TY - THES
A1 - Berg, Gregor
T1 - Virtual prototypes for the model-based elicitation and validation of collaborative scenarios
T1 - Virtuelle Prototypen für die Modellbasierte Erhebung und Validierung kollaborativer Szenarien
N2 - Requirements engineers have to elicit, document, and validate how stakeholders act and interact to achieve their common goals in collaborative scenarios. Only after gathering all information concerning who interacts with whom to do what and why, can a software system be designed and realized which supports the stakeholders to do their work. To capture and structure requirements of different (groups of) stakeholders, scenario-based approaches have been widely used and investigated. Still, the elicitation and validation of requirements covering collaborative scenarios remains complicated, since the required information is highly intertwined, fragmented, and distributed over several stakeholders. Hence, it can only be elicited and validated collaboratively. In times of globally distributed companies, scheduling and conducting workshops with groups of stakeholders is usually not feasible due to budget and time constraints. Talking to individual stakeholders, on the other hand, is feasible but leads to fragmented and incomplete stakeholder scenarios. Going back and forth between different individual stakeholders to resolve this fragmentation and explore uncovered alternatives is an error-prone, time-consuming, and expensive task for the requirements engineers. While formal modeling methods can be employed to automatically check and ensure consistency of stakeholder scenarios, such methods introduce additional overhead since their formal notations have to be explained in each interaction between stakeholders and requirements engineers. Tangible prototypes as they are used in other disciplines such as design, on the other hand, allow designers to feasibly validate and iterate concepts and requirements with stakeholders. This thesis proposes a model-based approach for prototyping formal behavioral specifications of stakeholders who are involved in collaborative scenarios. By simulating and animating such specifications in a remote domain-specific visualization, stakeholders can experience and validate the scenarios captured so far, i.e., how other stakeholders act and react. This interactive scenario simulation is referred to as a model-based virtual prototype. Moreover, through observing how stakeholders interact with a virtual prototype of their collaborative scenarios, formal behavioral specifications can be automatically derived which complete the otherwise fragmented scenarios. This, in turn, enables requirements engineers to elicit and validate collaborative scenarios in individual stakeholder sessions – decoupled, since stakeholders can participate remotely and are not forced to be available for a joint session at the same time. This thesis discusses and evaluates the feasibility, understandability, and modifiability of model-based virtual prototypes. Similarly to how physical prototypes are perceived, the presented approach brings behavioral models closer to being tangible for stakeholders and, moreover, combines the advantages of joint stakeholder sessions and decoupled sessions.
N2 - Anforderungsingenieure erheben, dokumentieren und validieren wie Bedarfsträger in einzelnen und gemeinsamen Aktivitäten die Ziele ihrer kollaborativen Szenarios erreichen. Auf Grundlage von Angaben darüber, wer warum mit wem zusammen was erledigt, kann anschließend ein Softwaresystem spezifiziert und umgesetzt werden, welches die Bedarfsträger bei der Durchführung ihrer Abläufe unterstützt. Um Anforderungen verschiedener (Gruppen von) Bedarfsträger zu erfassen und zu strukturieren, werden szenariobasierte Ansätze genutzt und erforscht. Die Erhebung und Validierung von Anforderungen, die kollaborative Szenarios abdecken, ist dennoch kompliziert, da derartige Informationen hochgradig verknüpft, fragmentiert und über mehrere Bedarfsträger verteilt sind, wodurch sie nur in Gruppensitzungen effizient erhoben und validiert werden können. In Zeiten global verteilter Firmen ist die Planung und Durchführung solcher Workshops mit Gruppen von Bedarfsträgern nur selten praktikabel. Mit einzelnen Bedarfsträgern zu sprechen ist hingegen oft realisierbar, führt aber zu fragmentierten, unvollständigen Szenariobeschreibungen. Durch eine Vielzahl von Einzelgesprächen mit wechselnden Bedarfsträgern kann diese Fragmentierung aufgelöst werden – dies ist aber eine fehleranfällige und zeitaufwändige Aufgabe. Zwar bieten formale Modellierungsmethoden z.B. automatische Konsistenzchecks für Szenarios, doch führen derartige Methoden zu Mehraufwand in allen Gesprächen mit Bedarfsträgern, da diesen die verwendeten formalen Notationen jedes Mal erläutert werden müssen. Handfeste Prototypen, wie sie in anderen Disziplinen eingesetzt werden, ermöglichen es Designern, ihre Konzepte und erhobenen Anforderungen ohne viel Aufwand mit Bedarfsträgern zu validieren und zu iterieren. In dieser Dissertation wird ein modellbasierter Generierungsansatz vorgeschlagen, der kollaborative Szenarios prototypisch auf Grundlage von formalen Verhaltensmodellen für die beteiligten Bedarfsträger darstellt. Durch die Simulation dieses Verhaltens und dessen Animation innerhalb einer webbasierten, domänenspezifischen Visualisierung, können Bedarfsträger diese Modelle erleben und die bisher erfassten Szenarios validieren. Eine derartige interaktive Szenariosimulation wird als modellbasierter virtueller Prototyp bezeichnet. Basierend auf den Interaktionen zwischen Bedarfsträgern und einem virtuellen Prototypen ihrer Szenarios können zudem formale Verhaltensspezifikationen automatisch abgeleitet werden, die wiederum die fragmentierten kollaborativen Szenarios vervollständigen. Dies ermöglicht es den Anforderungsingenieuren, die kollaborativen Szenarios in individuellen Sitzungen mit einzelnen Bedarfsträgern zu erheben und zu validieren – entkoppelt voneinander, da Bedarfsträger webbasiert teilnehmen können und dabei nicht darauf angewiesen sind, dass andere Bedarfsträger ebenfalls in der gleichen Sitzung teilnehmen. Diese Dissertation diskutiert und evaluiert die Machbarkeit, Verständlichkeit sowie die Änderbarkeit der modellbasierten virtuellen Prototypen. Auf die gleiche Art wie physikalische Prototypen wahrgenommen werden, erlaubt es der vorgestellte Ansatz, Verhaltensmodelle für Bedarfsträger erlebbar zu machen und so die Vorteile von Gruppensitzungen mit denen entkoppelter Sitzungen zu verbinden.
KW - requirements engineering
KW - behavioral specification
KW - interactive simulation
KW - model-based prototyping
KW - rapid prototyping
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69729
ER -
TY - THES
A1 - Köhlmann, Wiebke
T1 - Zugänglichkeit virtueller Klassenzimmer für Blinde
N2 - E-Learning-Anwendungen bieten Chancen für die gesetzlich vorgeschriebene Inklusion von Lernenden mit Beeinträchtigungen. Die gleichberechtigte Teilhabe von blinden Lernenden an Veranstaltungen in virtuellen Klassenzimmern ist jedoch durch den synchronen, multimedialen Charakter und den hohen Informationsumfang dieser Lösungen kaum möglich.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Zugänglichkeit virtueller Klassenzimmer für blinde Nutzende, um eine möglichst gleichberechtigte Teilhabe an synchronen, kollaborativen Lernszenarien zu ermöglichen. Im Rahmen einer Produktanalyse werden dazu virtuelle Klassenzimmer auf ihre Zugänglichkeit und bestehende Barrieren untersucht und Richtlinien für die zugängliche Gestaltung von virtuellen Klassenzimmern definiert. Anschließend wird ein alternatives Benutzungskonzept zur Darstellung und Bedienung virtueller Klassenzimmer auf einem zweidimensionalen taktilen Braille-Display entwickelt, um eine möglichst gleichberechtigte Teilhabe blinder Lernender an synchronen Lehrveranstaltungen zu ermöglichen. Nach einer ersten Evaluation mit blinden Probanden erfolgt die prototypische Umsetzung des Benutzungskonzepts für ein Open-Source-Klassenzimmer. Die abschließende Evaluation der prototypischen Umsetzung zeigt die Verbesserung der Zugänglichkeit von virtuellen Klassenzimmern für blinde Lernende unter Verwendung eines taktilen Flächendisplays und bestätigt die Wirksamkeit der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Konzepte.
Y1 - 2016
SN - 978-3-8325-4273-3
PB - Logos
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Kujath, Bertold
T1 - Lernwirksamkeits- und Zielgruppenanalyse für ein Lehrvideo zum informatischen Problemlösen
JF - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2 - Aus einer Vergleichsstudie mit starken und schwachen Problemlösern konnten Erkenntnisse über die effizienten Herangehensweisen von Hochleistern an Informatikprobleme gewonnen werden. Diese Erkenntnisse wurden in einem Lehrvideo zum informatischen Problemlösen didaktisch aufgearbeitet, sodass Lernenden der Einsatz von Baumstrukturen und Rekursion im konkreten Kontext gezeigt werden kann. Nun wurde die tatsächliche Lernwirksamkeit des Videos sowie die Definition der Zielgruppe in einer Vergleichsstudie mit 66 Studienanfängern überprüft.
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94797
SN - 978-3-86956-376-3
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 10
SP - 25
EP - 39
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Böhne, Sebastian
A1 - Kreitz, Christoph
A1 - Knobelsdorf, Maria
T1 - Mathematisches Argumentieren und Beweisen mit dem Theorembeweiser Coq
JF - Commentarii informaticae didacticae (CID)
N2 - Informatik-Studierende haben in der Mehrzahl Schwierigkeiten, einen Einstieg in die Theoretische
Informatik zu finden und die Leistungsanforderungen in den
Endklausuren der zugehörigen Lehrveranstaltungen zu erfüllen. Wir argumentieren, dass dieser Symptomatik mangelnde Kompetenzen im Umgang mit abstrakten und stark formalisierten Themeninhalten zugrunde liegen und schlagen vor, einen Beweisassistenten als interaktives Lernwerkzeug in der Eingangslehre der Theoretischen Informatik zu nutzen, um entsprechende Kompetenzen zu stärken.
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94824
SN - 978-3-86956-376-3
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 10
SP - 69
EP - 80
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Wätzoldt, Sebastian
T1 - Modeling collaborations in adaptive systems of systems
T1 - Modellierung von Kollaborationen für adaptive Systeme von Systemen
N2 - Recently, due to an increasing demand on functionality and flexibility, beforehand isolated systems have become interconnected to gain powerful adaptive Systems of Systems (SoS) solutions with an overall robust, flexible and emergent behavior. The adaptive SoS comprises a variety of different system types ranging from small embedded to adaptive cyber-physical systems. On the one hand, each system is independent, follows a local strategy and optimizes its behavior to reach its goals. On the other hand, systems must cooperate with each other to enrich the overall functionality to jointly perform on the SoS level reaching global goals, which cannot be satisfied by one system alone. Due to difficulties of local and global behavior optimizations conflicts may arise between systems that have to be solved by the adaptive SoS.
This thesis proposes a modeling language that facilitates the description of an adaptive SoS by considering the adaptation capabilities in form of feedback loops as first class entities. Moreover, this thesis adopts the Models@runtime approach to integrate the available knowledge in the systems as runtime models into the modeled adaptation logic. Furthermore, the modeling language focuses on the description of system interactions within the adaptive SoS to reason about individual system functionality and how it emerges via collaborations to an overall joint SoS behavior. Therefore, the modeling language approach enables the specification of local adaptive system behavior, the integration of knowledge in form of runtime models and the joint interactions via collaboration to place the available adaptive behavior in an overall layered, adaptive SoS architecture.
Beside the modeling language, this thesis proposes analysis rules to investigate the modeled adaptive SoS, which enables the detection of architectural patterns as well as design flaws and pinpoints to possible system threats. Moreover, a simulation framework is presented, which allows the direct execution of the modeled SoS architecture. Therefore, the analysis rules and the simulation framework can be used to verify the interplay between systems as well as the modeled adaptation effects within the SoS. This thesis realizes the proposed concepts of the modeling language by mapping them to a state of the art standard from the automotive domain and thus, showing their applicability to actual systems. Finally, the modeling language approach is evaluated by remodeling up to date research scenarios from different domains, which demonstrates that the modeling language concepts are powerful enough to cope with a broad range of existing research problems.
N2 - Seit einiger Zeit führen ein ansteigender Bedarf nach erweiterter Systemfunktionalität und deren flexible Verwendung zu vernetzten Systemen, die sich zu einem übergeordneten adaptiven System von Systemen (SoS) zusammenschließen. Dieser SoS Zusammenschluss zeigt ein gewünschtes, robustes und flexibles Gesamtverhalten, welches sich aus der Funktionalität der einzelnen Systeme zusammensetzt. Das SoS beinhaltet eine Vielzahl von verschiedenen Systemarten, die sich von eingebetteten bis hin zu Cyber-Physical Systems erstrecken. Einerseits optimiert jedes einzelne System sein Verhalten bezüglich lokaler Ziele. Anderseits müssen die Systeme miteinander interagieren, um neue, zusammengesetzte Funktionalitäten bereitzustellen und damit vorgegebene SoS Ziele zu erreichen, welche durch ein einzelnes System nicht erfüllt werden können. Die Schwierigkeit besteht nun darin, Konflikte zwischen lokalen und globalen Verhaltensstrategien zwischen Systemen innerhalb des SoS zu beseitigen.
Diese Doktorarbeit stellt eine Modellierungssprache vor, welche für die Beschreibung von adaptiven SoS geeignet ist. Dabei berücksichtigt die Modellierungssprache die Adaptionslogik des SoS in Form von periodischen Adaptationsschleifen als primäres Sprachkonstrukt. Außerdem übernimmt diese Arbeit den Models@runtime Ansatz, um verfügbares Systemwissen als Laufzeitmodelle in die Adaptationslogik des Systems zu integrieren. Weiterhin liegt der Fokus der Modellierungssprache auf der Beschreibung von Systeminteraktionen innerhalb des SoS. Dies ermöglicht Schlussfolgerungen von individuellem Systemverhalten sowie deren Aggregation zu kollaborativem Verhalten im Kontext von Systeminteraktionen im SoS. Damit unterstützt die entwickelte Modellierungssprache die Beschreibung von lokalem adaptivem Verhalten, die Integration von Wissen über die Modellierung von Laufzeitmodellen und Systeminteraktionen in Form von kollaborativem Verhalten. Alle drei Aspekte werden in die adaptive SoS Architektur integriert.
Neben der entwickelten Modellierungssprache führt diese Doktorarbeit Analyseregeln zur Untersuchung des modellierten SoS ein. Diese Regeln ermöglichen die Erkennung von Architekturmustern und möglichen Schwächen im Systementwurf. Zusätzlich wird eine Simulationsumgebung für die Modellierungssprache präsentiert, welche die direkte Ausführung von einer modellierten SoS Architektur erlaubt. Die Analyseregeln und die Simulationsumgebung dienen demnach sowohl der Verifizierung von Systeminteraktionen als auch der spezifizierten Adaptationslogik innerhalb des SoS. Die vorliegende Arbeit implementiert die vorgestellten Konzepte der Modellierungssprache durch deren Abbildung auf einen aktuellen Standard im Automobilbereich und zeigt damit die Anwendbarkeit der Sprache auf gegenwärtige Systeme. Zum Schluss findet eine Evaluierung der Modellierungssprache statt, wobei aktuelle Forschungsszenarien aus unterschiedlichen Bereichen erneut mit der vorgestellten Sprache modelliert werden. Dies zeigt, dass die Modellierungskonzepte geeignet sind, um weite Bereiche existierender Forschungsprobleme zu bewältigen.
KW - deurema modeling language
KW - adaptive systems
KW - systems of systems
KW - runtime models
KW - feedback loop modeling
KW - collaborations
KW - Deurema Modellierungssprache
KW - Kollaborationen
KW - adaptive Systeme
KW - Systeme von Systemen
KW - Laufzeitmodelle
KW - Feedback Loop Modellierung
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97494
ER -
TY - BOOK
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tizian
T1 - Process design for natural scientists
BT - an agile model-driven approach
T3 - Communications in computer and information science ; 500
N2 - This book presents an agile and model-driven approach to manage scientific workflows. The approach is based on the Extreme Model Driven Design (XMDD) paradigm and aims at simplifying and automating the complex data analysis processes carried out by scientists in their day-to-day work. Besides documenting the impact the workflow modeling might have on the work of natural scientists, this book serves three major purposes: 1. It acts as a primer for practitioners who are interested to learn how to think in terms of services and workflows when facing domain-specific scientific processes. 2. It provides interesting material for readers already familiar with this kind of tools, because it introduces systematically both the technologies used in each case study and the basic concepts behind them. 3. As the addressed thematic field becomes increasingly relevant for lectures in both computer science and experimental sciences, it also provides helpful material for teachers that plan similar courses.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
PB - Springer
CY - Wiesbaden
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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - Kind, Josephine
T1 - Creation of topographic maps
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
IS - 500
SP - 229
EP - 238
PB - Springer
CY - Berlin
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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - JOUR
A1 - Blaese, Leif
T1 - Data mining for unidentified protein squences
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Through the use of next generation sequencing (NGS) technology, a lot of newly sequenced organisms are now available. Annotating those genes is one of the most challenging tasks in sequence biology. Here, we present an automated workflow to find homologue proteins, annotate sequences according to function and create a three-dimensional model.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 73
EP - 87
PB - Springer
CY - Berlin
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 - BOOK
A1 - Plattner, Hasso
A1 - Zeier, Alexander
T1 - In-Memory Data Management
BT - Ein Wendepunkt für Unternehmensanwendungen
N2 - Nach 50 Jahren erfolgreicher Entwicklunghat die Business-IT einen neuenWendepunkt erreicht. Hier zeigen die Autoren erstmalig, wieIn-Memory Computing dieUnternehmensprozesse künftig verändern wird. Bisher wurden Unternehmensdaten aus Performance-Gründen auf verschiedene Datenbanken verteilt: Analytische Datenresidieren in Data Warehouses und werden regelmäßig mithilfe transaktionaler Systeme synchronisiert. Diese Aufspaltung macht flexibles Echtzeit-Reporting aktueller Daten unmöglich. Doch dank leistungsfähigerMulti-Core-CPUs, großer Hauptspeicher, Cloud Computing und immerbesserer mobiler Endgeräte lassen die Unternehmen dieses restriktive Modell zunehmend hinter sich. Die Autoren stellen Techniken vor, die eine analytische und transaktionale Verarbeitung in Echtzeit erlauben und so dem Geschäftsleben neue Wege bahnen.
Y1 - 2012
SN - 978-3-8349-4378-1
PB - Springer
CY - Wiesbaden
ER -
TY - THES
A1 - Heise, Arvid
T1 - Data cleansing and integration operators for a parallel data analytics platform
T1 - Datenreinigungs- und Integrationsoperatoren für ein
paralles Datenanalyseframework
N2 - The data quality of real-world datasets need to be constantly monitored and maintained to allow organizations and individuals to reliably use their data. Especially, data integration projects suffer from poor initial data quality and as a consequence consume more effort and money. Commercial products and research prototypes for data cleansing and integration help users to improve the quality of individual and combined datasets. They can be divided into either standalone systems or database management system (DBMS) extensions. On the one hand, standalone systems do not interact well with DBMS and require time-consuming data imports and exports. On the other hand, DBMS extensions are often limited by the underlying system and do not cover the full set of data cleansing and integration tasks.
We overcome both limitations by implementing a concise set of five data cleansing and integration operators on the parallel data analytics platform Stratosphere. We define the semantics of the operators, present their parallel implementation, and devise optimization techniques for individual operators and combinations thereof. Users specify declarative queries in our query language METEOR with our new operators to improve the data quality of individual datasets or integrate them to larger datasets. By integrating the data cleansing operators into the higher level language layer of Stratosphere, users can easily combine cleansing operators with operators from other domains, such as information extraction, to complex data flows. Through a generic description of the operators, the Stratosphere optimizer reorders operators even from different domains to find better query plans.
As a case study, we reimplemented a part of the large Open Government Data integration project GovWILD with our new operators and show that our queries run significantly faster than the original GovWILD queries, which rely on relational operators. Evaluation reveals that our operators exhibit good scalability on up to 100 cores, so that even larger inputs can be efficiently processed by scaling out to more machines. Finally, our scripts are considerably shorter than the original GovWILD scripts, which results in better maintainability of the scripts.
N2 - Die Datenqualität von Realweltdaten muss ständig überwacht und gewartet werden, damit Organisationen und Individuen ihre Daten verlässlich nutzen können. Besonders Datenintegrationsprojekte leiden unter schlechter Datenqualität in den Quelldaten und benötigen somit mehr Zeit und Geld. Kommerzielle Produkte und Forschungsprototypen helfen Nutzern die Qualität in einzelnen und kombinierten Datensätzen zu verbessern. Die Systeme können in selbständige Systeme und Erweiterungen von bestehenden Datenbankmanagementsystemen (DBMS) unterteilt werden. Auf der einen Seite interagieren selbständige Systeme nicht gut mit DBMS und brauchen zeitaufwändigen Datenimport und -export. Auf der anderen Seite sind die DBMS Erweiterungen häufig durch das unterliegende System limitiert und unterstützen nicht die gesamte Bandbreite an Datenreinigungs- und -integrationsaufgaben.
Wir überwinden beide Limitationen, indem wir eine Menge von häufig benötigten Datenreinigungs- und Datenintegrationsoperatoren direkt in der parallelen Datenanalyseplattform Stratosphere implementieren. Wir definieren die Semantik der Operatoren, präsentieren deren parallele Implementierung und entwickeln Optimierungstechniken für die einzelnen und mehrere Operatoren. Nutzer können deklarative Anfragen in unserer Anfragesprache METEOR mit unseren neuen Operatoren formulieren, um die Datenqualität von einzelnen Datensätzen zu erhöhen, oder um sie zu größeren Datensätzen zu integrieren. Durch die Integration der Operatoren in die Hochsprachenschicht von Stratosphere können Nutzer Datenreinigungsoperatoren einfach mit Operatoren aus anderen Domänen wie Informationsextraktion zu komplexen Datenflüssen kombinieren. Da Stratosphere Operatoren durch generische Beschreibungen in den Optimierer integriert werden, ist es für den Optimierer sogar möglich Operatoren unterschiedlicher Domänen zu vertauschen, um besseren Anfrageplänen zu ermitteln.
Für eine Fallstudie haben wir Teile des großen Datenintegrationsprojektes GovWILD auf Stratosphere mit den neuen Operatoren nachimplementiert und zeigen, dass unsere Anfragen signifikant schneller laufen als die originalen GovWILD Anfragen, die sich auf relationale Operatoren verlassen. Die Evaluation zeigt, dass unsere Operatoren gut auf bis zu 100 Kernen skalieren, sodass sogar größere Datensätze effizient verarbeitet werden können, indem die Anfragen auf mehr Maschinen ausgeführt werden. Schließlich sind unsere Skripte erheblich kürzer als die originalen GovWILD Skripte, was in besserer Wartbarkeit unserer Skripte resultiert.
KW - data
KW - cleansing
KW - holistic
KW - parallel
KW - map reduce
KW - Datenreinigung
KW - Datenintegration
KW - ganzheitlich
KW - parallel
KW - map reduce
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77100
ER -
TY - THES
A1 - Voland, Patrick
T1 - Webbasierte Visualisierung von Extended Floating Car Data (XFCD)
T1 - Web-based visualisation of Extended Floating Car Data (XFCD)
BT - Ein Ansatz zur raumzeitlichen Visualisierung und technischen Implementierung mit Open Source Software unter spezieller Betrachtung des Umwelt- und Verkehrsmonitoring
BT - An approach for spatio-temporal visualisation and implementation with open-source software under special emphasis of environment and traffic monitoring
N2 - Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über eine Vielzahl an Sensoren, welche für einen reibungslosen technischen Betrieb benötigt werden. Hierzu zählen neben fahrzeugspezifischen Sensoren (wie z.B. Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit) auch umweltspezifische Sensoren (wie z.B. Luftdruck und Umgebungstemperatur). Durch die zunehmende technische Vernetzung wird es möglich, diese Daten der Kraftfahrzeugelektronik aus dem Fahrzeug heraus für die verschiedensten Zwecke zu verwenden.
Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, diese neue Art an massenhaften Daten im Sinne des Konzepts der „Extended Floating Car Data“ (XFCD) als Geoinformationen nutzbar zu machen und diese für raumzeitliche Visualisierungen (zur visuellen Analyse) anwenden zu können. In diesem Zusammenhang wird speziell die Perspektive des Umwelt- und Verkehrsmonitoring betrachtet, wobei die Anforderungen und Potentiale mit Hilfe von Experteninterviews untersucht werden. Es stellt sich die Frage, welche Daten durch die Kraftfahrzeugelektronik geliefert und wie diese möglichst automatisiert erfasst, verarbeitet, visualisiert und öffentlich bereitgestellt werden können. Neben theoretischen und technischen Grundlagen zur Datenerfassung und -nutzung liegt der Fokus auf den Methoden der kartographischen Visualisierung. Dabei soll der Frage nachgegangenen werden, ob eine technische Implementierung ausschließlich unter Verwendung von Open Source Software möglich ist. Das Ziel der Arbeit bildet ein zweigliedriger Ansatz, welcher zum einen die Visualisierung für ein exemplarisch gewähltes Anwendungsszenario und zum anderen die prototypische Implementierung von der Datenerfassung im Fahrzeug unter Verwendung der gesetzlich vorgeschriebenen „On Board Diagnose“-Schnittstelle und einem Smartphone-gestützten Ablauf bis zur webbasierten Visualisierung umfasst.
KW - spatio-temporal sensor data
KW - open source software
KW - automotive electronics
KW - geovisualization
Y1 - 2017
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96751
ER -
TY - BOOK
A1 - Kunze, Matthias
A1 - Weske, Mathias
T1 - Behavioural Models
BT - From Modelling Finite Automata to Analysing Business Processes
N2 - This textbook introduces the basis for modelling and analysing discrete dynamic systems, such as computer programmes, soft- and hardware systems, and business processes. The underlying concepts are introduced and concrete modelling techniques are described, such as finite automata, state machines, and Petri nets. The concepts are related to concrete application scenarios, among which business processes play a prominent role.
The book consists of three parts, the first of which addresses the foundations of behavioural modelling. After a general introduction to modelling, it introduces transition systems as a basic formalism for representing the behaviour of discrete dynamic systems. This section also discusses causality, a fundamental concept for modelling and reasoning about behaviour. In turn, Part II forms the heart of the book and is devoted to models of behaviour. It details both sequential and concurrent systems and introduces finite automata, state machines and several different types of Petri nets. One chapter is especially devoted to business process models, workflow patterns and BPMN, the industry standard for modelling business processes. Lastly, Part III investigates how the behaviour of systems can be analysed. To this end, it introduces readers to the concept of state spaces. Further chapters cover the comparison of behaviour and the formal analysis and verification of behavioural models.
The book was written for students of computer science and software engineering, as well as for programmers and system analysts interested in the behaviour of the systems they work on. It takes readers on a journey from the fundamentals of behavioural modelling to advanced techniques for modelling and analysing sequential and concurrent systems, and thus provides them a deep understanding of the concepts and techniques introduced and how they can be applied to concrete application scenarios.
Y1 - 2016
SN - 978-3-319-44958-6
PB - Springer
CY - Cham
ER -
TY - THES
A1 - Neuhaus, Christian
T1 - Sicherheitsmechanismen für dienstbasierte Softwaresysteme
Y1 - 2017
ER -
TY - THES
A1 - Kilic, Mukayil
T1 - Vernetztes Prüfen von elektronischen Komponenten über das Internet
BT - Anwendungen bei der Einführung eines Carsharing-Systems
Y1 - 2016
ER -
TY - BOOK
A1 - Smirnov, Sergey
A1 - Reijers, Hajo A.
A1 - Nugteren, Thijs
A1 - Weske, Mathias
T1 - Business process model abstraction : theory and practice
N2 - Business process management aims at capturing, understanding, and improving work in organizations. The central artifacts are process models, which serve different purposes. Detailed process models are used to analyze concrete working procedures, while high-level models show, for instance, handovers between departments. To provide different views on process models, business process model abstraction has emerged. While several approaches have been proposed, a number of abstraction use case that are both relevant for industry and scientifically challenging are yet to be addressed. In this paper we systematically develop, classify, and consolidate different use cases for business process model abstraction. The reported work is based on a study with BPM users in the health insurance sector and validated with a BPM consultancy company and a large BPM vendor. The identified fifteen abstraction use cases reflect the industry demand. The related work on business process model abstraction is evaluated against the use cases, which leads to a research agenda.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 35
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41782
SN - 978-3-86956-054-0
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Dornhege, Guido
T1 - Increasing information transfer rates for brain-computer interfacing
T1 - Erhöhung der Informationstransferrate einer Gehirn-Computer-Schnittstelle
N2 - The goal of a Brain-Computer Interface (BCI) consists of the development of a unidirectional interface between a human and a computer to allow control of a device only via brain signals. While the BCI systems of almost all other groups require the user to be trained over several weeks or even months, the group of Prof. Dr. Klaus-Robert Müller in Berlin and Potsdam, which I belong to, was one of the first research groups in this field which used machine learning techniques on a large scale. The adaptivity of the processing system to the individual brain patterns of the subject confers huge advantages for the user. Thus BCI research is considered a hot topic in machine learning and computer science. It requires interdisciplinary cooperation between disparate fields such as neuroscience, since only by combining machine learning and signal processing techniques based on neurophysiological knowledge will the largest progress be made. In this work I particularly deal with my part of this project, which lies mainly in the area of computer science. I have considered the following three main points: Establishing a performance measure based on information theory: I have critically illuminated the assumptions of Shannon's information transfer rate for application in a BCI context. By establishing suitable coding strategies I was able to show that this theoretical measure approximates quite well to what is practically achieveable. Transfer and development of suitable signal processing and machine learning techniques: One substantial component of my work was to develop several machine learning and signal processing algorithms to improve the efficiency of a BCI. Based on the neurophysiological knowledge that several independent EEG features can be observed for some mental states, I have developed a method for combining different and maybe independent features which improved performance. In some cases the performance of the combination algorithm outperforms the best single performance by more than 50 %. Furthermore, I have theoretically and practically addressed via the development of suitable algorithms the question of the optimal number of classes which should be used for a BCI. It transpired that with BCI performances reported so far, three or four different mental states are optimal. For another extension I have combined ideas from signal processing with those of machine learning since a high gain can be achieved if the temporal filtering, i.e., the choice of frequency bands, is automatically adapted to each subject individually. Implementation of the Berlin brain computer interface and realization of suitable experiments: Finally a further substantial component of my work was to realize an online BCI system which includes the developed methods, but is also flexible enough to allow the simple realization of new algorithms and ideas. So far, bitrates of up to 40 bits per minute have been achieved with this system by absolutely untrained users which, compared to results of other groups, is highly successful.
N2 - Ein Brain-Computer Interface (BCI) ist eine unidirektionale Schnittstelle zwischen Mensch und Computer, bei der ein Mensch in der Lage ist, ein Gerät einzig und allein Kraft seiner Gehirnsignale zu steuern. In den BCI Systemen fast aller Forschergruppen wird der Mensch in Experimenten über Wochen oder sogar Monaten trainiert, geeignete Signale zu produzieren, die vordefinierten allgemeinen Gehirnmustern entsprechen. Die BCI Gruppe in Berlin und Potsdam, der ich angehöre, war in diesem Feld eine der ersten, die erkannt hat, dass eine Anpassung des Verarbeitungssystems an den Menschen mit Hilfe der Techniken des Maschinellen Lernens große Vorteile mit sich bringt. In unserer Gruppe und mittlerweile auch in vielen anderen Gruppen wird BCI somit als aktuelles Forschungsthema im Maschinellen Lernen und folglich in der Informatik mit interdisziplinärer Natur in Neurowissenschaften und anderen Feldern verstanden, da durch die geeignete Kombination von Techniken des Maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung basierend auf neurophysiologischem Wissen der größte Erfolg erzielt werden konnte. In dieser Arbeit gehe ich auf meinem Anteil an diesem Projekt ein, der vor allem im Informatikbereich der BCI Forschung liegt. Im Detail beschäftige ich mich mit den folgenden drei Punkten: Diskussion eines informationstheoretischen Maßes für die Güte eines BCI's: Ich habe kritisch die Annahmen von Shannon's Informationsübertragungsrate für die Anwendung im BCI Kontext beleuchtet. Durch Ermittlung von geeigneten Kodierungsstrategien konnte ich zeigen, dass dieses theoretische Maß den praktisch erreichbaren Wert ziemlich gut annähert. Transfer und Entwicklung von geeigneten Techniken aus dem Bereich der Signalverarbeitung und des Maschinellen Lernens: Eine substantielle Komponente meiner Arbeit war die Entwicklung von Techniken des Machinellen Lernens und der Signalverarbeitung, um die Effizienz eines BCI's zu erhöhen. Basierend auf dem neurophysiologischem Wissen, dass verschiedene unabhängige Merkmale in Gehirnsignalen für verschiedene mentale Zustände beobachtbar sind, habe ich eine Methode zur Kombination von verschiedenen und unter Umständen unabhängigen Merkmalen entwickelt, die sehr erfolgreich die Fähigkeiten eines BCI's verbessert. Besonders in einigen Fällen übertraf die Leistung des entwickelten Kombinationsalgorithmus die beste Leistung auf den einzelnen Merkmalen mit mehr als 50 %. Weiterhin habe ich theoretisch und praktisch durch Einführung geeigneter Algorithmen die Frage untersucht, wie viele Klassen man für ein BCI nutzen kann und sollte. Auch hier wurde ein relevantes Resultat erzielt, nämlich dass für BCI Güten, die bis heute berichtet sind, die Benutzung von 3 oder 4 verschiedenen mentalen Zuständen in der Regel optimal im Sinne von erreichbarer Leistung sind. Für eine andere Erweiterung wurden Ideen aus der Signalverarbeitung mit denen des Maschinellen Lernens kombiniert, da ein hoher Erfolg erzielt werden kann, wenn der temporale Filter, d.h. die Wahl des benutzten Frequenzbandes, automatisch und individuell für jeden Menschen angepasst wird. Implementation des Berlin Brain-Computer Interfaces und Realisierung von geeigneten Experimenten: Eine weitere wichtige Komponente meiner Arbeit war eine Realisierung eines online BCI Systems, welches die entwickelten Methoden umfasst, aber auch so flexibel ist, dass neue Algorithmen und Ideen einfach zu verwirklichen sind. Bis jetzt wurden mit diesem System Bitraten von bis zu 40 Bits pro Minute von absolut untrainierten Personen in ihren ersten BCI Experimenten erzielt. Dieses Resultat übertrifft die bisher berichteten Ergebnisse aller anderer BCI Gruppen deutlich.
Bemerkung: Der Autor wurde mit dem Michelson-Preis 2005/2006 für die beste Promotion des Jahrgangs der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam ausgezeichnet.
KW - Kybernetik
KW - Maschinelles Lernen
KW - Gehirn-Computer-Schnittstelle
KW - BCI
KW - EEG
KW - Spatio-Spectral Filter
KW - Feedback
KW - Multi-Class
KW - Classification
KW - Signal Processing
KW - Brain Computer Interface
KW - Information Transfer Rate
KW - Machine Learning
KW - Single Trial Analysis
KW - Feature Combination
KW - Common Spatial Pattern
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7690
ER -
TY - THES
A1 - 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 - BOOK
ED - Laabs, Hans-Joachim
T1 - Wir gehen multimedial. Kommt Ihr mit?
N2 - "Wir gehen multimedial. Kommt ihr mit?" war Aufruf und Leitmotiv der MultimeDies 2007. Es kamen sehr viele mit, vor allem Lehrende und Lernende der Universität Potsdam, aber auch Firmen. Diese Veranstaltung setzt eine Tradition fort, die im Bemühen steht über zukunftsweisende Technologien und Projekte, über Angebote und praktikable Lösungen an der Universität zu informieren. Die Vorträge wurden in kurzen Beiträgen zusammengestellt. Sie gliedern sich in zwei Gruppen, zum einen der Bereitstellung, zum anderen der Nutzung von Multimedia.
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15034
SN - 978-3-939469-59-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Weigend, Michael
T1 - Intuitive Modelle der Informatik
T1 - Intuitive models in informatics
N2 - Intuitive Modelle der Informatik sind gedankliche Vorstellungen über informatische Konzepte, die mit subjektiver Gewissheit verbunden sind. Menschen verwenden sie, wenn sie die Arbeitsweise von Computerprogrammen nachvollziehen oder anderen erklären, die logische Korrektheit eines Programms prüfen oder in einem kreativen Prozess selbst Programme entwickeln. Intuitive Modelle können auf verschiedene Weise repräsentiert und kommuniziert werden, etwa verbal-abstrakt, durch ablauf- oder strukturorientierte Abbildungen und Filme oder konkrete Beispiele. Diskutiert werden in dieser Arbeit grundlegende intuitive Modelle für folgende inhaltliche Aspekte einer Programmausführung: Allokation von Aktivität bei einer Programmausführung, Benennung von Entitäten, Daten, Funktionen, Verarbeitung, Kontrollstrukturen zur Steuerung von Programmläufen, Rekursion, Klassen und Objekte. Mit Hilfe eines Systems von Online-Spielen, der Python Visual Sandbox, werden die psychische Realität verschiedener intuitiver Modelle bei Programmieranfängern nachgewiesen und fehlerhafte Anwendungen (Fehlvorstellungen) identifiziert.
N2 - Intuitive models in computer science are Gestalt-like mental concepts about information processing, which are accompanied by confidence. People use them, when they try to understand the semantics of a computer programme, explain an algorithmic idea to someone else, check the logical correctness of existing code or create computer programmes. Intuitive models can be represented and communicated in different ways using static pictures, animated movies, concrete examples or verbal language. In this paper basic intuitions concerning the following issues are discussed: allocation of activity within a running programme, assignment of names to entities, data, functions, processing concepts, control of programme execution, recursion, classes and objects. By observing activities with a set of specially designed online games (the Python Visual Sandbox), evidence has been collected to proof the psychological existence of certain intuitive models among high school students and identify inappropriate applications (misconceptions).
KW - Didaktik
KW - Informatik
KW - Intuition
KW - Visualisierung
KW - Fehlvorstellung
KW - didactics
KW - informatics
KW - intuition
KW - visualization
KW - misconception
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15787
SN - 978-3-940793-08-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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 - BOOK
ED - Buhse, Jörg
ED - Scheske, Michael
T1 - Barrierefreie Internetauftritte
BT - Aspekte der Umsetzung des Behindertengleichstellungsgesetzes in elektronischen Medien
N2 - Vorwort: Immer mehr Bürgerinnen und Bürger nutzen die vielfältigen Möglichkeiten der neuen elektronischen Medien. Dabei erfreut sich insbesondere das Internet einer zunehmenden Beliebtheit und steigender Nutzerzahlen. Damit verbunden steigt auch die Zahl der Webauftritte und Internetangebote. Doch einem Teil der Internet-Community bleibt der Zugang zu vielen dieser Angebote versagt. Dies sind vor allem Menschen mit Behinderungen, aber auch Nutzer, deren verwendete Hard- und Software zur Darstellung der angebotenen Inhalte seitens der Anbieter nicht unterstützt werden. Im Wesentlichen geht es um zwei Arten von „Barrieren“ bei der Nutzung von Informationstechnik: Zum einen um technische Barrieren bei der Darstellung und zum anderen um kognitive Barrieren bezüglich des Verstehens der dargestellten Inhalte. Die Schaffung barrierefreier Informationstechnik ist deshalb ein wichtiges Kriterium bei der Ausgestaltung öffentlicher Internetauftritte und -angebote. Hierzu gibt es eine Reihe rechtlicher Regelungen, unter anderem im Behindertengleichstellungsgesetz (BGG) oder der Barrierefreien Informationstechnikverordnung (BITV), deren Umsetzung in den einzelnen Bundesländern sehr unterschiedlich geregelt ist. Auch wenn die Kommunen in manchen Bundesländern – so auch in Brandenburg – von den gesetzlichen Regelungen ausgenommen sind, ist eine Realisierung barrierefreier Internetauftritte von Kommunen wünschenswert, um allen Bürgern einen gleichwertigen Zugang zu kommunalen Interangeboten zu ermöglichen. Um vor allem die kommunale Praxis bei der Erstellung barrierefreier Internetangebote zu unterstützen, hat das Kommunalwissenschaftliche Institut (KWI) der Universität Potsdam im Dezember 2004 einen Workshop unter dem Titel „Barrierefreie Internetauftritte – Aspekte der Umsetzung des Behindertengleichstellungsgesetzes in elektronischen Medien“ veranstaltet. Ziel war es, umfassende Informationen zum Thema „Barrierefreiheit“ zu vermitteln sowie Hinweise und Lösungsmöglichkeiten für die Realisierung barrierefreier Internetauftritte zu geben. Im Mittelpunkt standen dabei folgende Fragen: Was können und sollen kommunale Internetauftritte leisten? Was bedeutet Barrierefreiheit bezüglich „elektronischer Medien“ und welche Auswirkungen ergeben sich daraus für die Gestaltung von Internetauftritten? Welche gesetzlichen Regelungen gibt es und welche Geltungsbereiche haben sie im Einzelnen? Welche technischen Lösungen kommen für die Erstellung barrierefreier Internetseiten in Betracht? Das vorliegende Arbeitsheft ist Teil der Dokumentation der Ergebnisse des Workshops. Die einzelnen Beiträge fassen die Vorträge der Referenten zusammen.
T3 - KWI-Arbeitshefte - 7
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15203
SN - 978-3-937786-39-1
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Piesker, Björn
T1 - Constraint-basierte Generierung realitätsnaher Eisenbahnnetze
T1 - Constraint-based generation of realistic railway networks
N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Applikation, welche Infrastrukturdaten über Eisenbahnnetze generiert. Dabei bildet die Erzeugung der topologischen Informationen den Schwerpunkt dieser Arbeit. Der Anwender charakterisiert hierfür vorab das gewünschte Eisenbahnnetz, wobei die geforderten Eigenschaften die Randbedingungen darstellen, die bei der Synthese zu beachten sind. Zur Einhaltung dieser Bedingungen wird die Constraint-Programmierung eingesetzt, welche durch ihr spezielles Programmierparadigma konsistente Lösungen effizient erzeugt. Dies wird u.a. durch die Nachnutzung so genannter globaler Constraints erreicht. Aus diesem Grund wird insbesondere auf den Einsatz der Constraint-Programmierung bei der Modellierung und Implementierung der Applikation eingegangen.
N2 - This work deals with the development of an application, which generates infrastructure data of railway networks. The focus of this work concentrates on the generation process of topological information. As input for the application a characterization of the intended railway network is given as attributes, which are handled as constraints in the generation process. To satisfy these restrictions constraint programming, a special programming paradigm, which is able to search efficently consistent solutions, is applied. In particular, the use of so-called global constraints improves the computation. For that reason the role of constraint-programming in modelling and implementing these application is discussed in more detail.
KW - Eisenbahnnetz
KW - Infrastruktur
KW - Constraint
KW - Constraint-Programmierung
KW - globale Constraints
KW - railway network
KW - infrastructure
KW - constraint
KW - constraint programming
KW - global constraints
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15325
ER -
TY - THES
A1 - Kirchner, Peter
T1 - Verteilte Autorisierung innerhalb von Single Sign-On-Umgebungen : Analyse, Architektur und Implementation eines Frameworks für verteilte Autorisierung in einer ADFS-Umgebung
T1 - Distributed authorization within single sign on environments : analysis, architecture, and implementation of a framework for distributed authorization within an ADFS environment
N2 - Aktuelle Softwaresysteme erlauben die verteilte Authentifizierung von Benutzern über Ver-zeichnisdienste, die sowohl im Intranet als auch im Extranet liegen und die über Domänen-grenzen hinweg die Kooperation mit Partnern ermöglichen. Der nächste Schritt ist es nun, die Autorisierung ebenfalls aus der lokalen Anwendung auszulagern und diese extern durchzu-führen – vorzugsweise unter dem Einfluss der Authentifizierungspartner. Basierend auf der Analyse des State-of-the-Art wird in dieser Arbeit ein Framework vorges-tellt, das die verteilte Autorisierung von ADFS (Active Directory Federation Services) authenti-fizierten Benutzern auf Basis ihrer Gruppen oder ihrer persönlichen Identität ermöglicht. Es wird eine prototypische Implementation mit Diensten entwickelt, die für authentifizierte Be-nutzer Autorisierungsanfragen extern delegieren, sowie ein Dienst, der diese Autorisierungs-anfragen verarbeitet. Zusätzlich zeigt die Arbeit eine Integration dieses Autorisierungs-Frameworks in das .NET Framework, um die praxistaugliche Verwendbarkeit in einer aktuel-len Entwicklungsumgebung zu demonstrieren. Abschließend wird ein Ausblick auf weitere Fragestellungen und Folgearbeiten gegeben.
N2 - Current software systems allow distributed authentication of users using directory services, which are located both in the intranet and in the extranet, to establish cooperation with part-ners over domain boundaries. The next step is to outsource the authorization out of the local applications and to delegate the authorization decisions to external parties. In particular the authorization request is back delegated to the authentication partner. Based on an analysis of the state of the art this paper presents a framework which allows the distributed authorisation of ADFS authenticated users. The authorization decisions are based on the user’s identity and groups. In this work there will be developed a prototypical imple-mentation of services which are capable of delegating authorization requests. Additionally, this work points out the integration of these services into the .NET framework to demonstrate the usability in a modern development environment. Finally there will be a prospect of further questions and work.
KW - Single Sign On
KW - Autorisierung
KW - SSO
KW - ADFS
KW - Active Directory Federation Services
KW - Single Sign On
KW - Authorization
KW - SSO
KW - ADFS
KW - Active Directory Federation Services
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-22289
ER -
TY - THES
A1 - Blum, Niklas
T1 - Formalization of a converged internet and telecommunications service environment
T1 - Formalisierung einer konvergenten Telekommunikations- undInternet-Dienstumgebung
N2 - The programmable network envisioned in the 1990s within standardization and research for the Intelligent Network is currently coming into reality using IPbased Next Generation Networks (NGN) and applying Service-Oriented Architecture (SOA) principles for service creation, execution, and hosting. SOA is the foundation for both next-generation telecommunications and middleware architectures, which are rapidly converging on top of commodity transport services. Services such as triple/quadruple play, multimedia messaging, and presence are enabled by the emerging service-oriented IPMultimedia Subsystem (IMS), and allow telecommunications service providers to maintain, if not improve, their position in the marketplace. SOA becomes the de facto standard in next-generation middleware systems as the system model of choice to interconnect service consumers and providers within and between enterprises. We leverage previous research activities in overlay networking technologies along with recent advances in network abstraction, service exposure, and service creation to develop a paradigm for a service environment providing converged Internet and Telecommunications services that we call Service Broker. Such a Service Broker provides mechanisms to combine and mediate between different service paradigms from the two domains Internet/WWW and telecommunications. Furthermore, it enables the composition of services across these domains and is capable of defining and applying temporal constraints during creation and execution time. By adding network-awareness into the service fabric, such a Service Broker may also act as a next generation network-to-service element allowing the composition of crossdomain and cross-layer network and service resources. The contribution of this research is threefold: first, we analyze and classify principles and technologies from Information Technologies (IT) and telecommunications to identify and discuss issues allowing cross-domain composition in a converging service layer. Second, we discuss service composition methods allowing the creation of converged services on an abstract level; in particular, we present a formalized method for model-checking of such compositions. Finally, we propose a Service Broker architecture converging Internet and Telecom services. This environment enables cross-domain feature interaction in services through formalized obligation policies acting as constraints during service discovery, creation, and execution time.
N2 - Das programmierbare Netz, das Ende des 20. Jahrhunderts in der Standardisierung und Forschung für das Intelligente Netz entworfen wurde, wird nun Realität in einem auf das Internet Protokoll basierendem Netz der nächsten Generation (Next Generation Network). Hierfür kommen Prinzipien aus der Informationstechnologie, insbesondere aus dem Bereich dienstorientierte Architekturen (Service-Oriented Architecture / SOA) für die Diensterstellung, -ausführung und -betrieb zum Tragen. SOA bietet hierbei die theoretische Grundlage für Telekommunikationsnetze, vor allem jedoch für die dazugehörigen Dienstplattformen. Diese erlauben dem Telekommunikationsbetreiber seine Position in einem offenen Marktplatz der Dienste auszubauen. Dazu bedarf es allerdings möglichst flexibler Dienstumgebungen, die die Kooperation zwischen Dienstanbietern und Nutzern aus unterschiedlichsten Domänen durch Unterstützung geeigneter Werkzeuge und Mechanismen fördert. Im Rahmen dieser Dissertation definieren wir aufbauend auf Forschungsergebnisse im Bereich Overlay-Netze, Netzabstraktion und Zugriff auf exponierte Dienste eine Service Broker genannte Dienstumgebung für konvergente Internet- und Telekommunikationsdienste. Dieser Service Broker stellt Mechanismen für die Komposition von Diensten und Mediation zwischen unterschiedlichen Dienstparadigmen und Domänenspezifika beim Dienstaufruf zur Verfügung. Der Forschungsbeitrag dieser Arbeit findet auf unterschiedlichen Ebenen statt: Aufbauend auf einer Analyse und Klassifikation von Technologien und Paradigmen aus den Bereichen Informationstechnologie (IT) und Telekommunikation diskutieren wir die Problemstellung der Kooperation von Diensten und deren Komposition über Domänengrenzen hinweg. In einem zweiten Schritt diskutieren wir Methoden der Dienstkomposition und präsentieren eine formalisierte Methode der modellbasierten Diensterstellung. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Spezifikation der Service Broker Dienstumgebung und einem zugrundeliegenden Informations- und Datenmodell. Diese Architektur erlaubt die Komposition und Kooperation von Diensten über Domänengrenzen hinweg, um konvergente Internet- und Telekommunikationsdienste zu realisieren. Hierfür wird ein auf Obligationspolitiken basierendes Regelsystemformalisiert, das Interaktionen zwischen Dienstmerkmalen während der Diensterstellung und -ausführung definiert.
KW - Telekommunikation
KW - konvergente Dienste
KW - Next Generation Network
KW - Dienstplattform
KW - Dienstkomposition
KW - Service Delivery Platform
KW - Next Generation Network
KW - Service Creation
KW - Service convergence
KW - Policy Enforcement
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51146
ER -
TY - THES
A1 - Brauer, Falk
T1 - Extraktion und Identifikation von Entitäten in Textdaten im Umfeld der Enterprise Search
T1 - Extraction and identification of entities in text data in the field of enterprise search
N2 - Die automatische Informationsextraktion (IE) aus unstrukturierten Texten ermöglicht völlig neue Wege, auf relevante Informationen zuzugreifen und deren Inhalte zu analysieren, die weit über bisherige Verfahren zur Stichwort-basierten Dokumentsuche hinausgehen. Die Entwicklung von Programmen zur Extraktion von maschinenlesbaren Daten aus Texten erfordert jedoch nach wie vor die Entwicklung von domänenspezifischen Extraktionsprogrammen. Insbesondere im Bereich der Enterprise Search (der Informationssuche im Unternehmensumfeld), in dem eine große Menge von heterogenen Dokumenttypen existiert, ist es oft notwendig ad-hoc Programm-module zur Extraktion von geschäftsrelevanten Entitäten zu entwickeln, die mit generischen Modulen in monolithischen IE-Systemen kombiniert werden. Dieser Umstand ist insbesondere kritisch, da potentiell für jeden einzelnen Anwendungsfall ein von Grund auf neues IE-System entwickelt werden muss. Die vorliegende Dissertation untersucht die effiziente Entwicklung und Ausführung von IE-Systemen im Kontext der Enterprise Search und effektive Methoden zur Ausnutzung bekannter strukturierter Daten im Unternehmenskontext für die Extraktion und Identifikation von geschäftsrelevanten Entitäten in Doku-menten. Grundlage der Arbeit ist eine neuartige Plattform zur Komposition von IE-Systemen auf Basis der Beschreibung des Datenflusses zwischen generischen und anwendungsspezifischen IE-Modulen. Die Plattform unterstützt insbesondere die Entwicklung und Wiederverwendung von generischen IE-Modulen und zeichnet sich durch eine höhere Flexibilität und Ausdrucksmächtigkeit im Vergleich zu vorherigen Methoden aus. Ein in der Dissertation entwickeltes Verfahren zur Dokumentverarbeitung interpretiert den Daten-austausch zwischen IE-Modulen als Datenströme und ermöglicht damit eine weitgehende Parallelisierung von einzelnen Modulen. Die autonome Ausführung der Module führt zu einer wesentlichen Beschleu-nigung der Verarbeitung von Einzeldokumenten und verbesserten Antwortzeiten, z. B. für Extraktions-dienste. Bisherige Ansätze untersuchen lediglich die Steigerung des durchschnittlichen Dokumenten-durchsatzes durch verteilte Ausführung von Instanzen eines IE-Systems. Die Informationsextraktion im Kontext der Enterprise Search unterscheidet sich z. B. von der Extraktion aus dem World Wide Web dadurch, dass in der Regel strukturierte Referenzdaten z. B. in Form von Unternehmensdatenbanken oder Terminologien zur Verfügung stehen, die oft auch die Beziehungen von Entitäten beschreiben. Entitäten im Unternehmensumfeld haben weiterhin bestimmte Charakteristiken: Eine Klasse von relevanten Entitäten folgt bestimmten Bildungsvorschriften, die nicht immer bekannt sind, auf die aber mit Hilfe von bekannten Beispielentitäten geschlossen werden kann, so dass unbekannte Entitäten extrahiert werden können. Die Bezeichner der anderen Klasse von Entitäten haben eher umschreibenden Charakter. Die korrespondierenden Umschreibungen in Texten können variieren, wodurch eine Identifikation derartiger Entitäten oft erschwert wird. Zur effizienteren Entwicklung von IE-Systemen wird in der Dissertation ein Verfahren untersucht, das alleine anhand von Beispielentitäten effektive Reguläre Ausdrücke zur Extraktion von unbekannten Entitäten erlernt und damit den manuellen Aufwand in derartigen Anwendungsfällen minimiert. Verschiedene Generalisierungs- und Spezialisierungsheuristiken erkennen Muster auf verschiedenen Abstraktionsebenen und schaffen dadurch einen Ausgleich zwischen Genauigkeit und Vollständigkeit bei der Extraktion. Bekannte Regellernverfahren im Bereich der Informationsextraktion unterstützen die beschriebenen Problemstellungen nicht, sondern benötigen einen (annotierten) Dokumentenkorpus. Eine Methode zur Identifikation von Entitäten, die durch Graph-strukturierte Referenzdaten vordefiniert sind, wird als dritter Schwerpunkt untersucht. Es werden Verfahren konzipiert, welche über einen exakten Zeichenkettenvergleich zwischen Text und Referenzdatensatz hinausgehen und Teilübereinstimmungen und Beziehungen zwischen Entitäten zur Identifikation und Disambiguierung heranziehen. Das in der Arbeit vorgestellte Verfahren ist bisherigen Ansätzen hinsichtlich der Genauigkeit und Vollständigkeit bei der Identifikation überlegen.
N2 - The automatic information extraction (IE) from unstructured texts enables new ways to access relevant information and analyze text contents, which goes beyond existing technologies for keyword-based search in document collections. However, the development of systems for extracting machine-readable data from text still requires the implementation of domain-specific extraction programs. In particular in the field of enterprise search (the retrieval of information in the enterprise settings), in which a large amount of heterogeneous document types exists, it is often necessary to develop ad-hoc program-modules and to combine them with generic program components to extract by business relevant entities. This is particularly critical, as potentially for each individual application a new IE system must be developed from scratch. In this work we examine efficient methods to develop and execute IE systems in the context of enterprise search and effective algorithms to exploit pre-existing structured data in the business context for the extraction and identification of business entities in documents. The basis of this work is a novel platform for composition of IE systems through the description of the data flow between generic and application-specific IE modules. The platform supports in particular the development and reuse of generic IE modules and is characterized by a higher flexibility as compared to previous methods. A technique developed in this work interprets the document processing as data stream between IE modules and thus enables an extensive parallelization of individual modules. The autonomous execution of each module allows for a significant runtime improvement for individual documents and thus improves response times, e.g. for extraction services. Previous parallelization approaches focused only on an improved throughput for large document collections, e.g., by leveraging distributed instances of an IE system. Information extraction in the context of enterprise search differs for instance from the extraction from the World Wide Web by the fact that usually a variety of structured reference data (corporate databases or terminologies) is available, which often describes the relationships among entities. Furthermore, entity names in a business environment usually follow special characteristics: On the one hand relevant entities such as product identifiers follow certain patterns that are not always known beforehand, but can be inferred using known sample entities, so that unknown entities can be extracted. On the other hand many designators have a more descriptive character (concatenation of descriptive words). The respective references in texts might differ due to the diversity of potential descriptions, often making the identification of such entities difficult. To address IE applications in the presence of available structured data, we study in this work the inference of effective regular expressions from given sample entities. Various generalization and specialization heuristics are used to identify patterns at different syntactic abstraction levels and thus generate regular expressions which promise both high recall and precision. Compared to previous rule learning techniques in the field of information extraction, our technique does not require any annotated document corpus. A method for the identification of entities that are predefined by graph structured reference data is examined as a third contribution. An algorithm is presented which goes beyond an exact string comparison between text and reference data set. It allows for an effective identification and disambiguation of potentially discovered entities by exploitation of approximate matching strategies. The method leverages further relationships among entities for identification and disambiguation. The method presented in this work is superior to previous approaches with regard to precision and recall.
KW - Informationsextraktion
KW - Enterprise Search
KW - Parallele Datenverarbeitung
KW - Grammatikalische Inferenz
KW - Graph-basiertes Ranking
KW - information extraction
KW - enterprise search
KW - multi core data processing
KW - grammar inference
KW - graph-based ranking
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51409
ER -
TY - THES
A1 - Steinert, Bastian
T1 - Built-in recovery support for explorative programming
T1 - Eingebaute Unterstützung für Wiederherstellungsbedürfnisse für unstrukturierte ergebnisoffene Programmieraufgaben
BT - preserving immediate access to static and dynamic information of intermediate development states
BT - Erhaltung des unmittelbaren Zugriffs auf statische und dynamische Informationen von Entwicklungszwischenständen
N2 - This work introduces concepts and corresponding tool support to enable a complementary approach in dealing with recovery. Programmers need to recover a development state, or a part thereof, when previously made changes reveal undesired implications. However, when the need arises suddenly and unexpectedly, