCollum u.a. formuliert. Das Grundprinzip dieses Modells besteht darin, dass die Autorität über Zugriffsentscheidungen stets beim Urheber der Daten verbleibt. Aus diesem Ansatz ergeben sich zwei Herausforderungen. Zum einen muss der Besitzer der Daten, der Data Owner, in die Lage versetzt werden, aussagekräftige und korrekte Richtlinien für den Umgang mit seinen Daten formulieren zu können. Da es sich dabei um normale Computernutzer handelt, muss davon ausgegangen werden, dass diese Personen auch Fehler bei der Richtlinienerstellung machen. Wir haben dieses Problem dadurch gelöst, dass wir die Datenschutzrichtlinien in drei separate Bereiche mit unterschiedlicher Priorität aufteilen. Der Bereich mit der niedrigsten Priorität definiert grundlegende Schutzeigenschaften. Der Dateneigentümer kann diese Eigenschaften durch eigene Regeln mittlerer Priorität überschrieben. Darüber hinaus sorgt ein Bereich mit Sicherheitsrichtlinien hoher Priorität dafür, dass bestimmte Zugriffsrechte immer gewahrt bleiben. Die zweite Herausforderung besteht in der gezielten Kommunikation der Richtlinien und deren Durchsetzung gegenüber dem Datennutzer (auch als Data User bezeichnet). Um die Richtlinien dem Datennutzer bekannt zu machen, verwenden wir so genannte Sticky Policies. Das bedeutet, dass wir die Richtlinien über eine geeignete Kodierung an die zu schützenden Daten anhängen, so dass jederzeit darauf Bezug genommen werden kann und auch bei der Verteilung der Daten die Datenschutzanforderungen der Besitzer erhalten bleiben. Für die Durchsetzung der Richtlinien auf dem System des Datennutzers haben wir zwei verschiedene Ansätze entwickelt. Wir haben einen so genannten Reference Monitor entwickelt, welcher jeglichen Zugriff auf die privaten Daten kontrolliert und anhand der in der Sticky Policy gespeicherten Regeln entscheidet, ob der Datennutzer den Zugriff auf diese Daten erhält oder nicht. Dieser Reference Monitor wurde zum einen als Client-seitigen Lösung implementiert, die auf dem Sicherheitskonzept der Programmiersprache Java aufsetzt. Zum anderen wurde auch eine Lösung für Server entwickelt, welche mit Hilfe der Aspekt-orientierten Programmierung den Zugriff auf bestimmte Methoden eines Programms kontrollieren kann. In dem Client-seitigen Referenzmonitor werden Privacy Policies in Java Permissions übersetzt und automatisiert durch den Java Security Manager gegenüber beliebigen Applikationen durchgesetzt. Da dieser Ansatz beim Zugriff auf Daten mit anderer Privacy Policy den Neustart der Applikation erfordert, wurde für den Server-seitigen Referenzmonitor ein anderer Ansatz gewählt. Mit Hilfe der Java Reflection API und Methoden der Aspektorientierten Programmierung gelang es Datenzugriffe in existierenden Applikationen abzufangen und erst nach Prüfung der Datenschutzrichtlinie den Zugriff zuzulassen oder zu verbieten. Beide Lösungen wurden auf ihre Leistungsfähigkeit getestet und stellen eine Erweiterung der bisher bekannten Techniken zum Schutz privater Daten dar.
KW - Datenschutz
KW - Java Security Framework
KW - Aspektorientierte Programmierung
KW - Policy Sprachen
KW - Owner-Retained Access Control (ORAC)
KW - Data Privacy
KW - Java Security Framework
KW - Aspect-Oriented Programming
KW - Policy Languages
KW - Owner-Retained Access Control (ORAC)
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67939
ER -
TY - JOUR
A1 - Scheele, Lasse
T1 - Location analysis for placing artificial reefs
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Location analyses are among the most common tasks while working with spatial data and geographic information systems. Automating the most frequently used procedures is therefore an important aspect of improving their usability. In this context, this project aims to design and implement a workflow, providing some basic tools for a location analysis. For the implementation with jABC, the workflow was applied to the problem of finding a suitable location for placing an artificial reef. For this analysis three parameters (bathymetry, slope and grain size of the ground material) were taken into account, processed, and visualized with the The Generic Mapping Tools (GMT), which were integrated into the workflow as jETI-SIBs. The implemented workflow thereby showed that the approach to combine jABC with GMT resulted in an user-centric yet user-friendly tool with high-quality cartographic outputs.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 216
EP - 228
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Schaub, Torsten H.
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 - Schaub, Torsten H.
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 - THES
A1 - Sawade, Christoph
T1 - Active evaluation of predictive models
T1 - Aktive Evaluierung von Vorhersagemodellen
N2 - The field of machine learning studies algorithms that infer predictive models from data. Predictive models are applicable for many practical tasks such as spam filtering, face and handwritten digit recognition, and personalized product recommendation. In general, they are used to predict a target label for a given data instance. In order to make an informed decision about the deployment of a predictive model, it is crucial to know the model’s approximate performance. To evaluate performance, a set of labeled test instances is required that is drawn from the distribution the model will be exposed to at application time. In many practical scenarios, unlabeled test instances are readily available, but the process of labeling them can be a time- and cost-intensive task and may involve a human expert. This thesis addresses the problem of evaluating a given predictive model accurately with minimal labeling effort. We study an active model evaluation process that selects certain instances of the data according to an instrumental sampling distribution and queries their labels. We derive sampling distributions that minimize estimation error with respect to different performance measures such as error rate, mean squared error, and F-measures. An analysis of the distribution that governs the estimator leads to confidence intervals, which indicate how precise the error estimation is. Labeling costs may vary across different instances depending on certain characteristics of the data. For instance, documents differ in their length, comprehensibility, and technical requirements; these attributes affect the time a human labeler needs to judge relevance or to assign topics. To address this, the sampling distribution is extended to incorporate instance-specific costs. We empirically study conditions under which the active evaluation processes are more accurate than a standard estimate that draws equally many instances from the test distribution. We also address the problem of comparing the risks of two predictive models. The standard approach would be to draw instances according to the test distribution, label the selected instances, and apply statistical tests to identify significant differences. Drawing instances according to an instrumental distribution affects the power of a statistical test. We derive a sampling procedure that maximizes test power when used to select instances, and thereby minimizes the likelihood of choosing the inferior model. Furthermore, we investigate the task of comparing several alternative models; the objective of an evaluation could be to rank the models according to the risk that they incur or to identify the model with lowest risk. An experimental study shows that the active procedure leads to higher test power than the standard test in many application domains. Finally, we study the problem of evaluating the performance of ranking functions, which are used for example for web search. In practice, ranking performance is estimated by applying a given ranking model to a representative set of test queries and manually assessing the relevance of all retrieved items for each query. We apply the concepts of active evaluation and active comparison to ranking functions and derive optimal sampling distributions for the commonly used performance measures Discounted Cumulative Gain and Expected Reciprocal Rank. Experiments on web search engine data illustrate significant reductions in labeling costs.
N2 - Maschinelles Lernen befasst sich mit Algorithmen zur Inferenz von Vorhersagemodelle aus komplexen Daten. Vorhersagemodelle sind Funktionen, die einer Eingabe – wie zum Beispiel dem Text einer E-Mail – ein anwendungsspezifisches Zielattribut – wie „Spam“ oder „Nicht-Spam“ – zuweisen. Sie finden Anwendung beim Filtern von Spam-Nachrichten, bei der Text- und Gesichtserkennung oder auch bei der personalisierten Empfehlung von Produkten. Um ein Modell in der Praxis einzusetzen, ist es notwendig, die Vorhersagequalität bezüglich der zukünftigen Anwendung zu schätzen. Für diese Evaluierung werden Instanzen des Eingaberaums benötigt, für die das zugehörige Zielattribut bekannt ist. Instanzen, wie E-Mails, Bilder oder das protokollierte Nutzerverhalten von Kunden, stehen häufig in großem Umfang zur Verfügung. Die Bestimmung der zugehörigen Zielattribute ist jedoch ein manueller Prozess, der kosten- und zeitaufwendig sein kann und mitunter spezielles Fachwissen erfordert. Ziel dieser Arbeit ist die genaue Schätzung der Vorhersagequalität eines gegebenen Modells mit einer minimalen Anzahl von Testinstanzen. Wir untersuchen aktive Evaluierungsprozesse, die mit Hilfe einer Wahrscheinlichkeitsverteilung Instanzen auswählen, für die das Zielattribut bestimmt wird. Die Vorhersagequalität kann anhand verschiedener Kriterien, wie der Fehlerrate, des mittleren quadratischen Verlusts oder des F-measures, bemessen werden. Wir leiten die Wahrscheinlichkeitsverteilungen her, die den Schätzfehler bezüglich eines gegebenen Maßes minimieren. Der verbleibende Schätzfehler lässt sich anhand von Konfidenzintervallen quantifizieren, die sich aus der Verteilung des Schätzers ergeben. In vielen Anwendungen bestimmen individuelle Eigenschaften der Instanzen die Kosten, die für die Bestimmung des Zielattributs anfallen. So unterscheiden sich Dokumente beispielsweise in der Textlänge und dem technischen Anspruch. Diese Eigenschaften beeinflussen die Zeit, die benötigt wird, mögliche Zielattribute wie das Thema oder die Relevanz zuzuweisen. Wir leiten unter Beachtung dieser instanzspezifischen Unterschiede die optimale Verteilung her. Die entwickelten Evaluierungsmethoden werden auf verschiedenen Datensätzen untersucht. Wir analysieren in diesem Zusammenhang Bedingungen, unter denen die aktive Evaluierung genauere Schätzungen liefert als der Standardansatz, bei dem Instanzen zufällig aus der Testverteilung gezogen werden. Eine verwandte Problemstellung ist der Vergleich von zwei Modellen. Um festzustellen, welches Modell in der Praxis eine höhere Vorhersagequalität aufweist, wird eine Menge von Testinstanzen ausgewählt und das zugehörige Zielattribut bestimmt. Ein anschließender statistischer Test erlaubt Aussagen über die Signifikanz der beobachteten Unterschiede. Die Teststärke hängt von der Verteilung ab, nach der die Instanzen ausgewählt wurden. Wir bestimmen die Verteilung, die die Teststärke maximiert und damit die Wahrscheinlichkeit minimiert, sich für das schlechtere Modell zu entscheiden. Des Weiteren geben wir eine Möglichkeit an, den entwickelten Ansatz für den Vergleich von mehreren Modellen zu verwenden. Wir zeigen empirisch, dass die aktive Evaluierungsmethode im Vergleich zur zufälligen Auswahl von Testinstanzen in vielen Anwendungen eine höhere Teststärke aufweist. Im letzten Teil der Arbeit werden das Konzept der aktiven Evaluierung und das des aktiven Modellvergleichs auf Rankingprobleme angewendet. Wir leiten die optimalen Verteilungen für das Schätzen der Qualitätsmaße Discounted Cumulative Gain und Expected Reciprocal Rank her. Eine empirische Studie zur Evaluierung von Suchmaschinen zeigt, dass die neu entwickelten Verfahren signifikant genauere Schätzungen der Rankingqualität liefern als die untersuchten Referenzverfahren.
KW - Aktive Evaluierung
KW - Vorhersagemodelle
KW - Maschinelles Lernen
KW - Fehlerschätzung
KW - Statistische Tests
KW - Active Evaluation
KW - Predictive Models
KW - Machine Learning
KW - Error Estimation
KW - Statistical Tests
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65583
SN - 978-3-86956-255-1
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Saleh, Eyad
T1 - Securing Multi-tenant SaaS Environments
N2 - Software-as-a-Service (SaaS) offers several advantages to both service providers and users. Service providers can benefit from the reduction of Total Cost of Ownership (TCO), better scalability, and better resource utilization. On the other hand, users can use the service anywhere and anytime, and minimize upfront investment by following the pay-as-you-go model. Despite the benefits of SaaS, users still have concerns about the security and privacy of their data. Due to the nature of SaaS and the Cloud in general, the data and the computation are beyond the users' control, and hence data security becomes a vital factor in this new paradigm. Furthermore, in multi-tenant SaaS applications, the tenants become more concerned about the confidentiality of their data since several tenants are co-located onto a shared infrastructure.
To address those concerns, we start protecting the data from the provisioning process by controlling how tenants are being placed in the infrastructure. We present a resource allocation algorithm designed to minimize the risk of co-resident tenants called SecPlace. It enables the SaaS provider to control the resource (i.e., database instance) allocation process while taking into account the security of tenants as a requirement.
Due to the design principles of the multi-tenancy model, tenants follow some degree of sharing on both application and infrastructure levels. Thus, strong security-isolation should be present. Therefore, we develop SignedQuery, a technique that prevents one tenant from accessing others' data. We use the Signing Concept to create a signature that is used to sign the tenant's request, then the server can verifies the signature and recognizes the requesting tenant, and hence ensures that the data to be accessed is belonging to the legitimate tenant.
Finally, Data confidentiality remains a critical concern due to the fact that data in the Cloud is out of users' premises, and hence beyond their control. Cryptography is increasingly proposed as a potential approach to address such a challenge. Therefore, we present SecureDB, a system designed to run SQL-based applications over an encrypted database. SecureDB captures the schema design and analyzes it to understand the internal structure of the data (i.e., relationships between the tables and their attributes). Moreover, we determine the appropriate partialhomomorphic encryption scheme for each attribute where computation is possible even when the data is encrypted.
To evaluate our work, we conduct extensive experiments with di↵erent settings. The main use case in our work is a popular open source HRM application, called OrangeHRM. The results show that our multi-layered approach is practical, provides enhanced security and isolation among tenants, and have a moderate complexity in terms of processing encrypted data.
Y1 - 2016
ER -
TY - JOUR
A1 - Saito, Toshinori
T1 - The Key Competencies in Informatics and ICT viewed from Nussbaum’s Ten Central Capabilities
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This article shows a discussion about the key competencies
in informatics and ICT viewed from a philosophical foundation presented
by Martha Nussbaum, which is known as ‘ten central capabilities’.
Firstly, the outline of ‘The Capability Approach’, which has been presented
by Amartya Sen and Nussbaum as a theoretical framework of
assessing the state of social welfare, will be explained. Secondly, the
body of Nussbaum’s ten central capabilities and the reason for being
applied as the basis of discussion will be shown. Thirdly, the relationship
between the concept of ‘capability’ and ‘competency’ is to be
discussed. After that, the author’s assumption of the key competencies
in informatics and ICT led from the examination of Nussbaum’s ten
capabilities will be presented.
KW - Capability approach
KW - competency
KW - teaching informatics in general education
KW - philosophical foundation of informatics pedagogy
KW - education and public policy
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82718
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 253
EP - 266
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Sadr-Azodi, Amir Shahab
T1 - Towards Real-time SIEM-based Network monitoring and Intrusion Detection through Advanced Event Normalization
Y1 - 2015
ER -
TY - JOUR
A1 - Reynolds, Nicholas
A1 - Swainston, Andrew
A1 - Bendrups, Faye
T1 - Music Technology and Computational Thinking
BT - Young People displaying Competence
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - A project involving the composition of a number of pieces
of music by public participants revealed levels of engagement with and
mastery of complex music technologies by a number of secondary student
volunteers. This paper reports briefly on some initial findings of
that project and seeks to illuminate an understanding of computational
thinking across the curriculum.
KW - Computational Thinking
KW - Music Technology
KW - ICT Competence
KW - Young People
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82913
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 363
EP - 370
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Respondek, Tobias
T1 - A workflow for computing potential areas for wind turbines
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - This paper describes the implementation of a workflow model for service-oriented computing of potential areas for wind turbines in jABC. By implementing a re-executable model the manual effort of a multi-criteria site analysis can be reduced. The aim is to determine the shift of typical geoprocessing tools of geographic information systems (GIS) from the desktop to the web. The analysis is based on a vector data set and mainly uses web services of the “Center for Spatial Information Science and Systems” (CSISS). This paper discusses effort, benefits and problems associated with the use of the web services.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
IS - 500
SP - 200
EP - 215
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Reso, Judith
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Protein Classification Workflow
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - The protein classification workflow described in this report enables users to get information about a novel protein sequence automatically. The information is derived by different bioinformatic analysis tools which calculate or predict features of a protein sequence. Also, databases are used to compare the novel sequence with known proteins.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 65
EP - 72
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Repp, Leo
T1 - Extending the automatic theorem prover nanoCoP with arithmetic procedures
T1 - Erweiterung des automatischen Theorembeweisers nanoCoP um Arithmetik und Gleichheit behandelnde Verfahren
N2 - In dieser Bachelorarbeit implementiere ich den automatischen Theorembeweiser nanoCoP-Ω. Es handelt sich bei diesem neuen System um das Ergebnis einer Portierung von Arithmetik-behandelnden Prozeduren aus dem automatischen Theorembeweiser mit Arithmetik leanCoP-Ω in das System nanoCoP 2.0. Dazu wird zuerst der mathematische Hintergrund zu automatischen Theorembeweisern und Arithmetik gegeben. Ich stelle die Vorgängerprojekte leanCoP, nanoCoP und leanCoP-Ω vor, auf dessen Vorlage nanoCoP-Ω entwickelt wurde. Es folgt eine ausführliche Erklärung der Konzepte, um welche der nicht-klausale Konnektionskalkül erweitert werden muss, um eine Behandlung von arithmetischen Ausdrücken und Gleichheiten in den Kalkül zu integrieren, sowie eine Beschreibung der Implementierung dieser Konzepte in nanoCoP-Ω. Als letztes folgt eine experimentelle Evaluation von nanoCoP-Ω. Es wurde ein ausführlicher Vergleich von Laufzeit und Anzahl gelöster Probleme im Vergleich zum ähnlich aufgebauten Theorembeweiser leanCoP-Ω auf Basis der TPTP-Benchmark durchgeführt. Ich komme zu dem Ergebnis, dass nanoCoP-Ω deutlich schneller ist als leanCoP-Ω ist, jedoch weniger gut geeignet für größere Probleme. Zudem konnte ich feststellen, dass nanoCoP-Ω falsche Beweise liefern kann. Ich bespreche, wie dieses Problem gelöst werden kann, sowie einige mögliche Optimierungen und Erweiterungen des Beweissystems.
N2 - In this bachelor’s thesis I implement the automatic theorem prover nanoCoP-Ω. This system is the result of porting arithmetic and equality handling procedures first introduced in the automatic theorem prover with arithmetic leanCoP-Ω into the similar system nanoCoP 2.0. To understand these procedures, I first introduce the mathematical background to both automatic theorem proving and arithmetic expressions. I present the predecessor projects leanCoP, nanoCoP and leanCoP-Ω, out of which nanCoP-Ω was developed. This is followed by an extensive description of the concepts the non-clausal connection calculus needed to be extended by, to allow for proving arithmetic expressions and equalities, as well as of their implementation into nanoCoP-Ω. An extensive comparison between both the runtimes and the number of solved problems of the systems nanoCoP-Ω and leanCoP-Ω was made. I come to the conclusion, that nanoCoP-Ω is considerably faster than leanCoP-Ω for small problems, though less well suited for larger problems. Additionally, I was able to construct a non-theorem that nanoCoP-Ω generates a false proof for. I discuss how this pressing issue could be resolved, as well as some possible optimizations and expansions of the system.
KW - automatic theorem prover
KW - leanCoP
KW - connection calculus
KW - tptp
KW - arithmetic procedures
KW - equality
KW - omega
KW - arithmethische Prozeduren
KW - automatisierter Theorembeweiser
KW - Konnektionskalkül
KW - Gleichheit
KW - leanCoP
KW - Omega
KW - TPTP
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-576195
ER -
TY - JOUR
A1 - Przybylla, Mareen
A1 - Romeike, Ralf
T1 - Key Competences with Physical Computing
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Physical computing covers the design and realization of interactive
objects and installations and allows students to develop concrete,
tangible products of the real world that arise from the learners’
imagination. This way, constructionist learning is raised to a level that
enables students to gain haptic experience and thereby concretizes the
virtual. In this paper the defining characteristics of physical computing
are described. Key competences to be gained with physical computing
will be identified.
KW - Defining characteristics of physical computing
KW - key competences in physical computing
KW - physical computing tools
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82904
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 351
EP - 361
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Prohaska, Steffen
T1 - Skeleton-based visualization of massive voxel objects with network-like architecture
T1 - Skelettbasierte Visualisierung großer Voxel-Objekte mit netzwerkartiger Architektur
N2 - This work introduces novel internal and external memory algorithms for computing voxel skeletons of massive voxel objects with complex network-like architecture and for converting these voxel skeletons to piecewise linear geometry, that is triangle meshes and piecewise straight lines. The presented techniques help to tackle the challenge of visualizing and analyzing 3d images of increasing size and complexity, which are becoming more and more important in, for example, biological and medical research. Section 2.3.1 contributes to the theoretical foundations of thinning algorithms with a discussion of homotopic thinning in the grid cell model. The grid cell model explicitly represents a cell complex built of faces, edges, and vertices shared between voxels. A characterization of pairs of cells to be deleted is much simpler than characterizations of simple voxels were before. The grid cell model resolves topologically unclear voxel configurations at junctions and locked voxel configurations causing, for example, interior voxels in sets of non-simple voxels. A general conclusion is that the grid cell model is superior to indecomposable voxels for algorithms that need detailed control of topology. Section 2.3.2 introduces a noise-insensitive measure based on the geodesic distance along the boundary to compute two-dimensional skeletons. The measure is able to retain thin object structures if they are geometrically important while ignoring noise on the object's boundary. This combination of properties is not known of other measures. The measure is also used to guide erosion in a thinning process from the boundary towards lines centered within plate-like structures. Geodesic distance based quantities seem to be well suited to robustly identify one- and two-dimensional skeletons. Chapter 6 applies the method to visualization of bone micro-architecture. Chapter 3 describes a novel geometry generation scheme for representing voxel skeletons, which retracts voxel skeletons to piecewise linear geometry per dual cube. The generated triangle meshes and graphs provide a link to geometry processing and efficient rendering of voxel skeletons. The scheme creates non-closed surfaces with boundaries, which contain fewer triangles than a representation of voxel skeletons using closed surfaces like small cubes or iso-surfaces. A conclusion is that thinking specifically about voxel skeleton configurations instead of generic voxel configurations helps to deal with the topological implications. The geometry generation is one foundation of the applications presented in Chapter 6. Chapter 5 presents a novel external memory algorithm for distance ordered homotopic thinning. The presented method extends known algorithms for computing chamfer distance transformations and thinning to execute I/O-efficiently when input is larger than the available main memory. The applied block-wise decomposition schemes are quite simple. Yet it was necessary to carefully analyze effects of block boundaries to devise globally correct external memory variants of known algorithms. In general, doing so is superior to naive block-wise processing ignoring boundary effects. Chapter 6 applies the algorithms in a novel method based on confocal microscopy for quantitative study of micro-vascular networks in the field of microcirculation.
N2 - Die vorliegende Arbeit führt I/O-effiziente Algorithmen und Standard-Algorithmen zur Berechnung von Voxel-Skeletten aus großen Voxel-Objekten mit komplexer, netzwerkartiger Struktur und zur Umwandlung solcher Voxel-Skelette in stückweise-lineare Geometrie ein. Die vorgestellten Techniken werden zur Visualisierung und Analyse komplexer drei-dimensionaler Bilddaten, beispielsweise aus Biologie und Medizin, eingesetzt. Abschnitt 2.3.1 leistet mit der Diskussion von topologischem Thinning im Grid-Cell-Modell einen Beitrag zu den theoretischen Grundlagen von Thinning-Algorithmen. Im Grid-Cell-Modell wird ein Voxel-Objekt als Zellkomplex dargestellt, der aus den Ecken, Kanten, Flächen und den eingeschlossenen Volumina der Voxel gebildet wird. Topologisch unklare Situationen an Verzweigungen und blockierte Voxel-Kombinationen werden aufgelöst. Die Charakterisierung von Zellpaaren, die im Thinning-Prozess entfernt werden dürfen, ist einfacher als bekannte Charakterisierungen von so genannten "Simple Voxels". Eine wesentliche Schlussfolgerung ist, dass das Grid-Cell-Modell atomaren Voxeln überlegen ist, wenn Algorithmen detaillierte Kontrolle über Topologie benötigen. Abschnitt 2.3.2 präsentiert ein rauschunempfindliches Maß, das den geodätischen Abstand entlang der Oberfläche verwendet, um zweidimensionale Skelette zu berechnen, welche dünne, aber geometrisch bedeutsame, Strukturen des Objekts rauschunempfindlich abbilden. Das Maß wird im weiteren mit Thinning kombiniert, um die Erosion von Voxeln auf Linien zuzusteuern, die zentriert in plattenförmigen Strukturen liegen. Maße, die auf dem geodätischen Abstand aufbauen, scheinen sehr geeignet zu sein, um ein- und zwei-dimensionale Skelette bei vorhandenem Rauschen zu identifizieren. Eine theoretische Begründung für diese Beobachtung steht noch aus. In Abschnitt 6 werden die diskutierten Methoden zur Visualisierung von Knochenfeinstruktur eingesetzt. Abschnitt 3 beschreibt eine Methode, um Voxel-Skelette durch kontrollierte Retraktion in eine stückweise-lineare geometrische Darstellung umzuwandeln, die als Eingabe für Geometrieverarbeitung und effizientes Rendering von Voxel-Skeletten dient. Es zeigt sich, dass eine detaillierte Betrachtung der topologischen Eigenschaften eines Voxel-Skeletts einer Betrachtung von allgemeinen Voxel-Konfigurationen für die Umwandlung zu einer geometrischen Darstellung überlegen ist. Die diskutierte Methode bildet die Grundlage für die Anwendungen, die in Abschnitt 6 diskutiert werden. Abschnitt 5 führt einen I/O-effizienten Algorithmus für Thinning ein. Die vorgestellte Methode erweitert bekannte Algorithmen zur Berechung von Chamfer-Distanztransformationen und Thinning so, dass diese effizient ausführbar sind, wenn die Eingabedaten den verfügbaren Hauptspeicher übersteigen. Der Einfluss der Blockgrenzen auf die Algorithmen wurde analysiert, um global korrekte Ergebnisse sicherzustellen. Eine detaillierte Analyse ist einer naiven Zerlegung, die die Einflüsse von Blockgrenzen vernachlässigt, überlegen. In Abschnitt 6 wird, aufbauend auf den I/O-effizienten Algorithmen, ein Verfahren zur quantitativen Analyse von Mikrogefäßnetzwerken diskutiert.
KW - Visualisierung
KW - Bilddatenanalyse
KW - Skelettberechnung
KW - Geometrieerzeugung
KW - I/O-effiziente Algorithmen
KW - visualization
KW - image data analysis
KW - skeletonization
KW - geometry generation
KW - external memory algorithms
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14888
ER -
TY - JOUR
A1 - Preston, Christina
A1 - Younie, Sarah
T1 - Mentoring in a Digital World
BT - What are the Issues?
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This paper focuses on the results of the evaluation of the first
pilot of an e-mentoring unit designed by the Hands-On ICT consortium,
funded by the EU LLL programme. The overall aim of this two-year
activity is to investigate the value for professional learning of Massive
Online Open Courses (MOOCs) and Community Online Open Courses
(COOCs) in the context of a ‘community of practice’. Three units in the
first pilot covered aspects of using digital technologies to develop creative
thinking skills. The findings in this paper relate to the fourth unit
about e-mentoring, a skill that was important to delivering the course
content in the other three units. Findings about the e-mentoring unit
included: the students’ request for detailed profiles so that participants
can get to know each other; and, the need to reconcile the different
interpretations of e-mentoring held by the participants when the course
begins. The evaluators concluded that the major issues were that: not all
professional learners would self-organise and network; and few would
wish to mentor their colleagues voluntarily. Therefore, the e-mentoring
issues will need careful consideration in pilots two and three to identify
how e-mentoring will be organised.
KW - MOOCs
KW - e-mentoring
KW - professional development
KW - ICT skills
KW - user-centred
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82895
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 343
EP - 350
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Prasse, Paul
T1 - Pattern recognition for computer security
T1 - Mustererkennung für Computersicherheit
BT - discriminative models for email spam campaign and malware detection
BT - diskriminative Modelle zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen und Malware
N2 - Computer Security deals with the detection and mitigation of threats to computer networks, data, and computing hardware. This
thesis addresses the following two computer security problems: email spam campaign and malware detection.
Email spam campaigns can easily be generated using popular dissemination tools by specifying simple grammars that serve as message templates. A grammar is disseminated to nodes of a bot net, the nodes create messages by instantiating the grammar at random. Email spam campaigns can encompass huge data volumes and therefore pose a threat to the stability of the infrastructure of email service providers that have to store them. Malware -software that serves a malicious purpose- is affecting web servers, client computers via active content, and client computers through executable files. Without the help of malware detection systems it would be easy for malware creators to collect sensitive information or to infiltrate computers.
The detection of threats -such as email-spam messages, phishing messages, or malware- is an adversarial and therefore intrinsically
difficult problem. Threats vary greatly and evolve over time. The detection of threats based on manually-designed rules is therefore
difficult and requires a constant engineering effort. Machine-learning is a research area that revolves around the analysis of data and the discovery of patterns that describe aspects of the data. Discriminative learning methods extract prediction models from data that are optimized to predict a target attribute as accurately as possible. Machine-learning methods hold the promise of automatically identifying patterns that robustly and accurately detect threats. This thesis focuses on the design and analysis of discriminative learning methods for the two computer-security problems under investigation: email-campaign and malware detection.
The first part of this thesis addresses email-campaign detection. We focus on regular expressions as a syntactic framework, because regular expressions are intuitively comprehensible by security engineers and administrators, and they can be applied as a detection mechanism in an extremely efficient manner. In this setting, a prediction model is provided with exemplary messages from an email-spam campaign. The prediction model has to generate a regular expression that reveals the syntactic pattern that underlies the entire campaign, and that a security engineers finds comprehensible and feels confident enough to use the expression to blacklist further messages at the email server. We model this problem as two-stage learning problem with structured input and output spaces which can be solved using standard cutting plane methods. Therefore we develop an appropriate loss function, and derive a decoder for the resulting optimization problem.
The second part of this thesis deals with the problem of predicting whether a given JavaScript or PHP file is malicious or benign. Recent malware analysis techniques use static or dynamic features, or both. In fully dynamic analysis, the software or script is executed and observed for malicious behavior in a sandbox environment. By contrast, static analysis is based on features that can be extracted directly from the program file. In order to bypass static detection mechanisms, code obfuscation techniques are used to spread a malicious program file in many different syntactic variants. Deobfuscating the code before applying a static classifier can be subjected to mostly static code analysis and can overcome the problem of obfuscated malicious code, but on the other hand increases the computational costs of malware detection by an order of magnitude. In this thesis we present a cascaded architecture in which a classifier first performs a static analysis of the original code and -based on the outcome of this first classification step- the code may be deobfuscated and classified again. We explore several types of features including token $n$-grams, orthogonal sparse bigrams, subroutine-hashings, and syntax-tree features and study the robustness of detection methods and feature types against the evolution of malware over time. The developed tool scans very large file collections quickly and accurately.
Each model is evaluated on real-world data and compared to reference methods. Our approach of inferring regular expressions to filter emails belonging to an email spam campaigns leads to models with a high true-positive rate at a very low false-positive rate that is an order of magnitude lower than that of a commercial content-based filter. Our presented system -REx-SVMshort- is being used by a commercial email service provider and complements content-based and IP-address based filtering.
Our cascaded malware detection system is evaluated on a high-quality data set of almost 400,000 conspicuous PHP files and a collection of more than 1,00,000 JavaScript files. From our case study we can conclude that our system can quickly and accurately process large data collections at a low false-positive rate.
N2 - Computer-Sicherheit beschäftigt sich mit der Erkennung und der Abwehr von Bedrohungen für Computer-Netze, Daten und Computer-Hardware. In dieser Dissertation wird die Leistungsfähigkeit von Modellen des maschinellen Lernens zur Erkennung von Bedrohungen anhand von zwei konkreten Fallstudien analysiert. Im ersten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen untersucht. E-Mail Spam-Kampagnen werden häufig von leicht zu bedienenden Tools erzeugt. Diese Tools erlauben es dem Benutzer, mit Hilfe eines Templates (z.B. einer regulären Grammatik) eine Emailvorlage zu definieren. Ein solches Template kann z.B. auf die Knoten eines Botnetzes verteilt werden. Dort werden Nachrichten mit diesem Template generiert und an verschiedene Absender verschickt. Die damit entstandenen E-Mail Spam-Kampagnen können riesige Datenmengen produzieren und somit zu einer Gefahr für die Stabilität der Infrastruktur von E-Mail-Service-Providern werden. Im zweiten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Malware untersucht. Malware bzw. Software, die schadhaften Programmcode enthält, kann Web-Server und Client-Computer über aktive Inhalte und Client-Computer über ausführbare Dateien beeinflussen. Somit kann die die reguläre und legitime Nutzung von Diensten verhindert werden. Des Weiteren kann Malware genutzt werden, um sensible Informationen zu sammeln oder Computer zu infiltrieren.
Die Erkennung von Bedrohungen, die von E-Mail-Spam-Mails, Phishing-E-Mails oder Malware ausgehen, gestaltet sich schwierig. Zum einen verändern sich Bedrohungen von Zeit zu Zeit, zum anderen werden E-Mail-Spam-Mails oder Malware so modifiziert, dass sie von aktuellen Erkennungssystemen nicht oder nur schwer zu erkennen sind. Erkennungssysteme, die auf manuell erstellten Regeln basieren, sind deshalb wenig effektiv, da sie ständig administriert werden müssen. Sie müssen kontinuierlich gewartet werden, um neue Regeln (für veränderte oder neu auftretende Bedrohungen) zu erstellen und alte Regeln anzupassen bzw. zu löschen. Maschinelles Lernen ist ein Forschungsgebiet, das sich mit der Analyse von Daten und der Erkennung von Mustern beschäftigt, um bestimmte Aspekte in Daten, wie beispielsweise die Charakteristika von Malware, zu beschreiben. Mit Hilfe der Methoden des Maschinellen Lernens ist es möglich, automatisiert Muster in Daten zu erkennen. Diese Muster können genutzt werden, um Bedrohung gezielt und genau zu erkennen.
Im ersten Teil wird ein Modell zur automatischen Erkennung von E-Mail-Spam-Kampag\-nen vorgestellt. Wir verwenden reguläre Ausdrücke als syntaktischen Rahmen, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben und E-Mails die zu einer E-Mail-Spam-Kampagne gehören zu identifizieren. Reguläre Ausdrücke sind intuitiv verständlich und können einfach von Administratoren genutzt werden, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben. Diese Arbeit stellt ein Modell vor, das für eine gegebene E-Mail-Spam-Kampagne einen regulären Ausdruck vorhersagt. In dieser Arbeit stellen wir ein Verfahren vor, um ein Modell zu bestimmen, das reguläre Ausdrücke vorhersagt, die zum Einen die Gesamtheit aller E-Mails in einer Spam-Kampagne abbilden und zum Anderen so verständlich aufgebaut sind, dass ein Systemadministrator eines E-Mail Servers diesen verwendet. Diese Problemstellung wird als ein zweistufiges Lernproblem mit strukturierten Ein- und Ausgaberäumen modelliert, welches mit Standardmethoden des Maschinellen Lernens gelöst werden kann. Hierzu werden eine geeignete Verlustfunktion, sowie ein Dekodierer für das resultierende Optimierungsproblem hergeleitet.
Der zweite Teil behandelt die Analyse von Modellen zur Erkennung von Java-Script oder PHP-Dateien mit schadhaften Code. Viele neu entwickelte Malwareanalyse-Tools nutzen statische, dynamische oder eine Mischung beider Merkmalsarten als Eingabe, um Modelle zur Erkennung von Malware zu bilden. Um dynamische Merkmale zu extrahieren, wird eine Software oder ein Teil des Programmcodes in einer gesicherten Umgebung ausgeführt und das Verhalten (z.B. Speicherzugriffe oder Funktionsaufrufe) analysiert. Bei der statischen Analyse von Skripten und Software werden Merkmale direkt aus dem Programcode extrahiert. Um Erkennungsmechanismen, die nur auf statischen Merkmalen basieren, zu umgehen, wird der Programmcode oft maskiert. Die Maskierung von Programmcode wird genutzt, um einen bestimmten schadhaften Programmcode in vielen syntaktisch unterschiedlichen Varianten zu erzeugen. Der originale schadhafte Programmcode wird dabei erst zur Laufzeit generiert. Wird der Programmcode vor dem Anwenden eines Vorhersagemodells demaskiert, spricht man von einer vorwiegend statischen Programmcodeanalyse. Diese hat den Vorteil, dass enthaltener Schadcode einfacher zu erkennen ist. Großer Nachteil dieses Ansatzes ist die erhöhte Laufzeit durch das Demaskieren der einzelnen Dateien vor der Anwendung des Vorhersagemodells. In dieser Arbeit wird eine mehrstufige Architektur präsentiert, in der ein Klassifikator zunächst eine Vorhersage auf Grundlage einer statischen Analyse auf dem originalen Programmcode trifft. Basierend auf dieser Vorhersage wird der Programcode in einem zweiten Schritt demaskiert und erneut ein Vorhersagemodell angewendet. Wir betrachten dabei eine Vielzahl von möglichen Merkmalstypen, wie $n$-gram Merkmale, orthogonal sparse bigrams, Funktions-Hashes und Syntaxbaum Merkmale. Zudem wird in dieser Dissertation untersucht, wie robust die entwickelten Erkennungsmodelle gegenüber Veränderungen von Malware über die Zeit sind. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, große Datenmengen mit hoher Treffergenauigkeit nach Malware zu durchsuchen.
Alle in dieser Dissertation vorgestellten Modelle wurden auf echten Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Das vorgestellte Modell zur Erkennung von E-Mail-Spam-Kampagnen hat eine hohe richtig-positive Rate und eine sehr kleine falsch-positiv Rate die niedriger ist, als die eines kommerziellen E-Mail-Filters. Das Modell wird von einem kommerziellen E-Mail Service Provider während des operativen Geschäfts genutzt, um eingehende und ausgehende E-Mails eines E-Mails-Servers zu überprüfen. Der Ansatz zur Malwareerkennung wurde auf einem Datensatz mit rund 400.000 verdächtigen PHP Dateien und einer Sammlung von mehr als 1.000.000 Java-Script Dateien evaluiert. Die Fallstudie auf diesen Daten zeigt, dass das vorgestellte System schnell und mit hoher Genauigkeit riesige Datenmengen mit wenigen Falsch-Alarmen nach Malware durchsuchen kann.
KW - malware detection
KW - structured output prediction
KW - pattern recognition
KW - computer security
KW - email spam detection
KW - maschninelles Lernen
KW - Computersicherheit
KW - strukturierte Vorhersage
KW - Klassifikation
KW - Vorhersage
KW - Spam
KW - Malware
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100251
ER -
TY - JOUR
A1 - Pousttchi, Key
A1 - Gleiß, Alexander
T1 - Surrounded by middlemen - how multi-sided platforms change the insurance industry
JF - Electron Markets
N2 - Multi-sided platforms (MSP) strongly affect markets and play a crucial part within the digital and networked economy. Although empirical evidence indicates their occurrence in many industries, research has not investigated the game-changing impact of MSP on traditional markets to a sufficient extent. More specifically, we have little knowledge of how MSP affect value creation and customer interaction in entire markets, exploiting the potential of digital technologies to offer new value propositions. Our paper addresses this research gap and provides an initial systematic approach to analyze the impact of MSP on the insurance industry. For this purpose, we analyze the state of the art in research and practice in order to develop a reference model of the value network for the insurance industry. On this basis, we conduct a case-study analysis to discover and analyze roles which are occupied or even newly created by MSP. As a final step, we categorize MSP with regard to their relation to traditional insurance companies, resulting in a classification scheme with four MSP standard types: Competition, Coordination, Cooperation, Collaboration.
KW - Multi-sided platforms
KW - Insurance industry
KW - Value network
KW - Digitalization
KW - Customer ownership
Y1 - 2019
U6 - https://doi.org/10.1007/s12525-019-00363-w
SN - 1019-6781
SN - 1422-8890
VL - 29
IS - 4
SP - 609
EP - 629
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - THES
A1 - Polyvyanyy, Artem
T1 - Structuring process models
T1 - Strukturierung von Prozessmodellen
N2 - One can fairly adopt the ideas of Donald E. Knuth to conclude that process modeling is both a science and an art. Process modeling does have an aesthetic sense. Similar to composing an opera or writing a novel, process modeling is carried out by humans who undergo creative practices when engineering a process model. Therefore, the very same process can be modeled in a myriad number of ways. Once modeled, processes can be analyzed by employing scientific methods. Usually, process models are formalized as directed graphs, with nodes representing tasks and decisions, and directed arcs describing temporal constraints between the nodes. Common process definition languages, such as Business Process Model and Notation (BPMN) and Event-driven Process Chain (EPC) allow process analysts to define models with arbitrary complex topologies. The absence of structural constraints supports creativity and productivity, as there is no need to force ideas into a limited amount of available structural patterns. Nevertheless, it is often preferable that models follow certain structural rules. A well-known structural property of process models is (well-)structuredness. A process model is (well-)structured if and only if every node with multiple outgoing arcs (a split) has a corresponding node with multiple incoming arcs (a join), and vice versa, such that the set of nodes between the split and the join induces a single-entry-single-exit (SESE) region; otherwise the process model is unstructured. The motivations for well-structured process models are manifold: (i) Well-structured process models are easier to layout for visual representation as their formalizations are planar graphs. (ii) Well-structured process models are easier to comprehend by humans. (iii) Well-structured process models tend to have fewer errors than unstructured ones and it is less probable to introduce new errors when modifying a well-structured process model. (iv) Well-structured process models are better suited for analysis with many existing formal techniques applicable only for well-structured process models. (v) Well-structured process models are better suited for efficient execution and optimization, e.g., when discovering independent regions of a process model that can be executed concurrently. Consequently, there are process modeling languages that encourage well-structured modeling, e.g., Business Process Execution Language (BPEL) and ADEPT. However, the well-structured process modeling implies some limitations: (i) There exist processes that cannot be formalized as well-structured process models. (ii) There exist processes that when formalized as well-structured process models require a considerable duplication of modeling constructs. Rather than expecting well-structured modeling from start, we advocate for the absence of structural constraints when modeling. Afterwards, automated methods can suggest, upon request and whenever possible, alternative formalizations that are "better" structured, preferably well-structured. In this thesis, we study the problem of automatically transforming process models into equivalent well-structured models. The developed transformations are performed under a strong notion of behavioral equivalence which preserves concurrency. The findings are implemented in a tool, which is publicly available.
N2 - Im Sinne der Ideen von Donald E. Knuth ist die Prozessmodellierung sowohl Wissenschaft als auch Kunst. Prozessmodellierung hat immer auch eine ästhetische Dimension. Wie das Komponieren einer Oper oder das Schreiben eines Romans, so stellt auch die Prozessmodellierung einen kreativen Akt eines Individuums dar. Somit kann ein Prozess auf unterschiedlichste Weise modelliert werden. Prozessmodelle können anschließend mit wissenschaftlichen Methoden untersucht werden. Prozessmodelle liegen im Regelfall als gerichtete Graphen vor. Knoten stellen Aktivitäten und Entscheidungspunkte dar, während gerichtete Kanten die temporalen Abhängigkeiten zwischen den Knoten beschreiben. Gängige Prozessmodellierungssprachen, zum Beispiel die Business Process Model and Notation (BPMN) und Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK), ermöglichen die Erstellung von Modellen mit einer beliebig komplexen Topologie. Es gibt keine strukturellen Einschränkungen, welche die Kreativität oder Produktivität durch eine begrenzte Anzahl von Modellierungsalternativen einschränken würden. Nichtsdestotrotz ist es oft wünschenswert, dass Modelle bestimmte strukturelle Eigenschaften haben. Ein bekanntes strukturelles Merkmal für Prozessmodelle ist Wohlstrukturiertheit. Ein Prozessmodell ist wohlstrukturiert genau dann, wenn jeder Knoten mit mehreren ausgehenden Kanten (ein Split) einen entsprechenden Knoten mit mehreren eingehenden Kanten (einen Join) hat, und umgekehrt, so dass die Knoten welche zwischen dem Split und dem Join liegen eine single-entry-single-exit (SESE) Region bilden. Ist dies nicht der Fall, so ist das Modell unstrukturiert. Wohlstrukturiertheit ist aufgrund einer Vielzahl von Gründen wünschenswert: (i) Wohlstrukturierte Modelle sind einfacher auszurichten, wenn sie visualisiert werden, da sie planaren Graphen entsprechen. (ii) Wohlstrukturierte Modelle zeichnen sich durch eine höhere Verständlichkeit aus. (iii) Wohlstrukturierte Modelle haben oft weniger Fehler als unstrukturierte Modelle. Auch ist die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Änderungen größer, wenn Modelle unstrukturiert sind. (iv) Wohlstrukturierte Modelle eignen sich besser für die formale Analyse, da viele Techniken nur für wohlstrukturierte Modelle anwendbar sind. (v) Wohlstrukturierte Modelle sind eher für die effiziente Ausführung und Optimierung geeignet, z.B. wenn unabhängige Regionen eines Prozesses für die parallele Ausführung identifiziert werden. Folglich gibt es eine Reihe von Prozessmodellierungssprachen, z.B. die Business Process Execution Language (BPEL) und ADEPT, welche den Modellierer anhalten nur wohlstrukturierte Modelle zu erstellen. Solch wohlstrukturiertes Modellieren impliziert jedoch gewisse Einschränkungen: (i) Es gibt Prozesse, welche nicht mittels wohlstrukturierten Prozessmodellen dargestellt werden können. (ii) Es gibt Prozesse, für welche die wohlstrukturierte Modellierung mit einer erheblichen Vervielfältigung von Modellierungs-konstrukten einhergeht. Aus diesem Grund vertritt diese Arbeit den Standpunkt, dass ohne strukturelle Einschränkungen modelliert werden sollte, anstatt Wohlstrukturiertheit von Beginn an zu verlangen. Anschließend können, sofern gewünscht und wo immer es möglich ist, automatische Methoden Modellierungsalternativen vorschlagen, welche "besser" strukturiert sind, im Idealfall sogar wohlstrukturiert. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Problem der automatischen Transformation von Prozessmodellen in verhaltensäquivalente wohlstrukturierte Prozessmodelle. Die vorgestellten Transformationen erhalten ein strenges Verhaltensequivalenzkriterium, welches die Parallelität wahrt. Die Resultate sind in einem frei verfügbaren Forschungsprototyp implementiert worden.
KW - Strukturierung
KW - Wohlstrukturiertheit
KW - Prozesse
KW - Verhalten
KW - Modellierung
KW - Structuring
KW - Well-structuredness
KW - Process
KW - Behavior
KW - Modeling
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59024
ER -
TY - JOUR
A1 - Petre, Marian
T1 - Computing is not a spectator sport
BT - rethinking how we introduce our discipline to students
JF - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2 - This talk will describe My Digital Life (TU100), a distance learning module that introduces computer science through immediate engagement with ubiquitous computing (ubicomp). This talk will describe some of the principles and concepts we have adopted for this modern computing introduction: the idea of the ‘informed digital citizen’; engagement through narrative; playful pedagogy; making the power of ubicomp available to novices; setting technical skills in real contexts. It will also trace how the pedagogy is informed by experiences and research in Computer Science education.
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65045
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 5
SP - 155
EP - 159
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Passig, David
A1 - Tzuriel, David
A1 - Kedmi, Ganit Eshel
T1 - Improving children’s Cognitive Modifiability through Mediated Learning and Dynamic Assessment within 3D Immersive Virtual Reality Environment
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The objectives of this study were to examine (a) the effect
of dynamic assessment (DA) in a 3D Immersive Virtual Reality
(IVR) environment as compared with computerized 2D and noncomputerized
(NC) situations on cognitive modifiability, and (b) the
transfer effects of these conditions on more difficult problem solving
administered two weeks later in a non-computerized environment. A
sample of 117 children aged 6:6-9:0 years were randomly assigned
into three experimental groups of DA conditions: 3D, 2D, and NC, and
one control group (C). All groups received the pre- and post-teaching
Analogies subtest of the Cognitive Modifiability Battery (CMB-AN).
The experimental groups received a teaching phase in conditions similar
to the pre-and post-teaching phases. The findings showed that cognitive
modifiability, in a 3D IVR, was distinctively higher than in the two
other experimental groups (2D computer group and NC group). It was
also found that the 3D group showed significantly higher performance
in transfer problems than the 2D and NC groups.
KW - Dynamic assessment
KW - mediated learning experience
KW - cognitive modifiability
KW - analogical thinking
KW - virtual reality
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82705
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 235
EP - 252
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Or-Bach, Rachel
T1 - Programming for Non-Programmers
BT - Fostering Comprehension Capabilities by Employing a PRS
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The study reported in this paper involved the employment
of specific in-class exercises using a Personal Response System (PRS).
These exercises were designed with two goals: to enhance students’
capabilities of tracing a given code and of explaining a given code in
natural language with some abstraction. The paper presents evidence
from the actual use of the PRS along with students’ subjective impressions
regarding both the use of the PRS and the special exercises. The
conclusions from the findings are followed with a short discussion on
benefits of PRS-based mental processing exercises for learning programming
and beyond.
KW - Novice programmers
KW - comprehension
KW - tracing
KW - personal response systems
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82875
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 335
EP - 342
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Opel, Simone
A1 - Kramer, Matthias
A1 - Trommen, Michael
A1 - Pottbäcker, Florian
A1 - Ilaghef, Youssef
T1 - BugHunt
BT - A Motivating Approach to Self-Directed Problem-solving in Operating Systems
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Competencies related to operating systems and computer
security are usually taught systematically. In this paper we present
a different approach, in which students have to remove virus-like
behaviour on their respective computers, which has been induced by
software developed for this purpose. They have to develop appropriate
problem-solving strategies and thereby explore essential elements of
the operating system. The approach was implemented exemplarily in
two computer science courses at a regional general upper secondary
school and showed great motivation and interest in the participating
students.
KW - Educational software
KW - operating system
KW - student activation
KW - problem-solving
KW - interactive course
KW - interactive workshop
KW - edutainment
KW - secondary computer science education
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82693
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 217
EP - 233
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Opel, Simone
T1 - On the Way to a “General Model of Contextualised Computer Science Education”
BT - A Criteria-based Comparison of “Computer Science in Context” and the Concept of “Learning Fields”
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW - Vocational Education
KW - Secondary Education
KW - Computer Science Education
KW - Learning Fields
KW - Contextualisation
KW - Computer Science in Context
KW - Activity-orientated Learning
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82953
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 397
EP - 400
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Ohrndorf, Laura
T1 - Assignments in Computer Science Education
BT - Results of an Analysis of Textbooks, Curricula and other Resources
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - In this paper we describe the recent state of our research
project concerning computer science teachers’ knowledge on students’
cognition. We did a comprehensive analysis of textbooks, curricula
and other resources, which give teachers guidance to formulate assignments.
In comparison to other subjects there are only a few concepts
and strategies taught to prospective computer science teachers in university.
We summarize them and given an overview on our empirical
approach to measure this knowledge.
KW - Pedagogical content knowledge
KW - computer science teachers
KW - students’ knowledge
KW - students’ conceptions
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82868
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 327
EP - 333
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Nylén, Aletta
A1 - Dörge, Christina
T1 - Using competencies to structure scientific writing education
JF - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2 - Scientific writing is an important skill for computer science and computer engineering professionals. In this paper we present a writing concept across the curriculum program directed towards scientific writing. The program is built around a hierarchy of learning outcomes. The hierarchy is constructed through analyzing the learning outcomes in relation to competencies that are needed to fulfill them.
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64851
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 5
SP - 33
EP - 44
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Noack, Franziska
T1 - CREADED: Colored-Relief application for digital elevation data
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - In the geoinformatics field, remote sensing data is often used for analyzing the characteristics of the current investigation area. This includes DEMs, which are simple raster grids containing grey scales representing the respective elevation values. The project CREADED that is presented in this paper aims at making these monochrome raster images more significant and more intuitively interpretable. For this purpose, an executable interactive model for creating a colored and relief-shaded Digital Elevation Model (DEM) has been designed using the jABC framework. The process is based on standard jABC-SIBs and SIBs that provide specific GIS functions, which are available as Web services, command line tools and scripts.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 186
EP - 199
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Mueller, Stefanie
T1 - Interacting with personal fabrication devices
T1 - Interaktion mit Personal Fabrication Geräten
N2 - Personal fabrication tools, such as 3D printers, are on the way of enabling a future in which non-technical users will be able to create custom objects. However, while the hardware is there, the current interaction model behind existing design tools is not suitable for non-technical users. Today, 3D printers are operated by fabricating the object in one go, which tends to take overnight due to the slow 3D printing technology. Consequently, the current interaction model requires users to think carefully before printing as every mistake may imply another overnight print. Planning every step ahead, however, is not feasible for non-technical users as they lack the experience to reason about the consequences of their design decisions.
In this dissertation, we propose changing the interaction model around personal fabrication tools to better serve this user group. We draw inspiration from personal computing and argue that the evolution of personal fabrication may resemble the evolution of personal computing: Computing started with machines that executed a program in one go before returning the result to the user. By decreasing the interaction unit to single requests, turn-taking systems such as the command line evolved, which provided users with feedback after every input. Finally, with the introduction of direct-manipulation interfaces, users continuously interacted with a program receiving feedback about every action in real-time. In this dissertation, we explore whether these interaction concepts can be applied to personal fabrication as well.
We start with fabricating an object in one go and investigate how to tighten the feedback-cycle on an object-level: We contribute a method called low-fidelity fabrication, which saves up to 90% fabrication time by creating objects as fast low-fidelity previews, which are sufficient to evaluate key design aspects. Depending on what is currently being tested, we propose different conversions that enable users to focus on different parts: faBrickator allows for a modular design in the early stages of prototyping; when users move on WirePrint allows quickly testing an object's shape, while Platener allows testing an object's technical function. We present an interactive editor for each technique and explain the underlying conversion algorithms.
By interacting on smaller units, such as a single element of an object, we explore what it means to transition from systems that fabricate objects in one go to turn-taking systems. We start with a 2D system called constructable: Users draw with a laser pointer onto the workpiece inside a laser cutter. The drawing is captured with an overhead camera. As soon as the the user finishes drawing an element, such as a line, the constructable system beautifies the path and cuts it--resulting in physical output after every editing step. We extend constructable towards 3D editing by developing a novel laser-cutting technique for 3D objects called LaserOrigami that works by heating up the workpiece with the defocused laser until the material becomes compliant and bends down under gravity. While constructable and LaserOrigami allow for fast physical feedback, the interaction is still best described as turn-taking since it consists of two discrete steps: users first create an input and afterwards the system provides physical output.
By decreasing the interaction unit even further to a single feature, we can achieve real-time physical feedback: Input by the user and output by the fabrication device are so tightly coupled that no visible lag exists. This allows us to explore what it means to transition from turn-taking interfaces, which only allow exploring one option at a time, to direct manipulation interfaces with real-time physical feedback, which allow users to explore the entire space of options continuously with a single interaction. We present a system called FormFab, which allows for such direct control. FormFab is based on the same principle as LaserOrigami: It uses a workpiece that when warmed up becomes compliant and can be reshaped. However, FormFab achieves the reshaping not based on gravity, but through a pneumatic system that users can control interactively. As users interact, they see the shape change in real-time.
We conclude this dissertation by extrapolating the current evolution into a future in which large numbers of people use the new technology to create objects. We see two additional challenges on the horizon: sustainability and intellectual property. We investigate sustainability by demonstrating how to print less and instead patch physical objects. We explore questions around intellectual property with a system called Scotty that transfers objects without creating duplicates, thereby preserving the designer's copyright.
N2 - Personal Fabrication Geräte, wie zum Beispiel 3D Drucker, sind dabei eine Zukunft zu ermöglichen in der selbst Benutzer ohne technisches Fachwissen eigene Objekte erstellen können. Obwohl die Hardware nun verfügbar ist, gibt es derzeit kein geeignetes Interaktionsmodel für Benutzer ohne Fachwissen. Heutzutage werden Objekte mit dem 3D Drucker in einem Stück hergestellt. Da der 3D Druck noch ein sehr langsames Verfahren ist und häufig so lange dauert, dass das Objekt über Nacht hergestellt werden muss, müssen Benutzer sorgfältig alles überprüfen bevor sie den Druckauftrag abschicken, da jeder Fehler einen weiteren Tag Wartezeit bedeuten kann. Benutzer ohne technischen Hintergrund haben jedoch nicht das notwendige Fachwissen um alle Faktoren vorhersagen zu können.
In dieser Dissertation schlagen wir vor das Interaktionsmodel von Personal Fabrication Geräten zu ändern, um diese Benutzer besser zu unterstützen. Wir argumentieren, dass die Entwicklung von Personal Fabrication Geräten der Entwicklung von Personal Computern gleicht. Die ersten Computer arbeiteten ein Programm vollständig ab, bevor sie ein Ergebnis an den Benutzer zurückgaben. Durch die Verkleinerung der Interaktionseinheit von ganzen Programmen zu einzelnen Anfragen wurden turn-taking Systeme wie die Kommandozeile möglich. Mit der Einführung von direkter Manipulation konnten Benutzer schließlich kontinuierlich mit dem Program arbeiten: sie erhielten Feedback über jede einzelne Interaktion in Echtzeit. Wir untersuchen in dieser Arbeit ob die gleichen Interaktionskonzepte auf Personal Fabrication Geräte angewendet werden können.
Wir beginnen diese Arbeit damit zu untersuchen wie man die Feedbackzeit bei der Interaktion mit ganzen Objekten verkürzen kann. Wir präsentieren eine Methode mit dem Namen Low-fidelity Fabrication, die bis zu 90% Druckzeit spart. Low-fidelity fabrication ist schnell, weil es 3D Modelle als grobe Vorschauobjekte druckt, die aber ausreichen um die Aspekte zu testen, die gerade wichtig sind. Abhängig vom aktuellen Testfokus schlagen wir vor verschiedene Konvertierungen vorzunehmen: Unser System faBrickator ist besonders für die ersten Testläufe geeignet, wenn ein modulares Design wichtig ist. Unser System WirePrint ist besonders nützlich im nächsten Schritt, wenn die Form des Objektes erhalten bleiben soll. Am Ende erlaubt unser System Platener ein Objekt so zu konvertieren, dass die technische Funktion des Objektes bewahrt wird. Wir erklären das Design unserer interaktiven Editoren und die zugrunde liegenden Konvertierungsalgorithmen.
Durch die Verkleinerung der Interaktionseinheit auf ein einzelnes Element, wie zum Beispiel einer Linie, untersuchen wir wie man Objekt-basierte Fabrikationssysteme in turn-taking Systeme umwandeln kann. Wir zeigen unser 2D System constructable, das auf einem Laser-Cutter basiert. Benutzer von constructable verwenden einen Laserpointer um auf das Werkstück im Laser-Cutter zu zeichnen. Die Zeichnung wird mit einer Kamera aufgenommen, korrigiert, und anschließend direkt mit dem Laser-Cutter ausgeschnitten. Wir erweitern constructable zu 3D mit unserer neuen Laser-Cutter Technologie Laser-Origami. LaserOrigami erzeugt 3D Objekte, indem es mit dem defokussierten Laser das Werkstück erhitzt bis es verformbar wird, die Schwerkraft biegt das Werkstück anschließend in seine 3D Form. Obwohl constructable und LaserOrigami physisches Feedback schnell erzeugen, ist die Interaktion dennoch am besten als turn-taking zu beschreiben: Benutzer editieren zuerst und sehen danach das Ergebnis.
Indem wir die Interaktionseinheit noch einmal verkleinern, nun auf ein einziges Feature, können wir Echtzeitfabrikation erreichen: Benutzereingabe und physisches Feedback sind so eng miteinander verbunden, dass es keine sichtbare Verzögerung mehr gibt. Damit können wir untersuchen, was es bedeutet von turn-taking Systemen zu direkter Manipulation überzugehen. Wir zeigen ein System mit dem Namen FormFab, das solch eine direkte interaktive Kontrolle ermöglicht. FormFab basiert auf dem gleichen Prinzip wie LaserOrigami: Ein Werkstück wird erhitzt bis es verformbar wird. Allerdings verwendet FormFab nicht die Schwerkraft zum verformen, sondern ein pneumatisches System, das Benutzer interaktiv steuern können. Wenn Benutzer den Luftdruck ändern, sehen sie wie sich die Größe der Form in Echtzeit ändert. Dies erlaubt ihnen die beste Entscheidung zu treffen während sie verschiedene Optionen evaluieren.
Im letzten Kapitel dieser Dissertation extrapolieren wir die aktuelle Entwicklung in eine Zukunft in der eine große Anzahl von Personen eigene Objekte herstellen werden. Dabei entstehen zwei neue Herausforderungen: Nachhaltigkeit und das Bewahren von intellektuellem Eigentum.
KW - human computer interaction
KW - 3D printing
KW - 3D Drucken
KW - Laser Cutten
KW - Interaktionsmodel
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100908
ER -
TY - JOUR
A1 - Micheuz, Peter
T1 - Discussing Educational Standards for Digital Competence and/or Informatics Education at Lower Secondary Level
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Participants of this workshop will be confronted exemplarily
with a considerable inconsistency of global Informatics education at
lower secondary level. More importantly, they are invited to contribute
actively on this issue in form of short case studies of their countries.
Until now, very few countries have been successful in implementing
Informatics or Computing at primary and lower secondary level. The
spectrum from digital literacy to informatics, particularly as a discipline
in its own right, has not really achieved a breakthrough and seems to
be underrepresented for these age groups. The goal of this workshop
is not only to discuss the anamnesis and diagnosis of this fragmented
field, but also to discuss and suggest viable forms of therapy in form of
setting educational standards. Making visible good practices in some
countries and comparing successful approaches are rewarding tasks for
this workshop.
Discussing and defining common educational standards on a transcontinental
level for the age group of 14 to 15 years old students in a readable,
assessable and acceptable form should keep the participants of this
workshop active beyond the limited time at the workshop.
KW - Educational Standards
KW - Digital Competence
KW - Informatics Education
KW - Computing
KW - Lower Secondary Level
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83008
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 425
EP - 431
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Menzel, Michael
T1 - Model-driven security in service-oriented architectures : leveraging security patterns to transform high-level security requirements to technical policies
T1 - Modell-getriebene Sicherheit in Service-orientierten Architekturen
N2 - Service-oriented Architectures (SOA) facilitate the provision and orchestration of business services to enable a faster adoption to changing business demands. Web Services provide a technical foundation to implement this paradigm on the basis of XML-messaging. However, the enhanced flexibility of message-based systems comes along with new threats and risks. To face these issues, a variety of security mechanisms and approaches is supported by the Web Service specifications. The usage of these security mechanisms and protocols is configured by stating security requirements in security policies. However, security policy languages for SOA are complex and difficult to create due to the expressiveness of these languages. To facilitate and simplify the creation of security policies, this thesis presents a model-driven approach that enables the generation of complex security policies on the basis of simple security intentions. SOA architects can specify these intentions in system design models and are not required to deal with complex technical security concepts. The approach introduced in this thesis enables the enhancement of any system design modelling languages – for example FMC or BPMN – with security modelling elements. The syntax, semantics, and notion of these elements is defined by our security modelling language SecureSOA. The metamodel of this language provides extension points to enable the integration into system design modelling languages. In particular, this thesis demonstrates the enhancement of FMC block diagrams with SecureSOA. To enable the model-driven generation of security policies, a domain-independent policy model is introduced in this thesis. This model provides an abstraction layer for security policies. Mappings are used to perform the transformation from our model to security policy languages. However, expert knowledge is required to generate instances of this model on the basis of simple security intentions. Appropriate security mechanisms, protocols and options must be chosen and combined to fulfil these security intentions. In this thesis, a formalised system of security patterns is used to represent this knowledge and to enable an automated transformation process. Moreover, a domain-specific language is introduced to state security patterns in an accessible way. On the basis of this language, a system of security configuration patterns is provided to transform security intentions related to data protection and identity management. The formal semantics of the security pattern language enable the verification of the transformation process introduced in this thesis and prove the correctness of the pattern application. Finally, our SOA Security LAB is presented that demonstrates the application of our model-driven approach to facilitate a dynamic creation, configuration, and execution of secure Web Service-based composed applications.
N2 - Im Bereich der Enterprisearchitekturen hat das Paradigma der Service-orientierten Architektur (SOA) in den vergangenen Jahren eine große Bedeutung erlangt. Dieser Ansatz ermöglicht die Strukturierung und Umsetzung verteilter, IT-basierter Geschäftsfunktionen, um einen effizienten und flexiblen Einsatz von IT-Ressourcen zu ermöglichen. Während in der Vergangenheit fachliche Anforderungen in monolithischen Applikationen umgesetzt wurden, setzt dieser Architekturansatz auf wiederverwendbare Dienste, die spezifische Geschäftsfunktionen implementieren. Diese Dienste können dann dynamisch zur Umsetzung von Geschäftsprozessen herangezogen werden und ermöglichen eine schnelle Reaktion auf verändernde geschäftliche Rahmenbedingungen durch Anpassung der Prozesse. Die einzelnen Dienste existieren unabhängig voneinander und sind lose über einen Nachrichtenaustausch gekoppelt. Diese Unabhängigkeit unterscheidet den SOA-Ansatz von der bisherigen Entwicklung klassischer verteilter Anwendungen. Die Verwendung unabhängiger Dienste geht aber auch mit einem größeren Gefährdungspotential einher, da eine Vielzahl von Schnittstellen bereitgestellt wird, die mittels komplexer Protokolle angesprochen werden können. Somit ist die korrekte Umsetzung von Sicherheitsmechanismen in allen Diensten und SOA-Infrastrukturkomponeten essentiell. Kommunikationspartner müssen an jedem Kommunikationsendpunkt authentifiziert und autorisiert werden und ausgetauschte Nachrichten müssen immer geschützt werden. Solche Sicherheitsanforderungen werden in technischen Sicherheitskonfigurationen (Policydokumenten) mittels einer Policysprache kodiert und werden an die Dienste verteilt, die diese Anforderungen durchsetzen. Da Policysprachen für SOA aber durch die Vielzahl und Vielfalt an Sicherheitsmechanismen, -protokollen und -standards eine hohe Komplexität aufweisen, sind Sicherheitskonfigurationen höchst fehleranfällig und mit viel Fachwissen zu erstellen. Um die Generierung von Sicherheitskonfigurationen in komplexen Systemen zu vereinfachen, wird in dieser Arbeit ein modellgetriebener Ansatz vorgestellt, der eine visuelle Modellierung von Sicherheitsanforderungen in Architekturmodellen ermöglicht und eine automatisierte Generierung von Sicherheitskonfigurationen auf Basis dieser Anforderungen unterstützt. Die Modellierungsebene ermöglicht eine einfache und abstrakte Darstellung von Sicherheitsanforderungen, die sich auch für Systemarchitekten erschließen, welche keine Sicherheits-experten sind. Beispielsweise können modellierte Daten einfach mit einem Schloss annotiert werden, um den Schutz dieser Daten zu fordern. Die Syntax, die Semantik und die Darstellung dieser Anforderungen werden durch die in dieser Arbeit vorgestellte Sicherheitsmodellierungssprache SecureSOA spezifiziert. Der vorgestellte modellgetriebene Ansatz transformiert die modellierten Anforderungen auf ein domänen-unabhängiges Policymodell, das eine Abstraktionsschicht zu konkreten Policysprachen bildet. Diese Abstrak-tionsschicht vereinfacht die Generierung von Sicherheitspolicies in verschiedenen Policysprachen. Allerdings kann diese Transformation nur erfolgen, wenn im System Expertenwissen hinterlegt ist, das die Auswahl von konkreten Sicherheitsmechanismen und -optionen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit werden Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit zur Transformation herangezogen, die dieses Wissen repräsentieren. Dazu wird ein Katalog von Entwurfsmustern eingeführt, der die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete Konfigurationen ermöglicht. Diese Muster sind mittels einer Entwurfsmustersprache definiert, die in dieser Arbeit eingeführt wird. Die formale Semantik dieser Sprache ermöglicht die formale Verifikation des Transformationsprozesses, um die Korrektheit der Entwurfsmusteranwendung nachzuweisen. Die Definition dieses Entwurfsmusterkatalogs und der darauf basierende Transformationsprozess ermöglichen die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete technische Sicherheitskonfigurationen und stellen den Beitrag dieser Arbeit dar. Abschließend wird in dieser Arbeit das SOA-Security-Lab vorgestellt, das die Umsetzung dieses Ansatzes demonstriert.
KW - IT-Sicherheit
KW - Service-Orientierte Architekturen
KW - Modell-getriebene Sicherheit
KW - Sicherheitsmodellierung
KW - Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit
KW - IT-Security
KW - Service-oriented Architectures
KW - Modell-driven Security
KW - Security Modelling
KW - SOA Security Pattern
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59058
ER -
TY - THES
A1 - Makowski, Silvia
T1 - Discriminative Models for Biometric Identification using Micro- and Macro-Movements of the Eyes
N2 - Human visual perception is an active process. Eye movements either alternate between fixations and saccades or follow a smooth pursuit movement in case of moving targets. Besides these macroscopic gaze patterns, the eyes perform involuntary micro-movements during fixations which are commonly categorized into micro-saccades, drift and tremor. Eye movements are frequently studied in cognitive psychology, because they reflect a complex interplay of perception, attention and oculomotor control.
A common insight of psychological research is that macro-movements are highly individual. Inspired by this finding, there has been a considerable amount of prior research on oculomotoric biometric identification. However, the accuracy of known approaches is too low and the time needed for identification is too long for any practical application. This thesis explores discriminative models for the task of biometric identification.
Discriminative models optimize a quality measure of the predictions and are usually superior to generative approaches in discriminative tasks. However, using discriminative models requires to select a suitable form of data representation for sequential eye gaze data; i.e., by engineering features or constructing a sequence kernel and the performance of the classification model strongly depends on the data representation. We study two fundamentally different ways of representing eye gaze within a discriminative framework. In the first part of this thesis, we explore the integration of data and psychological background knowledge in the form of generative models to construct representations. To this end, we first develop generative statistical models of gaze behavior during reading and scene viewing that account for viewer-specific distributional properties of gaze patterns. In a second step, we develop a discriminative identification model by deriving Fisher kernel functions from these and several baseline models. We find that an SVM with Fisher kernel is able to reliably identify users based on their eye gaze during reading and scene viewing. However, since the generative models are constrained to use low-frequency macro-movements, they discard a significant amount of information contained in the raw eye tracking signal at a high cost: identification requires about one minute of input recording, which makes it inapplicable for real world biometric systems. In the second part of this thesis, we study a purely data-driven modeling approach. Here, we aim at automatically discovering the individual pattern hidden in the raw eye tracking signal. To this end, we develop a deep convolutional neural network DeepEyedentification that processes yaw and pitch gaze velocities and learns a representation end-to-end. Compared to prior work, this model increases the identification accuracy by one order of magnitude and the time to identification decreases to only seconds. The DeepEyedentificationLive model further improves upon the identification performance by processing binocular input and it also detects presentation-attacks.
We find that by learning a representation, the performance of oculomotoric identification and presentation-attack detection can be driven close to practical relevance for biometric applications. Eye tracking devices with high sampling frequency and precision are expensive and the applicability of eye movement as a biometric feature heavily depends on cost of recording devices.
In the last part of this thesis, we therefore study the requirements on data quality by evaluating the performance of the DeepEyedentificationLive network under reduced spatial and temporal resolution. We find that the method still attains a high identification accuracy at a temporal resolution of only 250 Hz and a precision of 0.03 degrees. Reducing both does not have an additive deteriorating effect.
KW - Machine Learning
Y1 - 2021
ER -
TY - JOUR
A1 - Maina, Anthony Gioko
A1 - Angondi, Enos Kiforo
A1 - Waga, Rosemary
T1 - How does the Implementation of a Literacy Learning Tool Kit influence Literacy Skill Acquisition?
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This study aimed at following how teachers transfer skills
into results while using ABRA literacy software. This was done in
the second part of the pilot study whose aim was to provide equity to
control group teachers and students by exposing them to the ABRACADABRA
treatment after the end of phase 1. This opportunity was
used to follow the phase 1 teachers to see how the skills learned were
being transformed into results. A standard three-day initial training and
planning session on how to use ABRA to teach literacy was held at the
beginning of each phase for ABRA teachers (phase 1 experimental and
phase 2 delayed ABRA). Teachers were provided with teaching materials
including a tentative ABRA curriculum developed to align with the
Kenyan English Language requirements for year 1 and 3 students. Results
showed that although there was no significant difference between
the groups in vocabulary-related subscales which include word reading
and meaning as well as sentence comprehension, students in ABRACADABRA
classes improved their scores at a significantly higher rate
than students in control classes in comprehension related scores. An
average student in the ABRACADABRA group improved by 12 and
16 percentile points respectively compared to their counterparts in the
control group.
KW - ABRACADABRA
KW - Early Literacy
KW - Achievement
KW - Teachers
KW - Learners
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82856
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 319
EP - 326
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Mahr, Philipp
T1 - Resource efficient communication in network-based reconfigurable on-chip systems
T1 - Ressourcen-effiziente Kommunikation in netzwerk-basierten, rekonfigurierbaren Systemen auf einem Chip
N2 - The constantly growing capacity of reconfigurable devices allows simultaneous execution of complex applications on those devices. The mere diversity of applications deems it impossible to design an interconnection network matching the requirements of every possible application perfectly, leading to suboptimal performance in many cases. However, the architecture of the interconnection network is not the only aspect affecting performance of communication. The resource manager places applications on the device and therefore influences latency between communicating partners and overall network load. Communication protocols affect performance by introducing data and processing overhead putting higher load on the network and increasing resource demand. Approaching communication holistically not only considers the architecture of the interconnect, but communication-aware resource management, communication protocols and resource usage just as well. Incorporation of different parts of a reconfigurable system during design- and runtime and optimizing them with respect to communication demand results in more resource efficient communication. Extensive evaluation shows enhanced performance and flexibility, if communication on reconfigurable devices is regarded in a holistic fashion.
N2 - Die Leistungsfähigkeit rekonfigurierbarer Rechensysteme steigt kontinuierlich und ermöglicht damit die parallele Ausführung von immer mehr und immer größeren Anwendungen. Die Vielfalt an Anwendungen macht es allerdings unmöglich ein optimales Kommunikationsnetzwerk zu entwickeln, welches die Anforderung jeder denkbaren Anwendung berücksichtigt. Die Performanz des rekonfigurierbaren Rechensystems sinkt. Das Kommunikationsnetzwerk ist jedoch nicht der einzige Teil des Systems, der Einfluss auf die Kommunikation- sperformanz nimmt. Die Ressourcenverwaltung des Systems beeinflusst durch die Platzierung der Anwendungen die Latenz zwischen Kommunikationspartnern und die Kommunikationslast im Netzwerk. Kommunikationsprotokolle beeinträchtigen die Performanz der Kommunikation durch Daten und Rechen- overhead, die ebenso zu erhöhter Netzwerklast sowie Ressourcenanforderungen führen. In einem ganzheitlichen Kommunikationsansatz wird nicht nur das Kommunikationsnetzwerk berücksichtigt, sondern außerdem Ressourcenverwaltung, Kommunikationsprotokolle und die anderweitige Verwendung vorhandener, temporär ungenutzter Kommunikationsressourcen. Durch Einbeziehung dieser Aspekte während Entwurfs- und Laufzeit und durch Optimierung unter Berücksichtigung der Kommunikationsanforderungen, wird eine ressourceneneffizien tere Kommunikation erreicht. Ausführliche Evaluationen zeigen, dass eine ganzheitliche Betrachtung von Kommunikationsfaktoren, Verbesserungen von Performanz und Flexibilität erzielt.
KW - Rekonfiguration
KW - Platzierung
KW - Netzwerke
KW - Kommunikation
KW - reconfiguration
KW - networks-on-chip
KW - communication
KW - placement
KW - scheduling
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59914
ER -
TY - JOUR
A1 - Magenheim, Johannes
A1 - Schubert, Sigrid
A1 - Schapert, Niclas
T1 - Modelling and Measurement of Competencies in Computer Science Education
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - As a result of the Bologna reform of educational systems in
Europe the outcome orientation of learning processes, competence-oriented
descriptions of the curricula and competence-oriented assessment
procedures became standard also in Computer Science Education
(CSE). The following keynote addresses important issues of shaping
a CSE competence model especially in the area of informatics system
comprehension and object-oriented modelling. Objectives and research
methodology of the project MoKoM (Modelling and Measurement
of Competences in CSE) are explained. Firstly, the CSE competence
model was derived based on theoretical concepts and then secondly the
model was empirically examined and refined using expert interviews.
Furthermore, the paper depicts the development and examination of
a competence measurement instrument, which was derived from the
competence model. Therefore, the instrument was applied to a large
sample of students at the gymnasium’s upper class level. Subsequently,
efforts to develop a competence level model, based on the retrieved empirical
results and on expert ratings are presented. Finally, further demands
on research on competence modelling in CSE will be outlined.
KW - Competence Modelling
KW - Competence Measurement
KW - Informatics System Application
KW - Informatics System Comprehension
KW - Informatics Modelling
KW - Secondary Education
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82592
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 33
EP - 57
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Magenheim, Johannes
A1 - Nelles, Wolfgang
A1 - Neugebauer, Jonas
A1 - Ohrndorf, Laura
A1 - Schaper, Niclas
A1 - Schubert, Sigrid
T1 - Expert Rating of Competence Levels in Upper Secondary Computer Science Education
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - In the project MoKoM, which is funded by the German
Research Foundation (DFG) from 2008 to 2012, a test instrument
measuring students’ competences in computer science was developed.
This paper presents the results of an expert rating of the levels of
students’ competences done for the items of the instrument.
At first we will describe the difficulty-relevant features that were
used for the evaluation. These were deduced from computer science,
psychological and didactical findings and resources. Potentials and
desiderata of this research method are discussed further on. Finally
we will present our conclusions on the results and give an outlook on
further steps.
KW - Competence Modelling
KW - Competence Measurement
KW - Informatics System Application
KW - Informatics System Comprehension
KW - Informatics Modelling
KW - Secondary Education
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82683
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 199
EP - 216
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Luther, Laura
A1 - Tiberius, Victor
A1 - Brem, Alexander
T1 - User experience (UX) in business, management, and psychology
BT - a bibliometric mapping of the current state of research
JF - Multimodal technologies and interaction : open access journal
N2 - User Experience (UX) describes the holistic experience of a user before, during, and after interaction with a platform, product, or service. UX adds value and attraction to their sole functionality and is therefore highly relevant for firms. The increased interest in UX has produced a vast amount of scholarly research since 1983. The research field is, therefore, complex and scattered. Conducting a bibliometric analysis, we aim at structuring the field quantitatively and rather abstractly. We employed citation analyses, co-citation analyses, and content analyses to evaluate productivity and impact of extant research. We suggest that future research should focus more on business and management related topics.
KW - bibliometric analysis
KW - co-citation analysis
KW - co-occurrence analysis
KW - citation analysis
KW - user experience
KW - UX
Y1 - 2020
U6 - https://doi.org/10.3390/mti4020018
SN - 2414-4088
VL - 4
IS - 2
PB - MDPI
CY - Basel
ER -
TY - THES
A1 - Lunemann, Carolin
T1 - Quantum cryptography : security analysis of multiuser quantum communication with embedded authentication
N2 - Three quantum cryptographic protocols of multiuser quantum networks with embedded authentication, allowing quantum key distribution or quantum direct communication, are discussed in this work. The security of the protocols against different types of attacks is analysed with a focus on various impersonation attacks and the man-in-the-middle attack. On the basis of the security analyses several improvements are suggested and implemented in order to adjust the investigated vulnerabilities. Furthermore, the impact of the eavesdropping test procedure on impersonation attacks is outlined. The framework of a general eavesdropping test is proposed to provide additional protection against security risks in impersonation attacks.
N2 - In der Diplomarbeit werden drei verschiedene quantenkryptographische Protokolle mit dem Schwerpunkt auf authentifizierten Quantennetzwerken analysiert. Die Sicherheit der Protokolle gegenüber verschiedenen Angriffen wird untersucht, wobei der Fokus auf kompletten Personifikationsattacken („impersonation attacks“) liegt. Auf Basis der Sicherheitsanalyse und den Netzwerkanforderungen werden entsprechende Verbesserungen vorgeschlagen. Um die Gefahr von Personifikationen realistisch abschätzen zu können, wird außerdem der Einfluss des Testablaufs analysiert. Um zusätzlichen Schutz gegen Personifikationsattacken zu gewährleisten, werden die Rahmenbedingungen für eine allgemeine Testspezifikation festgelegt.
KW - Kryptographie
KW - Quantenkryptographie
KW - Authentifizierung
KW - Netzwerk
KW - cryptography
KW - quantum cryptography
KW - authentication
KW - multiuser
KW - network
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12756
ER -
TY - JOUR
A1 - Lis, Monika
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Constructing a Phylogenetic Tree
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - In this project I constructed a workflow that takes a DNA sequence as input and provides a phylogenetic tree, consisting of the input sequence and other sequences which were found during a database search. In this phylogenetic tree the sequences are arranged depending on similarities. In bioinformatics, constructing phylogenetic trees is often used to explore the evolutionary relationships of genes or organisms and to understand the mechanisms of evolution itself.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 101
EP - 109
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
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 - THES
A1 - Linckels, Serge
T1 - An e-librarian service : supporting explorative learning by a description logics based semantic retrieval tool
T1 - Ein E-Bibliothekar-Dienst : unterstütztes exploratives Lernen durch ein Beschreibungslogik basiertes, semantisches Retrievalwerkzeug
N2 - Although educational content in electronic form is increasing dramatically, its usage in an educational environment is poor, mainly due to the fact that there is too much of (unreliable) redundant, and not relevant information. Finding appropriate answers is a rather difficult task being reliant on the user filtering of the pertinent information from the noise. Turning knowledge bases like the online tele-TASK archive into useful educational resources requires identifying correct, reliable, and "machine-understandable" information, as well as developing simple but efficient search tools with the ability to reason over this information. Our vision is to create an E-Librarian Service, which is able to retrieve multimedia resources from a knowledge base in a more efficient way than by browsing through an index, or by using a simple keyword search. In our E-Librarian Service, the user can enter his question in a very simple and human way; in natural language (NL). Our premise is that more pertinent results would be retrieved if the search engine understood the sense of the user's query. The returned results are then logical consequences of an inference rather than of keyword matchings. Our E-Librarian Service does not return the answer to the user's question, but it retrieves the most pertinent document(s), in which the user finds the answer to his/her question. Among all the documents that have some common information with the user query, our E-Librarian Service identifies the most pertinent match(es), keeping in mind that the user expects an exhaustive answer while preferring a concise answer with only little or no information overhead. Also, our E-Librarian Service always proposes a solution to the user, even if the system concludes that there is no exhaustive answer. Our E-Librarian Service was implemented prototypically in three different educational tools. A first prototype is CHESt (Computer History Expert System); it has a knowledge base with 300 multimedia clips that cover the main events in computer history. A second prototype is MatES (Mathematics Expert System); it has a knowledge base with 115 clips that cover the topic of fractions in mathematics for secondary school w.r.t. the official school programme. All clips were recorded mainly by pupils. The third and most advanced prototype is the "Lecture Butler's E-Librarain Service"; it has a Web service interface to respect a service oriented architecture (SOA), and was developed in the context of the Web-University project at the Hasso-Plattner-Institute (HPI). Two major experiments in an educational environment - at the Lycée Technique Esch/Alzette in Luxembourg - were made to test the pertinence and reliability of our E-Librarian Service as a complement to traditional courses. The first experiment (in 2005) was made with CHESt in different classes, and covered a single lesson. The second experiment (in 2006) covered a period of 6 weeks of intensive use of MatES in one class. There was no classical mathematics lesson where the teacher gave explanations, but the students had to learn in an autonomous and exploratory way. They had to ask questions to the E-Librarian Service just the way they would if there was a human teacher.
N2 - Obwohl sich die Verfügbarkeit von pädagogischen Inhalten in elektronischer Form stetig erhöht, ist deren Nutzen in einem schulischen Umfeld recht gering. Die Hauptursache dessen ist, dass es zu viele unzuverlässige, redundante und nicht relevante Informationen gibt. Das Finden von passenden Lernobjekten ist eine schwierige Aufgabe, die vom benutzerbasierten Filtern der passenden Informationen abhängig ist. Damit Wissensbanken wie das online Tele-TASK Archiv zu nützlichen, pädagogischen Ressourcen werden, müssen Lernobjekte korrekt, zuverlässig und in maschinenverständlicher Form identifiziert werden, sowie effiziente Suchwerkzeuge entwickelt werden. Unser Ziel ist es, einen E-Bibliothekar-Dienst zu schaffen, der multimediale Ressourcen in einer Wissensbank auf effizientere Art und Weise findet als mittels Navigieren durch ein Inhaltsverzeichnis oder mithilfe einer einfachen Stichwortsuche. Unsere Prämisse ist, dass passendere Ergebnisse gefunden werden könnten, wenn die semantische Suchmaschine den Sinn der Benutzeranfrage verstehen würde. In diesem Fall wären die gelieferten Antworten logische Konsequenzen einer Inferenz und nicht die einer Schlüsselwortsuche. Tests haben gezeigt, dass unser E-Bibliothekar-Dienst unter allen Dokumenten in einer gegebenen Wissensbank diejenigen findet, die semantisch am besten zur Anfrage des Benutzers passen. Dabei gilt, dass der Benutzer eine vollständige und präzise Antwort erwartet, die keine oder nur wenige Zusatzinformationen enthält. Außerdem ist unser System in der Lage, dem Benutzer die Qualität und Pertinenz der gelieferten Antworten zu quantifizieren und zu veranschaulichen. Schlussendlich liefert unser E-Bibliothekar-Dienst dem Benutzer immer eine Antwort, selbst wenn das System feststellt, dass es keine vollständige Antwort auf die Frage gibt. Unser E-Bibliothekar-Dienst ermöglicht es dem Benutzer, seine Fragen in einer sehr einfachen und menschlichen Art und Weise auszudrücken, nämlich in natürlicher Sprache. Linguistische Informationen und ein gegebener Kontext in Form einer Ontologie werden für die semantische Übersetzung der Benutzereingabe in eine logische Form benutzt. Unser E-Bibliothekar-Dienst wurde prototypisch in drei unterschiedliche pädagogische Werkzeuge umgesetzt. In zwei Experimenten wurde in einem pädagogischen Umfeld die Angemessenheit und die Zuverlässigkeit dieser Werkzeuge als Komplement zum klassischen Unterricht geprüft. Die Hauptergebnisse sind folgende: Erstens wurde festgestellt, dass Schüler generell akzeptieren, ganze Fragen einzugeben - anstelle von Stichwörtern - wenn dies ihnen hilft, bessere Suchresultate zu erhalten. Zweitens, das wichtigste Resultat aus den Experimenten ist die Erkenntnis, dass Schuleresultate verbessert werden können, wenn Schüler unseren E-Bibliothekar-Dienst verwenden. Wir haben eine generelle Verbesserung von 5% der Schulresultate gemessen. 50% der Schüler haben ihre Schulnoten verbessert, 41% von ihnen sogar maßgeblich. Einer der Hauptgründe für diese positiven Resultate ist, dass die Schüler motivierter waren und folglich bereit waren, mehr Einsatz und Fleiß in das Lernen und in das Erwerben von neuem Wissen zu investieren.
KW - Terminologische Logik
KW - Deskriptive Logik
KW - Semantische Suche
KW - Ontologie
KW - e-Learning
KW - Semantik Web
KW - Description Logics
KW - Semantic Search
KW - Ontologies
KW - e-Learning
KW - Semantic Web
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17452
ER -
TY - GEN
A1 - Lifschitz, Vladimir
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Interview with Vladimir Lifschitz
T2 - Künstliche Intelligenz
N2 - This interview with Vladimir Lifschitz was conducted by Torsten Schaub at the University of Texas at Austin in August 2017. The question set was compiled by Torsten Schaub and Stefan Woltran.
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0552-x
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 213
EP - 218
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - JOUR
A1 - Lewin, Cathy
A1 - McNicol, Sarah
T1 - Supporting the Development of 21st Century Skills through ICT
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The growing impact of globalisation and the development of
a ‘knowledge society’ have led many to argue that 21st century skills are
essential for life in twenty-first century society and that ICT is central
to their development. This paper describes how 21st century skills, in
particular digital literacy, critical thinking, creativity, communication
and collaboration skills, have been conceptualised and embedded in the
resources developed for teachers in iTEC, a four-year, European project.
The effectiveness of this approach is considered in light of the data
collected through the evaluation of the pilots, which considers both the
potential benefits of using technology to support the development of
21st century skills, but also the challenges of doing so. Finally, the paper
discusses the learning support systems required in order to transform
pedagogies and embed 21st century skills. It is argued that support is
required in standards and assessment; curriculum and instruction; professional
development; and learning environments.
KW - 21st century skills,
KW - primary education
KW - secondary education
KW - pedagogy
KW - innovation
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82672
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 181
EP - 198
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Lanfermann, Gerd
T1 - Nomadic migration : a service environment for autonomic computing on the Grid
N2 - In den vergangenen Jahren ist es zu einer dramatischen Vervielfachung der verfügbaren Rechenzeit gekommen. Diese 'Grid Ressourcen' stehen jedoch nicht als kontinuierlicher Strom zur Verfügung, sondern sind über verschiedene Maschinentypen, Plattformen und Betriebssysteme verteilt, die jeweils durch Netzwerke mit fluktuierender Bandbreite verbunden sind. Es wird für Wissenschaftler zunehmend schwieriger, die verfügbaren Ressourcen für ihre Anwendungen zu nutzen. Wir glauben, dass intelligente, selbstbestimmende Applikationen in der Lage sein sollten, ihre Ressourcen in einer dynamischen und heterogenen Umgebung selbst zu wählen: Migrierende Applikationen suchen eine neue Ressource, wenn die alte aufgebraucht ist. 'Spawning'-Anwendungen lassen Algorithmen auf externen Maschinen laufen, um die Hauptanwendung zu beschleunigen. Applikationen werden neu gestartet, sobald ein Absturz endeckt wird. Alle diese Verfahren können ohne menschliche Interaktion erfolgen. Eine verteilte Rechenumgebung besitzt eine natürliche Unverlässlichkeit. Jede Applikation, die mit einer solchen Umgebung interagiert, muss auf die gestörten Komponenten reagieren können: schlechte Netzwerkverbindung, abstürzende Maschinen, fehlerhafte Software. Wir konstruieren eine verlässliche Serviceinfrastruktur, indem wir der Serviceumgebung eine 'Peer-to-Peer'-Topology aufprägen. Diese “Grid Peer Service” Infrastruktur beinhaltet Services wie Migration und Spawning, als auch Services zum Starten von Applikationen, zur Dateiübertragung und Auswahl von Rechenressourcen. Sie benutzt existierende Gridtechnologie wo immer möglich, um ihre Aufgabe durchzuführen. Ein Applikations-Information- Server arbeitet als generische Registratur für alle Teilnehmer in der Serviceumgebung. Die Serviceumgebung, die wir entwickelt haben, erlaubt es Applikationen z.B. eine Relokationsanfrage an einen Migrationsserver zu stellen. Der Server sucht einen neuen Computer, basierend auf den übermittelten Ressourcen-Anforderungen. Er transferiert den Statusfile des Applikation zu der neuen Maschine und startet die Applikation neu. Obwohl das umgebende Ressourcensubstrat nicht kontinuierlich ist, können wir kontinuierliche Berechnungen auf Grids ausführen, indem wir die Applikation migrieren. Wir zeigen mit realistischen Beispielen, wie sich z.B. ein traditionelles Genom-Analyse-Programm leicht modifizieren lässt, um selbstbestimmte Migrationen in dieser Serviceumgebung durchzuführen.
N2 - In recent years, there has been a dramatic increase in available compute capacities. However, these “Grid resources” are rarely accessible in a continuous stream, but rather appear scattered across various machine types, platforms and operating systems, which are coupled by networks of fluctuating bandwidth. It becomes increasingly difficult for scientists to exploit available resources for their applications. We believe that intelligent, self-governing applications should be able to select resources in a dynamic and heterogeneous environment: Migrating applications determine a resource when old capacities are used up. Spawning simulations launch algorithms on external machines to speed up the main execution. Applications are restarted as soon as a failure is detected. All these actions can be taken without human interaction. A distributed compute environment possesses an intrinsic unreliability. Any application that interacts with such an environment must be able to cope with its failing components: deteriorating networks, crashing machines, failing software. We construct a reliable service infrastructure by endowing a service environment with a peer-to-peer topology. This “Grid Peer Services” infrastructure accommodates high-level services like migration and spawning, as well as fundamental services for application launching, file transfer and resource selection. It utilizes existing Grid technology wherever possible to accomplish its tasks. An Application Information Server acts as a generic information registry to all participants in a service environment. The service environment that we developed, allows applications e.g. to send a relocation requests to a migration server. The server selects a new computer based on the transmitted resource requirements. It transfers the application's checkpoint and binary to the new host and resumes the simulation. Although the Grid's underlying resource substrate is not continuous, we achieve persistent computations on Grids by relocating the application. We show with our real-world examples that a traditional genome analysis program can be easily modified to perform self-determined migrations in this service environment.
KW - Peer-to-Peer-Netz ; GRID computing ; Zuverlässigkeit ; Web Services ; Betriebsmittelverwaltung ; Migration
KW - Grid
KW - 'Peer To Peer'
KW - Migration
KW - Spawning
Y1 - 2002
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000773
ER -
TY - JOUR
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Wickert, Alexander
A1 - Margaria, Tiziana
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Lessons Learned
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - This chapter summarizes the experience and the lessons we learned concerning the application of the jABC as a framework for design and execution of scientific workflows. It reports experiences from the domain modeling (especially service integration) and workflow design phases and evaluates the resulting models statistically with respect to the SIB library and hierarchy levels.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 45
EP - 64
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Wickert, Alexander
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - The Course's SIB Libraries
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - This chapter gives a detailed description of the service framework underlying all the example projects that form the foundation of this book. It describes the different SIB libraries that we made available for the course “Process modeling in the natural sciences” to provide the functionality that was required for the envisaged applications. The students used these SIB libraries to realize their projects.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 30
EP - 44
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - GEN
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Margaria, Tiziana
A1 - Steffen, Bernhard
T1 - Bio-jETI : a framework for semantics-based service composition
N2 - Background: The development of bioinformatics databases, algorithms, and tools throughout the last years has lead to a highly distributedworld of bioinformatics services. Without adequatemanagement and development support, in silico researchers are hardly able to exploit the potential of building complex, specialized analysis processes from these services. The Semantic Web aims at thoroughly equipping individual data and services with machine-processable meta-information, while workflow systems support the construction of service compositions. However, even in this combination, in silico researchers currently would have to deal manually with the service interfaces, the adequacy of the semantic annotations, type incompatibilities, and the consistency of service compositions. Results: In this paper, we demonstrate by means of two examples how Semantic Web technology together with an adequate domain modelling frees in silico researchers from dealing with interfaces, types, and inconsistencies. In Bio-jETI, bioinformatics services can be graphically combined to complex services without worrying about details of their interfaces or about type mismatches of the composition. These issues are taken care of at the semantic level by Bio-jETI’s model checking and synthesis features. Whenever possible, they automatically resolve type mismatches in the considered service setting. Otherwise, they graphically indicate impossible/incorrect service combinations. In the latter case, the workflow developermay either modify his service composition using semantically similar services, or ask for help in developing the missing mediator that correctly bridges the detected type gap. Newly developed mediators should then be adequately annotated semantically, and added to the service library for later reuse in similar situations. Conclusion: We show the power of semantic annotations in an adequately modelled and semantically enabled domain setting. Using model checking and synthesis methods, users may orchestrate complex processes from a wealth of heterogeneous services without worrying about interfaces and (type) consistency. The success of this method strongly depends on a careful semantic annotation of the provided services and on its consequent exploitation for analysis, validation, and synthesis. We are convinced that these annotations will become standard, as they will become preconditions for the success and widespread use of (preferred) services in the Semantic Web
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 136
KW - European Bioinformatics Institute
KW - Integration
KW - Tool
KW - Alignment
KW - Workflow
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45066
ER -
TY - JOUR
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Margaria, Tiziana
A1 - Steffen, Bernhard
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Modeling and Execution of Scientific Workflows with the jABC Framework
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - We summarize here the main characteristics and features of the jABC framework, used in the case studies as a graphical tool for modeling scientific processes and workflows. As a comprehensive environment for service-oriented modeling and design according to the XMDD (eXtreme Model-Driven Design) paradigm, the jABC offers much more than the pure modeling capability. Associated technologies and plugins provide in fact means for a rich variety of supporting functionality, such as remote service integration, taxonomical service classification, model execution, model verification, model synthesis, and model compilation. We describe here in short both the essential jABC features and the service integration philosophy followed in the environment. In our work over the last years we have seen that this kind of service definition and provisioning platform has the potential to become a core technology in interdisciplinary service orchestration and technology transfer: Domain experts, like scientists not specially trained in computer science, directly define complex service orchestrations as process models and use efficient and complex domain-specific tools in a simple and intuitive way.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 14
EP - 29
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Margaria, Tiziana
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Scientific Workflows and XMDD
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - A major part of the scientific experiments that are carried out today requires thorough computational support. While database and algorithm providers face the problem of bundling resources to create and sustain powerful computation nodes, the users have to deal with combining sets of (remote) services into specific data analysis and transformation processes. Today’s attention to “big data” amplifies the issues of size, heterogeneity, and process-level diversity/integration. In the last decade, especially workflow-based approaches to deal with these processes have enjoyed great popularity. This book concerns a particularly agile and model-driven approach to manage scientific workflows that is based on the XMDD paradigm. In this chapter we explain the scope and purpose of the book, briefly describe the concepts and technologies of the XMDD paradigm, explain the principal differences to related approaches, and outline the structure of the book.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 1
EP - 13
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Lamprecht, Anna-Lena
A1 - Margaria, Tiziana
ED - Lamprecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Scientific workflows and XMDD
JF - Process design for natural scientists
Y1 - 2015
SN - 978-3-662-45006-2
SP - 1
EP - 13
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Lai, Kwok-Wing
A1 - Davis, Niki
A1 - Eickelmann, Birgit
A1 - Erstad, Ola
A1 - Fisser, Petra
A1 - Gibson, David
A1 - Khaddage, Ferial
A1 - Knezek, Gerald
A1 - Webb, Mary
T1 - Tackling Educational Challenges in a Digitally Networked World
BT - Strategies developed from the EDUSummIT 2013
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW - Assessment
KW - computational thinking
KW - digitally-enabled pedagogies
KW - educational systems
KW - informal and formal learning
KW - mobile learning
KW - mobile technologies and apps
KW - organisational evolution
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82997
SN - 1868-0844
IS - 7
SP - 415
EP - 423
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Lagriffoul, Fabien
A1 - Andres, Benjamin
T1 - Combining task and motion planning
BT - A culprit detection problem
JF - The international journal of robotics research
N2 - Solving problems combining task and motion planning requires searching across a symbolic search space and a geometric search space. Because of the semantic gap between symbolic and geometric representations, symbolic sequences of actions are not guaranteed to be geometrically feasible. This compels us to search in the combined search space, in which frequent backtracks between symbolic and geometric levels make the search inefficient.We address this problem by guiding symbolic search with rich information extracted from the geometric level through culprit detection mechanisms.
KW - combined task and motion planning
KW - manipulation planning
Y1 - 2016
U6 - https://doi.org/10.1177/0278364915619022
SN - 1741-3176
SN - 0278-3649
VL - 35
IS - 8
SP - 890
EP - 927
PB - Sage Science Press
CY - Thousand Oaks
ER -
TY - THES
A1 - Kyprianidis, Jan Eric
T1 - Structure adaptive stylization of images and video
T1 - Strukturadaptive Stilisierung von Bildern und Videos
N2 - In the early days of computer graphics, research was mainly driven by the goal to create realistic synthetic imagery. By contrast, non-photorealistic computer graphics, established as its own branch of computer graphics in the early 1990s, is mainly motivated by concepts and principles found in traditional art forms, such as painting, illustration, and graphic design, and it investigates concepts and techniques that abstract from reality using expressive, stylized, or illustrative rendering techniques. This thesis focuses on the artistic stylization of two-dimensional content and presents several novel automatic techniques for the creation of simplified stylistic illustrations from color images, video, and 3D renderings. Primary innovation of these novel techniques is that they utilize the smooth structure tensor as a simple and efficient way to obtain information about the local structure of an image. More specifically, this thesis contributes to knowledge in this field in the following ways. First, a comprehensive review of the structure tensor is provided. In particular, different methods for integrating the minor eigenvector field of the smoothed structure tensor are developed, and the superiority of the smoothed structure tensor over the popular edge tangent flow is demonstrated. Second, separable implementations of the popular bilateral and difference of Gaussians filters that adapt to the local structure are presented. These filters avoid artifacts while being computationally highly efficient. Taken together, both provide an effective way to create a cartoon-style effect. Third, a generalization of the Kuwahara filter is presented that avoids artifacts by adapting the shape, scale, and orientation of the filter to the local structure. This causes directional image features to be better preserved and emphasized, resulting in overall sharper edges and a more feature-abiding painterly effect. In addition to the single-scale variant, a multi-scale variant is presented, which is capable of performing a highly aggressive abstraction. Fourth, a technique that builds upon the idea of combining flow-guided smoothing with shock filtering is presented, allowing for an aggressive exaggeration and an emphasis of directional image features. All presented techniques are suitable for temporally coherent per-frame filtering of video or dynamic 3D renderings, without requiring expensive extra processing, such as optical flow. Moreover, they can be efficiently implemented to process content in real-time on a GPU.
N2 - In den Anfängen der Computergrafik war die Forschung hauptsächlich von dem Anspruch getragen, realistisch aussehende synthetische Bilder zu erstellen. Im Gegensatz dazu ist die nicht-photorealistische Computergraphik, ein Untergebiet der Computergrafik, welches in den frühen 1990er Jahren gegründet wurde, vor allem motiviert durch Konzepte und Prinzipien der traditionellen Kunst wie Malerei, Illustration und Grafikdesign. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der künstlerischen Verarbeitung von zweidimensionalen Bildinhalten und präsentiert mehrere neue automatische Verfahren für die Erstellung von vereinfachten künstlerischen Darstellungen von Farbbildern, Videos und 3D- Renderings. Wichtigste Neuerung dieser Techniken ist die Verwendung des Strukturtensors als eine einfache und effiziente Möglichkeit, Informationen über die lokale Struktur eines Bildes zu erhalten. Konkret werden die folgenden Beiträge gemacht. Erstens wird eine umfassende übersicht über den Strukturtensor gegeben. Insbesondere werden verschiedene Methoden für die Integration des kleineren Eigenvektorfeldes des geglätteten Strukturtensors entwickelt, und die Überlegenheit des geglätteten Strukturtensors gegenüber dem populären Edge-Tangent-Flow demonstriert. Zweitens werden separable Implementierungen des bilateralen Filters und des Difference of Gaussians Filters vorgestellt. Durch die Anpassung der Filter an die lokale Struktur des Bildes werden Bildfehler vermieden, wobei der Vorgang rechnerisch effizient bleibt. Zusammengenommen bieten beide Techniken eine effektive Möglichkeit, um einen Cartoon-ähnlichen Effekt zu erzielen. Drittens wird eine Verallgemeinerung des Kuwahara-Filters vorgestellt. Durch die Anpassung von Form, Umfang und Orientierung der Filter an die lokale Struktur werden Bildfehler verhindert. Außerdem werden direktionale Bildmerkmale besser berücksichtigt und betont, was zu schärferen Kanten und einem malerischen Effekt führt. Neben der single-scale Variante wird auch eine multi-scale Variante vorgestellt, welche im Stande ist, eine höhere Abstraktion zu erzielen. Viertens wird eine Technik vorgestellt, die auf der Kombination von flussgesteuerter Glättung und Schock-Filterung beruht, was zu einer intensiven Verstärkung und Betonung der direktionalen Bildmerkmale führt. Alle vorgestellten Techniken erlauben die zeitlich kohärente Verarbeitung von Einzelbildern eines Videos oder einer dynamischen 3D-Szene, ohne dass andere aufwendige Verfahren wie zum Beispiel die Berechnung des optischen Flusses, benötigt werden. Darüberhinaus können die Techniken effizient implementiert werden und ermöglichen die Verarbeitung in Echtzeit auf einem Grafikprozessor (GPU).
KW - Nicht-photorealistisches Rendering
KW - Flussgesteuerter Bilateraler Filter
KW - Differenz von Gauss Filtern
KW - Anisotroper Kuwahara Filter
KW - non-photorealistic rendering
KW - flow-based bilateral filter
KW - difference of Gaussians
KW - anisotropic Kuwahara filter
KW - coherence-enhancing filtering
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64104
ER -
TY - JOUR
A1 - Kuntzsch, Christian
T1 - Visualization of data transfer paths
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - A workflow for visualizing server connections using the Google Maps API was built in the jABC. It makes use of three basic services: An XML-based IP address geolocation web service, a command line tool and the Static Maps API. The result of the workflow is an URL leading to an image file of a map, showing server connections between a client and a target host.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 140
EP - 148
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Kreowsky, Philipp
A1 - Stabernack, Christian Benno
T1 - A full-featured FPGA-based pipelined architecture for SIFT extraction
JF - IEEE access : practical research, open solutions / Institute of Electrical and Electronics Engineers
N2 - Image feature detection is a key task in computer vision. Scale Invariant Feature Transform (SIFT) is a prevalent and well known algorithm for robust feature detection. However, it is computationally demanding and software implementations are not applicable for real-time performance. In this paper, a versatile and pipelined hardware implementation is proposed, that is capable of computing keypoints and rotation invariant descriptors on-chip. All computations are performed in single precision floating-point format which makes it possible to implement the original algorithm with little alteration. Various rotation resolutions and filter kernel sizes are supported for images of any resolution up to ultra-high definition. For full high definition images, 84 fps can be processed. Ultra high definition images can be processed at 21 fps.
KW - Field programmable gate arrays
KW - Convolution
KW - Signal processing
KW - algorithms
KW - Kernel
KW - Image resolution
KW - Histograms
KW - Feature extraction
KW - Scale-invariant feature transform (SIFT)
KW - field-programmable gate array
KW - (FPGA)
KW - image processing
KW - computer vision
KW - parallel processing
KW - architecture
KW - real-time
KW - hardware architecture
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3104387
SN - 2169-3536
VL - 9
SP - 128564
EP - 128573
PB - Inst. of Electr. and Electronics Engineers
CY - New York, NY
ER -
TY - THES
A1 - Konczak, Kathrin
T1 - Preferences in answer set programming
T1 - Präferenzen in der Antwortmengenprogrammierung
N2 - Answer Set Programming (ASP) emerged in the late 1990s as a new logic programming paradigm, having its roots in nonmonotonic reasoning, deductive databases, and logic programming with negation as failure. The basic idea of ASP is to represent a computational problem as a logic program whose answer sets correspond to solutions, and then to use an answer set solver for finding answer sets of the program. ASP is particularly suited for solving NP-complete search problems. Among these, we find applications to product configuration, diagnosis, and graph-theoretical problems, e.g. finding Hamiltonian cycles. On different lines of ASP research, many extensions of the basic formalism have been proposed. The most intensively studied one is the modelling of preferences in ASP. They constitute a natural and effective way of selecting preferred solutions among a plethora of solutions for a problem. For example, preferences have been successfully used for timetabling, auctioning, and product configuration. In this thesis, we concentrate on preferences within answer set programming. Among several formalisms and semantics for preference handling in ASP, we concentrate on ordered logic programs with the underlying D-, W-, and B-semantics. In this setting, preferences are defined among rules of a logic program. They select preferred answer sets among (standard) answer sets of the underlying logic program. Up to now, those preferred answer sets have been computed either via a compilation method or by meta-interpretation. Hence, the question comes up, whether and how preferences can be integrated into an existing ASP solver. To solve this question, we develop an operational graph-based framework for the computation of answer sets of logic programs. Then, we integrate preferences into this operational approach. We empirically observe that our integrative approach performs in most cases better than the compilation method or meta-interpretation. Another research issue in ASP are optimization methods that remove redundancies, as also found in database query optimizers. For these purposes, the rather recently suggested notion of strong equivalence for ASP can be used. If a program is strongly equivalent to a subprogram of itself, then one can always use the subprogram instead of the original program, a technique which serves as an effective optimization method. Up to now, strong equivalence has not been considered for logic programs with preferences. In this thesis, we tackle this issue and generalize the notion of strong equivalence to ordered logic programs. We give necessary and sufficient conditions for the strong equivalence of two ordered logic programs. Furthermore, we provide program transformations for ordered logic programs and show in how far preferences can be simplified. Finally, we present two new applications for preferences within answer set programming. First, we define new procedures for group decision making, which we apply to the problem of scheduling a group meeting. As a second new application, we reconstruct a linguistic problem appearing in German dialects within ASP. Regarding linguistic studies, there is an ongoing debate about how unique the rule systems of language are in human cognition. The reconstruction of grammatical regularities with tools from computer science has consequences for this debate: if grammars can be modelled this way, then they share core properties with other non-linguistic rule systems.
N2 - Die Antwortmengenprogrammierung entwickelte sich in den späten 90er Jahren als neues Paradigma der logischen Programmierung und ist in den Gebieten des nicht-monotonen Schließens und der deduktiven Datenbanken verwurzelt. Dabei wird eine Problemstellung als logisches Programm repräsentiert, dessen Lösungen, die so genannten Antwortmengen, genau den Lösungen des ursprünglichen Problems entsprechen. Die Antwortmengenprogrammierung bildet ein geeignetes Fundament zur Repräsentation und zum Lösen von Entscheidungs- und Suchproblemen in der Komplexitätsklasse NP. Anwendungen finden wir unter anderem in der Produktkonfiguration, Diagnose und bei graphen-theoretischen Problemen, z.B. der Suche nach Hamiltonschen Kreisen. In den letzten Jahren wurden viele Erweiterungen der Antwortmengenprogrammierung betrachtet. Die am meisten untersuchte Erweiterung ist die Modellierung von Präferenzen. Diese bilden eine natürliche und effektive Möglichkeit, unter einer Vielzahl von Lösungen eines Problems bevorzugte Lösungen zu selektieren. Präferenzen finden beispielsweise in der Stundenplanung, bei Auktionen und bei Produktkonfigurationen ihre Anwendung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Modellierung, Implementierung und Anwendung von Präferenzen in der Antwortmengenprogrammierung. Da es verschiedene Ansätze gibt, um Präferenzen darzustellen, konzentrieren wir uns auf geordnete logische Programme, wobei Präferenzen als partielle Ordnung der Regeln eines logischen Programms ausgedrückt werden. Dabei betrachten wir drei verschiedene Semantiken zur Interpretation dieser Präferenzen. Im Vorfeld wurden für diese Semantiken die bevorzugten Antwortmengen durch einen Compiler oder durch Meta-Interpretation berechnet. Da Präferenzen Lösungen selektieren, stellt sich die Frage, ob es möglich ist, diese direkt in den Berechnungsprozeß von präferenzierten Antwortmengen zu integrieren, so dass die bevorzugten Antwortmengen ohne Zwischenschritte berechnet werden können. Dazu entwickeln wir zuerst ein auf Graphen basierendes Gerüst zur Berechnung von Antwortmengen. Anschließend werden wir darin Präferenzen integrieren, so dass bevorzugte Antwortmengen ohne Compiler oder Meta-Interpretation berechnet werden. Es stellt sich heraus, dass die integrative Methode auf den meisten betrachteten Problemklassen wesentlich leistungsfähiger ist als der Compiler oder Meta-Interpretation. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Frage, inwieweit sich geordnete logische Programme vereinfachen lassen. Dazu steht die Methodik der strengen Äquivalenz von logischen Programmen zur Verfügung. Wenn ein logisches Programm streng äquivalent zu einem seiner Teilprogramme ist, so kann man dieses durch das entsprechende Teilprogramm ersetzen, ohne dass sich die zugrunde liegende Semantik ändert. Bisher wurden strenge Äquivalenzen nicht für logische Programme mit Präferenzen untersucht. In dieser Arbeit definieren wir erstmalig strenge Äquivalenzen für geordnete logische Programme. Wir geben notwendige und hinreichende Bedingungen für die strenge Äquivalenz zweier geordneter logischer Programme an. Des Weiteren werden wir auch die Frage beantworten, inwieweit geordnete logische Programme und deren Präferenzstrukturen vereinfacht werden können. Abschließend präsentieren wir zwei neue Anwendungsbereiche von Präferenzen in der Antwortmengenprogrammierung. Zuerst definieren wir neue Prozeduren zur Entscheidungsfindung innerhalb von Gruppenprozessen. Diese integrieren wir anschließend in das Problem der Planung eines Treffens für eine Gruppe. Als zweite neue Anwendung rekonstruieren wir mit Hilfe der Antwortmengenprogrammierung eine linguistische Problemstellung, die in deutschen Dialekten auftritt. Momentan wird im Bereich der Linguistik darüber diskutiert, ob Regelsysteme von (menschlichen) Sprachen einzigartig sind oder nicht. Die Rekonstruktion von grammatikalischen Regularitäten mit Werkzeugen aus der Informatik erlaubt die Unterstützung der These, dass linguistische Regelsysteme Gemeinsamkeiten zu anderen nicht-linguistischen Regelsystemen besitzen.
KW - Präferenzen
KW - Antwortmengenprogrammierung
KW - logische Programmierung
KW - Künstliche Intelligenz
KW - preferences
KW - priorities
KW - answer set programming
KW - logic programming
KW - artificial intelligence
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12058
ER -
TY - THES
A1 - Kluth, Stephan
T1 - Quantitative modeling and analysis with FMC-QE
T1 - Quantitative Modellierung und Analyse mit FMC-QE
N2 - The modeling and evaluation calculus FMC-QE, the Fundamental Modeling Concepts for Quanti-tative Evaluation [1], extends the Fundamental Modeling Concepts (FMC) for performance modeling and prediction. In this new methodology, the hierarchical service requests are in the main focus, because they are the origin of every service provisioning process. Similar to physics, these service requests are a tuple of value and unit, which enables hierarchical service request transformations at the hierarchical borders and therefore the hierarchical modeling. Through reducing the model complexity of the models by decomposing the system in different hierarchical views, the distinction between operational and control states and the calculation of the performance values on the assumption of the steady state, FMC-QE has a scalable applica-bility on complex systems. According to FMC, the system is modeled in a 3-dimensional hierarchical representation space, where system performance parameters are described in three arbitrarily fine-grained hierarchi-cal bipartite diagrams. The hierarchical service request structures are modeled in Entity Relationship Diagrams. The static server structures, divided into logical and real servers, are de-scribed as Block Diagrams. The dynamic behavior and the control structures are specified as Petri Nets, more precisely Colored Time Augmented Petri Nets. From the structures and pa-rameters of the performance model, a hierarchical set of equations is derived. The calculation of the performance values is done on the assumption of stationary processes and is based on fundamental laws of the performance analysis: Little's Law and the Forced Traffic Flow Law. Little's Law is used within the different hierarchical levels (horizontal) and the Forced Traffic Flow Law is the key to the dependencies among the hierarchical levels (vertical). This calculation is suitable for complex models and allows a fast (re-)calculation of different performance scenarios in order to support development and configuration decisions. Within the Research Group Zorn at the Hasso Plattner Institute, the work is embedded in a broader research in the development of FMC-QE. While this work is concentrated on the theoretical background, description and definition of the methodology as well as the extension and validation of the applicability, other topics are in the development of an FMC-QE modeling and evaluation tool and the usage of FMC-QE in the design of an adaptive transport layer in order to fulfill Quality of Service and Service Level Agreements in volatile service based environments. This thesis contains a state-of-the-art, the description of FMC-QE as well as extensions of FMC-QE in representative general models and case studies. In the state-of-the-art part of the thesis in chapter 2, an overview on existing Queueing Theory and Time Augmented Petri Net models and other quantitative modeling and evaluation languages and methodologies is given. Also other hierarchical quantitative modeling frameworks will be considered. The description of FMC-QE in chapter 3 consists of a summary of the foundations of FMC-QE, basic definitions, the graphical notations, the FMC-QE Calculus and the modeling of open queueing networks as an introductory example. The extensions of FMC-QE in chapter 4 consist of the integration of the summation method in order to support the handling of closed networks and the modeling of multiclass and semaphore scenarios. Furthermore, FMC-QE is compared to other performance modeling and evaluation approaches. In the case study part in chapter 5, proof-of-concept examples, like the modeling of a service based search portal, a service based SAP NetWeaver application and the Axis2 Web service framework will be provided. Finally, conclusions are given by a summary of contributions and an outlook on future work in chapter 6. [1] Werner Zorn. FMC-QE - A New Approach in Quantitative Modeling. In Hamid R. Arabnia, editor, Procee-dings of the International Conference on Modeling, Simulation and Visualization Methods (MSV 2007) within WorldComp ’07, pages 280 – 287, Las Vegas, NV, USA, June 2007. CSREA Press. ISBN 1-60132-029-9.
N2 - FMC-QE (Fundamental Modeling Concepts for Quantitative Evaluation [1]) ist eine auf FMC, den Fundamental Modeling Concepts, basierende Methodik zur Modellierung des Leistungsverhaltens von Systemen mit einem dazugehörenden Kalkül zur Erstellung von Leistungsvorhersagen wie Antwortzeiten und Durchsatz. In dieser neuen Methodik steht die Modellierung der hierarchischen Bedienanforderungen im Mittelpunkt, da sie der Ursprung aller dienstbasierenden Systeme sind. Wie in der Physik sind in FMC-QE die Bedienanforderungen Tupel aus Wert und Einheit, um Auftragstransformationen an Hierarchiegrenzen zu ermöglichen. Da die Komplexität durch eine Dekomposition in mehreren Sichten und in verschiedene hierarchische Schichten, die Unterscheidung von Operations- und Kontrollzuständen, sowie dazugehörige Berechungen unter Annahme der Stationarität reduziert wird, skaliert die Anwendbarkeit von FMC-QE auf komplexe Systeme. Gemäß FMC wird das zu modellierende System in einem 3-dimensionalen hierarchischen Beschreibungsraum dargestellt. Die quantitativen Kenngrößen der Systeme werden in drei beliebig frei-granularen hierarchischen bi-partiten Graphen beschrieben. Die hierarchische Struktur der Bedienanforderungen wird in Entity Relationship Diagrammen beschrieben. Die statischen Bedienerstrukturen, unterteilt in logische und reale Bediener, sind in Aufbaudiagrammen erläutert. Außerdem werden Petri Netze, genauer Farbige Zeit-behaftete Petri Netze, dazu verwendet, die dynamischen Abläufe, sowie die Kontrollflüsse im System zu beschreiben. Anschließend wird eine Menge von hierarchischen Gleichungen von der Struktur und den Parametern des Modells abgeleitet. Diese Gleichungen, die auf dem stationären Zustand des Systems beruhen, basieren auf den beiden Fundamental Gesetzen der Leistungsanalyse, dem Gesetz von Little und dem Verkehrsflussgesetz. Das Gesetz von Little definiert hierbei Beziehungen innerhalb einer hierarchischen Schicht (horizontal) und das Verkehrsflussgesetz wiederum Beziehungen zwischen hierarchischen Schichten (vertikal). Die Berechungen erlauben Leistungsvorhersagen für komplexe Systeme durch eine effiziente Berechnung von Leistungsgrößen für eine große Auswahl von System- und Lastkonfigurationen. Innerhalb der Forschungsgruppe von Prof. Dr.-Ing Werner Zorn am Hasso Plattner Institut an der Universität Potsdam ist die vorliegende Arbeit in einen größeren Forschungskontext im Bereich FMC-QE eingebettet. Während hier ein Fokus auf dem theoretischen Hintergrund, der Beschreibung und der Definition der Methodik als auch der Anwendbarkeit und Erweiterung gelegt wurde, sind andere Arbeiten auf dem Gebiet der Entwicklung einer Anwendung zur Modellierung und Evaluierung von Systemen mit FMC-QE bzw. der Verwendung von FMC-QE zur Entwicklung einer adaptiven Transportschicht zur Einhaltung von Dienstgüten (Quality of Service) und Dienstvereinbarungen (Service Level Agreements) in volatilen dienstbasierten Systemen beheimatet. Diese Arbeit umfasst einen Einblick in den Stand der Technik, die Beschreibung von FMC-QE sowie die Weiterentwicklung von FMC-QE in repräsentativen allgemeinen Modellen und Fallstudien. Das Kapitel 2: Stand der Technik gibt einen Überblick über die Warteschlangentheorie, Zeit-behaftete Petri Netze, weitere Leistungsbeschreibungs- und Leistungsvorhersagungstechniken sowie die Verwendung von Hierarchien in Leistungsbeschreibungstechniken. Die Beschreibung von FMC-QE in Kapitel 3 enthält die Erläuterung der Grundlagen von FMC-QE, die Beschreibung einiger Grundannahmen, der graphischen Notation, dem mathematischen Modell und einem erläuternden Beispiel. In Kapitel 4: Erweiterungen von FMC-QE wird die Behandlung weiterer allgemeiner Modelle, wie die Modellklasse von geschlossenen Netzen, Synchronisierung und Mehrklassen-Modelle beschrieben. Außerdem wird FMC-QE mit dem Stand der Technik verglichen. In Kapitel 5 werden Machbarkeitsstudien beschrieben. Schließlich werden in Kapitel 6 eine Zusammenfassung und ein Ausblick gegeben. [1] Werner Zorn. FMC-QE - A New Approach in Quantitative Modeling. In Hamid R. Arabnia, editor, Proceedings of the International Conference on Modeling, Simulation and Visualization Methods (MSV 2007) within WorldComp ’07, 280 – 287, Las Vegas, NV, USA, Juni 2007. CSREA Press. ISBN 1-60132-029-9.
KW - FMC-QE
KW - Quantitative Modellierung
KW - Leistungsvorhersage
KW - Warteschlangentheorie
KW - Zeitbehaftete Petri Netze
KW - FMC-QE
KW - Quantitative Modeling
KW - Performance Prediction
KW - Queuing Theory
KW - Time Augmented Petri Nets
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52987
ER -
TY - THES
A1 - Kaufmann, Benjamin
T1 - High performance answer set solving
Y1 - 2015
ER -
TY - JOUR
A1 - Kalas, Ivan
T1 - Programming at Pre-primary and Primary Levels
BT - The Pipeline Can Start That Early
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW - Learning interfaces development
KW - computational thinking
KW - educational programming
KW - primary level
KW - pre-primary level
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82587
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 29
EP - 31
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Jung, Jörg
T1 - Efficient credit based server load balancing
Y1 - 2015
ER -
TY - JOUR
A1 - Jones, Anthony
T1 - ICT Competencies for School Students
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This paper discusses results from a small-scale research
study, together with some recently published research into student
perceptions of ICT for learning in schools, to consider relevant skills
that do not appear to currently being taught. The paper concludes by
raising three issues relating to learning with and through ICT that need
to be addressed in school curricula and classroom teaching.
KW - Learning with ICT
KW - student perceptions
KW - student experience
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82663
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 171
EP - 179
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Jiang, Chunyan
T1 - Multi-visualization and hybrid segmentation approaches within telemedicine framework
T1 - Multi-Visualisierung und hybride Segmentierungsansätze auf dem Gebiet der Telemedizin
N2 - The innovation of information techniques has changed many aspects of our life. In health care field, we can obtain, manage and communicate high-quality large volumetric image data by computer integrated devices, to support medical care. In this dissertation I propose several promising methods that could assist physicians in processing, observing and communicating the image data. They are included in my three research aspects: telemedicine integration, medical image visualization and image segmentation. And these methods are also demonstrated by the demo software that I developed. One of my research point focuses on medical information storage standard in telemedicine, for example DICOM, which is the predominant standard for the storage and communication of medical images. I propose a novel 3D image data storage method, which was lacking in current DICOM standard. I also created a mechanism to make use of the non-standard or private DICOM files. In this thesis I present several rendering techniques on medical image visualization to offer different display manners, both 2D and 3D, for example, cut through data volume in arbitrary degree, rendering the surface shell of the data, and rendering the semi-transparent volume of the data. A hybrid segmentation approach, designed for semi-automated segmentation of radiological image, such as CT, MRI, etc, is proposed in this thesis to get the organ or interested area from the image. This approach takes advantage of the region-based method and boundary-based methods. Three steps compose the hybrid approach: the first step gets coarse segmentation by fuzzy affinity and generates homogeneity operator; the second step divides the image by Voronoi Diagram and reclassifies the regions by the operator to refine segmentation from the previous step; the third step handles vague boundary by level set model. Topics for future research are mentioned in the end, including new supplement for DICOM standard for segmentation information storage, visualization of multimodal image information, and improvement of the segmentation approach to higher dimension.
N2 - Innovative Informationstechnologien haben viele Bereiche unseres Lebens verändert. Im Gesundheitsbereich ist es mittels Computer möglich, qualitativ hochwertige und große volumetrische Bilddaten zu verwalten, zu verarbeiten und dadurch die medizinische Betreuung zu unterstützen. In dieser Dissertation stelle ich verschiedene Methoden vor, die Mediziner beim Prozess der Beobachtung, Verarbeitung und Nutzung von Bilddaten verstärkt unterstützten können. Meine Forschungsarbeit befasst sich mit drei Schwerpunktthemen: Telemedizinintegration, Visualisierung von medizinischen Bildern und Bildsegmentierung. Zur Demonstration der Machbarkeit der vorgeschlagenen Methoden implementierte ich zudem eine Anwendungssoftware. Das entwickelte System kann in punkto Telemedizinintegration nicht nur Dateien im DICOM Format lesen und schreiben, sondern auch nicht-standardisierte Dateien reparieren. In meiner Arbeit gebe ich außerdem einen Vorschlag für eine Erweiterung des DICOM Standards für die Speicherung von 3D Bildinformationen. Zur Darstellung der Bilddaten wurden in dem entwickelten System drei verschiedene Ansichten implementiert: Volumen Ansicht, Oberflächen Ansicht sowie Querschnitt Ansicht. Ein Großteil meiner Arbeit ist der Vorschlag eines neuen hybriden Bildsegmentierungsansatzes. Durch das neu vorgeschlagene Verfahren können komplexe neurale MRI Daten effizient und präzise segmentiert werden. Zusätzlich wird der manuelle Arbeitsaufwand der Experten drastisch verringert.
KW - medizinisch
KW - bild
KW - Segmentierung
KW - medical
KW - image
KW - segmentation
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12829
ER -
TY - THES
A1 - Ishebabi, Harold
T1 - Architecture synthesis for adaptive multiprocessor systems on chip
T1 - Architektursynthese adaptiver On-Chip Multiprozessor-Systeme
N2 - This thesis presents methods for automated synthesis of flexible chip multiprocessor systems from parallel programs targeted at FPGAs to exploit both task-level parallelism and architecture customization. Automated synthesis is necessitated by the complexity of the design space. A detailed description of the design space is provided in order to determine which parameters should be modeled to facilitate automated synthesis by optimizing a cost function, the emphasis being placed on inclusive modeling of parameters from application, architectural and physical subspaces, as well as their joint coverage in order to avoid pre-constraining the design space. Given a parallel program and a set of an IP library, the automated synthesis problem is to simultaneously (i) select processors (ii) map and schedule tasks to them, and (iii) select one or several networks for inter-task communications such that design constraints and optimization objectives are met. The research objective in this thesis is to find a suitable model for automated synthesis, and to evaluate methods of using the model for architectural optimizations. Our contributions are a holistic approach for the design of such systems, corresponding models to facilitate automated synthesis, evaluation of optimization methods using state of the art integer linear and answer set programming, as well as the development of synthesis heuristics to solve runtime challenges.
N2 - Aktuelle Technologien erlauben es komplexe Multiprozessorsysteme auf einem Chip mit Milliarden von Transistoren zu realisieren. Der Entwurf solcher Systeme ist jedoch zeitaufwendig und schwierig. Diese Arbeit befasst sich mit der Frage, wie On-Chip Multiprozessorsysteme ausgehend von parallelen Programmen automatisch synthetisiert werden können. Die Implementierung der Multiprozessorsysteme auf rekonfigurierbaren Chips erlaubt es die gesamte Architektur an die Struktur eines vorliegenden parallelen Programms anzupassen. Auf diese Weise ist es möglich die aktuellen technologischen Unzulänglichkeiten zu umgehen, insbesondere die nicht weitersteigende Taktfrequenzen sowie den langsamen Zugriff auf Datenspeicher. Eine Automatisierung des Entwurfs von Multiprozessorsystemen ist notwendig, da der Entwurfsraum von Multiprozessorsystemen zu groß ist, um vom Menschen überschaut zu werden. In einem ersten Ansatz wurde das Syntheseproblem mittels linearer Gleichungen modelliert, die dann durch lineare Programmierungswerkzeuge gelöst werden können. Ausgehend von diesem Ansatz wurde untersucht, wie die typischerweise langen Rechenzeiten solcher Optimierungsmethoden durch neuere Methode aus dem Gebiet der Erfüllbarkeitsprobleme der Aussagenlogik minimiert werden können. Dabei wurde die Werkzeugskette Potassco verwendet, in der lineare Programme direkt in Logikprogramme übersetzt werden können. Es wurde gezeigt, dass dieser zweite Ansatz die Optimierungszeit um bis zu drei Größenordnungen beschleunigt. Allerdings lassen sich große Syntheseprobleme auf diese weise wegen Speicherbegrenzungen nicht lösen. Ein weiterer Ansatz zur schnellen automatischen Synthese bietet die Verwendung von Heuristiken. Es wurden im Rahmen diese Arbeit drei Heuristiken entwickelt, die die Struktur des vorliegenden Syntheseproblems ausnutzen, um die Optimierungszeit zu minimieren. Diese Heuristiken wurden unter Berücksichtigung theoretischer Ergebnisse entwickelt, deren Ursprung in der mathematische Struktur des Syntheseproblems liegt. Dadurch lassen sich optimale Architekturen in kurzer Zeit ermitteln. Die durch diese Dissertation offen gewordene Forschungsarbeiten sind u. a. die Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge des Datenaustauschs zwischen parallelen Tasks, die Optimierung des logik-basierten Ansatzes, die Integration von Prozessor- und Netzwerksimulatoren zur funktionalen Verifikation synthetisierter Architekturen, sowie die Entwicklung geeigneter Architekturkomponenten.
KW - Multiprozessor
KW - rekonfigurierbar
KW - Synthese
KW - Parallelrechner
KW - Exploration
KW - Multiprocessor
KW - Reconfigurable
KW - High-Level Synthesis
KW - Parallel Programming
KW - Exploration
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41316
ER -
TY - JOUR
A1 - Huang, Yizhen
A1 - Richter, Eric
A1 - Kleickmann, Thilo
A1 - Wiepke, Axel
A1 - Richter, Dirk
T1 - Classroom complexity affects student teachers’ behavior in a VR classroom
JF - Computers & education : an international journal
N2 - Student teachers often struggle to keep track of everything that is happening in the classroom, and particularly to notice and respond when students cause disruptions. The complexity of the classroom environment is a potential contributing factor that has not been empirically tested. In this experimental study, we utilized a virtual reality (VR) classroom to examine whether classroom complexity affects the likelihood of student teachers noticing disruptions and how they react after noticing. Classroom complexity was operationalized as the number of disruptions and the existence of overlapping disruptions (multidimensionality) as well as the existence of parallel teaching tasks (simultaneity). Results showed that student teachers (n = 50) were less likely to notice the scripted disruptions, and also less likely to respond to the disruptions in a comprehensive and effortful manner when facing greater complexity. These results may have implications for both teacher training and the design of VR for training or research purpose. This study contributes to the field from two aspects: 1) it revealed how features of the classroom environment can affect student teachers' noticing of and reaction to disruptions; and 2) it extends the functionality of the VR environment-from a teacher training tool to a testbed of fundamental classroom processes that are difficult to manipulate in real-life.
KW - Augmented and virtual reality
KW - Simulations
KW - Improving classroom
KW - teaching
KW - Media in education
KW - Pedagogical issues
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1016/j.compedu.2020.104100
SN - 0360-1315
SN - 1873-782X
VL - 163
PB - Elsevier
CY - Oxford
ER -
TY - THES
A1 - Huang, Wanjun
T1 - Temporary binding for dynamic middleware construction and web services composition
T1 - Temporäre Anbindung für dynamischen Middlewareaufbau und Web Services Integration
N2 - With increasing number of applications in Internet and mobile environments, distributed software systems are demanded to be more powerful and flexible, especially in terms of dynamism and security. This dissertation describes my work concerning three aspects: dynamic reconfiguration of component software, security control on middleware applications, and web services dynamic composition. Firstly, I proposed a technology named Routing Based Workflow (RBW) to model the execution and management of collaborative components and realize temporary binding for component instances. The temporary binding means component instances are temporarily loaded into a created execution environment to execute their functions, and then are released to their repository after executions. The temporary binding allows to create an idle execution environment for all collaborative components, on which the change operations can be immediately carried out. The changes on execution environment will result in a new collaboration of all involved components, and also greatly simplifies the classical issues arising from dynamic changes, such as consistency preserving etc. To demonstrate the feasibility of RBW, I created a dynamic secure middleware system - the Smart Data Server Version 3.0 (SDS3). In SDS3, an open source implementation of CORBA is adopted and modified as the communication infrastructure, and three secure components managed by RBW, are created to enhance the security on the access of deployed applications. SDS3 offers multi-level security control on its applications from strategy control to application-specific detail control. For the management by RBW, the strategy control of SDS3 applications could be dynamically changed by reorganizing the collaboration of the three secure components. In addition, I created the Dynamic Services Composer (DSC) based on Apache open source projects, Apache Axis and WSIF. In DSC, RBW is employed to model the interaction and collaboration of web services and to enable the dynamic changes on the flow structure of web services. Finally, overall performance tests were made to evaluate the efficiency of the developed RBW and SDS3. The results demonstrated that temporary binding of component instances makes slight impacts on the execution efficiency of components, and the blackout time arising from dynamic changes can be extremely reduced in any applications.
N2 - Heutige Softwareanwendungen fuer das Internet und den mobilen Einsatz erfordern bezueglich Funktionalitaet und Sicherheit immer leistungsstaerkere verteilte Softwaresysteme. Diese Dissertation befasst sich mit der dynamischen Rekonfiguration von Komponentensoftware, Sicherheitskontrolle von Middlewareanwendungen und der dynamischen Komposition von Web Services. Zuerst wird eine Routing Based Workflow (RBW) Technologie vorgestellt, welche die Ausfuehrung und das Management von kollaborierenden Komponenten modelliert, sowie fuer die Realisierung einer temporaeren Anbindung von Komponenteninstanzen zustaendig ist. D.h., Komponenteninstanzen werden zur Ausfuehrung ihrer Funktionalitaet temporaer in eine geschaffene Ausfuehrungsumgebung geladen und nach Beendigung wieder freigegeben. Die temporaere Anbindung erlaubt das Erstellen einer Ausfuehrungsumgebung, in der Rekonfigurationen unmittelbar vollzogen werden koennen. Aenderungen der Ausfuehrungsumgebung haben neue Kollaborations-Beziehungen der Komponenten zufolge und vereinfachen stark die Schwierigkeiten wie z.B. Konsistenzerhaltung, die mit dynamischen Aenderungen verbunden sind. Um die Durchfuehrbarkeit von RBW zu demonstrieren, wurde ein dynamisches, sicheres Middleware System erstellt - der Smart Data Server, Version 3 (SDS3). Bei SDS3 kommt eine Open Source Softwareimplementierung von CORBA zum Einsatz, die modifiziert als Kommunikationsinfrasturkutur genutzt wird. Zudem wurden drei Sicherheitskomponenten erstellt, die von RBW verwaltet werden und die Sicherheit beim Zugriff auf die eingesetzten Anwendungen erhoehen. SDS3 bietet den Anwendungen Sicherheitskontrollfunktionen auf verschiedenen Ebenen, angefangen von einer Strategiekontrolle bis zu anwendungsspezifischen Kontrollfunktionen. Mittels RBW kann die Strategiekontrolle des SDS3 dynamisch durch Reorganisation von Kollabortions-Beziehungen zwischen den Sicherheitskomponenten angepasst werden. Neben diesem System wurde der Dynamic Service Composer (DSC) implementiert, welcher auf den Apache Open Source Projekten Apache Axis und WSIF basiert. Im DSC wird RBW eingesetzt, um die Interaktion und Zusammenarbeit von Web Services zu modellieren sowie dynamische Aenderungen der Flussstruktur von Web Services zu ermoeglichen. Nach der Implementierung wurden Performance-Tests bezueglich RBW und SDS3 durchgefuehrt. Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass eine temporaere Anbindung von Komponenteninstanzen nur einen geringen Einfluss auf die Ausfuehrungseffizienz von Komponeten hat. Ausserdem bestaetigen die Testergebnisse, dass die mit der dynamischen Rekonfiguration verbundene Ausfallzeit extrem niedrig ist.
KW - Middleware
KW - Web Services
KW - Temporäre Anbindung
KW - Dynamische Rekonfiguration
KW - temporary binding
KW - dynamic reconfiguration
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7672
ER -
TY - THES
A1 - Hu, Ji
T1 - A virtual machine architecture for IT-security laboratories
T1 - Eine virtuelle maschinenbasierte Architektur für IT-Sicherheitslabore
N2 - This thesis discusses challenges in IT security education, points out a gap between e-learning and practical education, and presents a work to fill the gap. E-learning is a flexible and personalized alternative to traditional education. Nonetheless, existing e-learning systems for IT security education have difficulties in delivering hands-on experience because of the lack of proximity. Laboratory environments and practical exercises are indispensable instruction tools to IT security education, but security education in conventional computer laboratories poses particular problems such as immobility as well as high creation and maintenance costs. Hence, there is a need to effectively transform security laboratories and practical exercises into e-learning forms. In this thesis, we introduce the Tele-Lab IT-Security architecture that allows students not only to learn IT security principles, but also to gain hands-on security experience by exercises in an online laboratory environment. In this architecture, virtual machines are used to provide safe user work environments instead of real computers. Thus, traditional laboratory environments can be cloned onto the Internet by software, which increases accessibility to laboratory resources and greatly reduces investment and maintenance costs. Under the Tele-Lab IT-Security framework, a set of technical solutions is also proposed to provide effective functionalities, reliability, security, and performance. The virtual machines with appropriate resource allocation, software installation, and system configurations are used to build lightweight security laboratories on a hosting computer. Reliability and availability of laboratory platforms are covered by a virtual machine management framework. This management framework provides necessary monitoring and administration services to detect and recover critical failures of virtual machines at run time. Considering the risk that virtual machines can be misused for compromising production networks, we present a security management solution to prevent the misuse of laboratory resources by security isolation at the system and network levels. This work is an attempt to bridge the gap between e-learning/tele-teaching and practical IT security education. It is not to substitute conventional teaching in laboratories but to add practical features to e-learning. This thesis demonstrates the possibility to implement hands-on security laboratories on the Internet reliably, securely, and economically.
N2 - Diese Dissertation beschreibt die Herausforderungen in der IT Sicherheitsausbildung und weist auf die noch vorhandene Lücke zwischen E-Learning und praktischer Ausbildung hin. Sie erklärt einen Ansatz sowie ein System, um diese Lücke zwischen Theorie und Praxis in der elektronischen Ausbildung zu schließen. E-Learning ist eine flexible und personalisierte Alternative zu traditionellen Lernmethoden. Heutigen E-Learning Systemen mangelt es jedoch an der Fähigkeit, praktische Erfahrungen über große Distanzen zu ermöglichen. Labor- bzw. Testumgebungen sowie praktische Übungen sind jedoch unverzichtbar, wenn es um die Ausbildung von Sicherheitsfachkräften geht. Konventionelle Laborumgebungen besitzen allerdings einige Nachteile wie bspw. hoher Erstellungsaufwand, keine Mobilität, hohe Wartungskosten, etc. Die Herausforderung heutiger IT Sicherheitsausbildung ist es daher, praktische Sicherheitslaborumgebungen und Übungen effektiv mittels E-Learning zu unterstützen. In dieser Dissertation wird die Architektur von Tele-Lab IT-Security vorgestellt, die Studenten nicht nur erlaubt theoretische Sicherheitskonzepte zu erlernen, sondern darüber hinaus Sicherheitsübungen in einer Online-Laborumgebung praktisch zu absolvieren. Die Teilnehmer können auf diese Weise wichtige praktische Erfahrungen im Umgang mit Sicherheitsprogrammen sammeln. Zur Realisierung einer sicheren Übungsumgebung, werden virtuelle Maschinen anstatt reale Rechner im Tele-Lab System verwendet. Mittels virtueller Maschinen können leicht Laborumgebungen geklont, verwaltet und über das Internet zugänglich gemacht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Offline-Laboren können somit erhebliche Investitions- und Wartungskosten gespart werden. Das Tele-Lab System bietet eine Reihe von technischen Funktionen, die den effektiven, zuverlässigen und sicheren Betrieb dieses Trainingssystems gewährleistet. Unter Beachtung angemessener Ressourcennutzung, Softwareinstallationen und Systemkonfigurationen wurden virtuelle Maschinen als Übungsstationen erstellt, die auf einem einzelnen Rechner betrieben werden. Für ihre Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ist das Managementsystem der virtuellen Maschinen verantwortlich. Diese Komponente besitzt die notwendigen Überwachungs- und Verwaltungsfunktionen, um kritische Fehler der virtuellen Maschinen während der Laufzeit zu erkennen und zu beheben. Damit die Übungsstationen nicht bspw. zur Kompromittierung von Produktivnetzwerken genutzt werden, beschreibt die Dissertation Sicherheits-Managementlösungen, die mittels Isolation auf System und Netzwerk Ebene genau dieses Risiko verhindern sollen. Diese Arbeit ist der Versuch, die Lücke zwischen E-Learning/Tele-Teaching und praktischer Sicherheitsausbildung zu schließen. Sie verfolgt nicht das Ziel, konventionelle Ausbildung in Offline Laboren zu ersetzen, sondern auch praktische Erfahrungen via E-Learning zu unterstützen. Die Dissertation zeigt die Möglichkeit, praktische Erfahrungen mittels Sicherheitsübungsumgebungen über das Internet auf zuverlässige, sichere und wirtschaftliche Weise zu vermitteln.
KW - Computersicherheit
KW - VM
KW - E-Learning
KW - IT security
KW - virtual machine
KW - E-Learning
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7818
ER -
TY - THES
A1 - Holz, Christian
T1 - 3D from 2D touch
T1 - 3D von 2D-Berührungen
N2 - While interaction with computers used to be dominated by mice and keyboards, new types of sensors now allow users to interact through touch, speech, or using their whole body in 3D space. These new interaction modalities are often referred to as "natural user interfaces" or "NUIs." While 2D NUIs have experienced major success on billions of mobile touch devices sold, 3D NUI systems have so far been unable to deliver a mobile form factor, mainly due to their use of cameras. The fact that cameras require a certain distance from the capture volume has prevented 3D NUI systems from reaching the flat form factor mobile users expect. In this dissertation, we address this issue by sensing 3D input using flat 2D sensors. The systems we present observe the input from 3D objects as 2D imprints upon physical contact. By sampling these imprints at very high resolutions, we obtain the objects' textures. In some cases, a texture uniquely identifies a biometric feature, such as the user's fingerprint. In other cases, an imprint stems from the user's clothing, such as when walking on multitouch floors. By analyzing from which part of the 3D object the 2D imprint results, we reconstruct the object's pose in 3D space. While our main contribution is a general approach to sensing 3D input on 2D sensors upon physical contact, we also demonstrate three applications of our approach. (1) We present high-accuracy touch devices that allow users to reliably touch targets that are a third of the size of those on current touch devices. We show that different users and 3D finger poses systematically affect touch sensing, which current devices perceive as random input noise. We introduce a model for touch that compensates for this systematic effect by deriving the 3D finger pose and the user's identity from each touch imprint. We then investigate this systematic effect in detail and explore how users conceptually touch targets. Our findings indicate that users aim by aligning visual features of their fingers with the target. We present a visual model for touch input that eliminates virtually all systematic effects on touch accuracy. (2) From each touch, we identify users biometrically by analyzing their fingerprints. Our prototype Fiberio integrates fingerprint scanning and a display into the same flat surface, solving a long-standing problem in human-computer interaction: secure authentication on touchscreens. Sensing 3D input and authenticating users upon touch allows Fiberio to implement a variety of applications that traditionally require the bulky setups of current 3D NUI systems. (3) To demonstrate the versatility of 3D reconstruction on larger touch surfaces, we present a high-resolution pressure-sensitive floor that resolves the texture of objects upon touch. Using the same principles as before, our system GravitySpace analyzes all imprints and identifies users based on their shoe soles, detects furniture, and enables accurate touch input using feet. By classifying all imprints, GravitySpace detects the users' body parts that are in contact with the floor and then reconstructs their 3D body poses using inverse kinematics. GravitySpace thus enables a range of applications for future 3D NUI systems based on a flat sensor, such as smart rooms in future homes. We conclude this dissertation by projecting into the future of mobile devices. Focusing on the mobility aspect of our work, we explore how NUI devices may one day augment users directly in the form of implanted devices.
N2 - Die Interaktion mit Computern war in den letzten vierzig Jahren stark von Tastatur und Maus geprägt. Neue Arten von Sensoren ermöglichen Computern nun, Eingaben durch Berührungs-, Sprach- oder 3D-Gestensensoren zu erkennen. Solch neuartige Formen der Interaktion werden häufig unter dem Begriff "natürliche Benutzungsschnittstellen" bzw. "NUIs" (englisch natural user interfaces) zusammengefasst. 2D-NUIs ist vor allem auf Mobilgeräten ein Durchbruch gelungen; über eine Milliarde solcher Geräte lassen sich durch Berührungseingaben bedienen. 3D-NUIs haben sich jedoch bisher nicht auf mobilen Plattformen durchsetzen können, da sie Nutzereingaben vorrangig mit Kameras aufzeichnen. Da Kameras Bilder jedoch erst ab einem gewissen Abstand auflösen können, eignen sie sich nicht als Sensor in einer mobilen Plattform. In dieser Arbeit lösen wir dieses Problem mit Hilfe von 2D-Sensoren, von deren Eingaben wir 3D-Informationen rekonstruieren. Unsere Prototypen zeichnen dabei die 2D-Abdrücke der Objekte, die den Sensor berühren, mit hoher Auflösung auf. Aus diesen Abdrücken leiten sie dann die Textur der Objekte ab. Anhand der Stelle der Objektoberfläche, die den Sensor berührt, rekonstruieren unsere Prototypen schließlich die 3D-Ausrichtung des jeweiligen Objektes. Neben unserem Hauptbeitrag der 3D-Rekonstruktion stellen wir drei Anwendungen unserer Methode vor. (1) Wir präsentieren Geräte, die Berührungseingaben dreimal genauer als existierende Geräte messen und damit Nutzern ermöglichen, dreimal kleinere Ziele zuverlässig mit dem Finger auszuwählen. Wir zeigen dabei, dass sowohl die Haltung des Fingers als auch der Benutzer selbst einen systematischen Einfluss auf die vom Sensor gemessene Position ausübt. Da existierende Geräte weder die Haltung des Fingers noch den Benutzer erkennen, nehmen sie solche Variationen als Eingabeungenauigkeit wahr. Wir stellen ein Modell für Berührungseingabe vor, das diese beiden Faktoren integriert, um damit die gemessenen Eingabepositionen zu präzisieren. Anschließend untersuchen wir, welches mentale Modell Nutzer beim Berühren kleiner Ziele mit dem Finger anwenden. Unsere Ergebnisse deuten auf ein visuelles Modell hin, demzufolge Benutzer Merkmale auf der Oberfläche ihres Fingers an einem Ziel ausrichten. Bei der Analyse von Berührungseingaben mit diesem Modell verschwinden nahezu alle zuvor von uns beobachteten systematischen Effekte. (2) Unsere Prototypen identifizieren Nutzer anhand der biometrischen Merkmale von Fingerabdrücken. Unser Prototyp Fiberio integriert dabei einen Fingerabdruckscanner und einen Bildschirm in die selbe Oberfläche und löst somit das seit Langem bestehende Problem der sicheren Authentifizierung auf Berührungsbildschirmen. Gemeinsam mit der 3D-Rekonstruktion von Eingaben ermöglicht diese Fähigkeit Fiberio, eine Reihe von Anwendungen zu implementieren, die bisher den sperrigen Aufbau aktueller 3D-NUI-Systeme voraussetzten. (3) Um die Flexibilität unserer Methode zu zeigen, implementieren wir sie auf einem großen, berührungsempfindlichen Fußboden, der Objekttexturen bei der Eingabe ebenfalls mit hoher Auflösung aufzeichnet. Ähnlich wie zuvor analysiert unser System GravitySpace diese Abdrücke, um Nutzer anhand ihrer Schuhsolen zu identifizieren, Möbelstücke auf dem Boden zu erkennen und Nutzern präzise Eingaben mittels ihrer Schuhe zu ermöglichen. Indem GravitySpace alle Abdrücke klassifiziert, erkennt das System die Körperteile der Benutzer, die sich in Kontakt mit dem Boden befinden. Aus der Anordnung dieser Kontakte schließt GravitySpace dann auf die Körperhaltungen aller Benutzer in 3D. GravitySpace hat daher das Potenzial, Anwendungen für zukünftige 3D-NUI-Systeme auf einer flachen Oberfläche zu implementieren, wie zum Beispiel in zukünftigen intelligenten Wohnungen. Wie schließen diese Arbeit mit einem Ausblick auf zukünftige interaktive Geräte. Dabei konzentrieren wir uns auf den Mobilitätsaspekt aktueller Entwicklungen und beleuchten, wie zukünftige mobile NUI-Geräte Nutzer in Form implantierter Geräte direkt unterstützen können.
KW - HCI
KW - Berührungseingaben
KW - Eingabegenauigkeit
KW - Modell
KW - Mobilgeräte
KW - HCI
KW - touch input
KW - input accuracy
KW - model
KW - mobile devices
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67796
ER -
TY - JOUR
A1 - Hollmann, Susanne
A1 - Frohme, Marcus
A1 - Endrullat, Christoph
A1 - Kremer, Andreas
A1 - D’Elia, Domenica
A1 - Regierer, Babette
A1 - Nechyporenko, Alina
T1 - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure
JF - PLOS Computational Biology
N2 - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation.
Y1 - 2020
VL - 16
IS - 9
PB - PLOS
CY - San Francisco
ER -
TY - GEN
A1 - Hollmann, Susanne
A1 - Frohme, Marcus
A1 - Endrullat, Christoph
A1 - Kremer, Andreas
A1 - D’Elia, Domenica
A1 - Regierer, Babette
A1 - Nechyporenko, Alina
T1 - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1201
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525877
SN - 1866-8372
IS - 9
ER -
TY - JOUR
A1 - Holler, Robin
T1 - GraffDok - a graffiti documentation application
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - GraffDok is an application helping to maintain an overview over sprayed images somewhere in a city. At the time of writing it aims at vandalism rather than at beautiful photographic graffiti in an underpass. Looking at hundreds of tags and scribbles on monuments, house walls, etc. it would be interesting to not only record them in writing but even make them accessible electronically, including images.
GraffDok’s workflow is simple and only requires an EXIF-GPS-tagged photograph of a graffito. It automatically determines its location by using reverse geocoding with the given GPS-coordinates and the Gisgraphy WebService. While asking the user for some more meta data, GraffDok analyses the image in parallel with this and tries to detect fore- and background – before extracting the drawing lines and make them stand alone. The command line based tool ImageMagick is used here as well as for accessing EXIF data.
Any meta data is written to csv-files, which will stay easily accessible and can be integrated in TeX-files as well. The latter ones are converted to PDF at the end of the workflow, containing a table about all graffiti and a summary for each – including the generated characteristic graffiti pattern image.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 239
EP - 251
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Hibbe, Marcel
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Spotlocator - Guess Where the Photo Was Taken!
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - Spotlocator is a game wherein people have to guess the spots of where photos were taken. The photos of a defined area for each game are from panoramio.com. They are published at http://spotlocator. drupalgardens.com with an ID. Everyone can guess the photo spots by sending a special tweet via Twitter that contains the hashtag #spotlocator, the guessed coordinates and the ID of the photo. An evaluation is published for all tweets. The players are informed about the distance to the real photo spots and the positions are shown on a map.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 149
EP - 160
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Hecher, Markus
T1 - Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving
N2 - In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver’s interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth.
In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that
allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth.
Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat.
N2 - In den letzten Jahrzehnten konnte ein beachtlicher Fortschritt im Bereich der Aussagenlogik verzeichnet werden. Dieser äußerte sich dadurch, dass für das wichtigste Problem in diesem Bereich, genannt „Sat“, welches sich mit der Fragestellung befasst, ob eine gegebene aussagenlogische Formel erfüllbar ist oder nicht, überwältigend schnelle Computerprogramme („Solver“) entwickelt werden konnten. Interessanterweise liefern diese Solver eine beeindruckende Leistung, weil sie oft selbst Probleminstanzen mit mehreren Millionen von Variablen spielend leicht lösen können. Auf der anderen Seite jedoch glaubt man in der Wissenschaft weitgehend an die Exponentialzeithypothese (ETH), welche besagt, dass man im schlimmsten Fall für das Lösen einer Instanz in diesem Bereich exponentielle Laufzeit in der Anzahl der Variablen benötigt. Dieser vermeintliche Widerspruch ist noch immer nicht vollständig geklärt, denn wahrscheinlich gibt es viele ineinandergreifende Gründe für die Schnelligkeit aktueller Sat Solver. Einer dieser Gründe befasst sich weitgehend mit strukturellen Eigenschaften von Probleminstanzen, die wohl indirekt und intern von diesen Solvern ausgenützt werden.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit solchen strukturellen Eigenschaften, nämlich mit der sogenannten Baumweite. Die Baumweite ist sehr gut erforscht und versucht zu messen, wie groß der Abstand von Probleminstanzen zu Bäumen ist (Baumnähe). Allerdings ist dieser Parameter sehr generisch und bei Weitem nicht auf Problemstellungen der Aussagenlogik beschränkt. Tatsächlich gibt es viele weitere Probleme, die parametrisiert mit Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Interessanterweise gibt es auch viele Probleme in der Wissensrepräsentation (KR), von denen man davon ausgeht, dass sie härter sind als das Problem Sat, die bei beschränkter Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Ein prominentes Beispiel solcher Probleme ist das Problem QSat, welches sich für die Gültigkeit einer gegebenen quantifizierten, aussagenlogischen Formel (QBF), das sind aussagenlogische Formeln, wo gewisse Variablen existenziell bzw. universell quantifiziert werden können, befasst. Bemerkenswerterweise wird allerdings auch im Zusammenhang mit Baumweite, ähnlich zu Methoden der klassischen Komplexitätstheorie, die tatsächliche Komplexität (Härte) solcher Problemen quantifiziert, wo man die exakte Laufzeitabhängigkeit beim Problemlösen in der Baumweite (Stufe der Exponentialität) beschreibt.
Diese Arbeit befasst sich mit fortgeschrittenen, Baumweite-basierenden Methoden und Werkzeugen für Probleme der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz (AI). Dabei präsentieren wir Methoden, um präzise Laufzeitresultate (obere Schranken) für prominente Fragmente der Antwortmengenprogrammierung (ASP), welche ein kanonisches Paradigma zum Lösen von Problemen der Wissensrepräsentation darstellt, zu erhalten. Unsere Resultate basieren auf dem Konzept der dynamischen Programmierung, die angeleitet durch eine sogenannte Baumzerlegung und ähnlich dem Prinzip „Teile-und-herrsche“ funktioniert. Solch eine Baumzerlegung ist eine konkrete, strukturelle Zerlegung einer Probleminstanz, die sich stark an der Baumweite orientiert.
Des Weiteren präsentieren wir einen neuen Typ von Problemreduktion, den wir als „decomposition-guided (DG)“, also „zerlegungsangeleitet“, bezeichnen. Dieser Reduktionstyp erlaubt es, Baumweiteerhöhungen und -verringerungen während einer Problemreduktion von einem bestimmten Problem zu einem anderen Problem präzise zu untersuchen und zu kontrollieren. Zusätzlich ist dieser neue Reduktionstyp die Basis, um ein lange offen gebliebenes Resultat betreffend quantifizierter, aussagenlogischer Formeln zu zeigen. Tatsächlich sind wir damit in der Lage, präzise untere Schranken, unter der Annahme der Exponentialzeithypothese, für das Problem QSat bei beschränkter Baumweite zu zeigen. Genauer gesagt können wir mit diesem Konzept der DG Reduktionen zeigen, dass das Problem QSat, beschränkt auf Quantifizierungsrang ` und parametrisiert mit Baumweite k, im Allgemeinen nicht besser als in einer Laufzeit, die `-fach exponentiell in der Baumweite und polynomiell in der Instanzgröße ist1, lösen. Dieses Resultat hebt auf nicht-inkrementelle Weise ein bekanntes Ergebnis für Quantifizierungsrang 2 auf beliebige Quantifizierungsränge, allerdings impliziert es auch sehr viele weitere Konsequenzen.
Das Resultat über die untere Schranke des Problems QSat erlaubt es, eine neue Methodologie zum Zeigen unterer Schranken einer Vielzahl von Problemen der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz, zu etablieren. In weiterer Konsequenz können wir damit auch zeigen, dass die oberen Schranken sowie die DG Reduktionen dieser Arbeit unter der Hypothese ETH „eng“ sind, d.h., sie können wahrscheinlich nicht mehr signifikant verbessert werden. Die Ergebnisse betreffend der unteren Schranken für QSat und die dazugehörige Methodologie konstituieren in gewisser Weise eine Hierarchie von über Baumweite parametrisierte Laufzeitklassen. Diese Laufzeitklassen können verwendet werden, um die Härte von Problemen für das Ausnützen von Baumweite zu quantifizieren und diese entsprechend ihrer Laufzeitabhängigkeit bezüglich Baumweite zu kategorisieren.
Schlussendlich und trotz der genannten Resultate betreffend unterer Schranken sind wir im Stande, eine effiziente Implementierung von Algorithmen basierend auf dynamischer Programmierung, die entlang einer Baumzerlegung angeleitet wird, zur Verfügung zu stellen. Dabei funktioniert unser Ansatz dahingehend, indem er probiert, passende Abstraktionen von Instanzen zu finden, die dann im Endeffekt sukzessive und auf rekursive Art und Weise verfeinert und verbessert werden. Inspiriert durch die enorme Effizienz und Effektivität der Sat Solver, ist unsere Implementierung ein hybrider Ansatz, weil sie den starken Gebrauch von Sat Solvern zum Lösen diverser Subprobleme, die während der dynamischen Programmierung auftreten, pflegt. Dabei stellt sich heraus, dass der resultierende Solver unserer Implementierung im Bezug auf Effizienz beim Lösen von zwei kanonischen, Sat-verwandten Zählproblemen mit bestehenden Solvern locker mithalten kann. Tatsächlich sind wir im Stande, Instanzen, wo die oberen Schranken von Baumweite 260 übersteigen, zu lösen. Diese überraschende Beobachtung zeigt daher, dass Baumweite ein wichtiger Parameter sein könnte, der wohl in modernen Designs von Solvern berücksichtigt werden sollte.
KW - Treewidth
KW - Dynamic Programming
KW - Knowledge Representation and Reasoning
KW - Artificial Intelligence
KW - Computational Complexity
KW - Parameterized Complexity
KW - Answer Set Programming
KW - Exponential Time Hypothesis
KW - Lower Bounds
KW - Algorithms
KW - Algorithmen
KW - Antwortmengenprogrammierung
KW - Künstliche Intelligenz
KW - Komplexitätstheorie
KW - Dynamische Programmierung
KW - Exponentialzeit Hypothese
KW - Wissensrepräsentation und Schlussfolgerung
KW - Untere Schranken
KW - Parametrisierte Komplexität
KW - Baumweite
Y1 - 2021
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519
ER -
TY - JOUR
A1 - Haugsbakken, Halvdan
T1 - The Student Learning Ecology
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Educational research on social media has showed that
students use it for socialisation, personal communication, and informal
learning. Recent studies have argued that students to some degree use
social media to carry out formal schoolwork. This article gives an
explorative account on how a small sample of Norwegian high school
students use social media to self-organise formal schoolwork. This
user pattern can be called a “student learning ecology”, which is a
user perspective on how participating students gain access to learning
resources.
KW - Learning ecology
KW - social media
KW - high school
KW - Norway
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82659
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 151
EP - 169
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Haubelt, Christian
A1 - Neubauer, Kai
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Wanko, Philipp
T1 - Design space exploration with answer set programming
JF - Künstliche Intelligenz
N2 - The aim of our project design space exploration with answer set programming is to develop a general framework based on Answer Set Programming (ASP) that finds valid solutions to the system design problem and simultaneously performs Design Space Exploration (DSE) to find the most favorable alternatives. We leverage recent developments in ASP solving that allow for tight integration of background theories to create a holistic framework for effective DSE.
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0530-3
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 205
EP - 206
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -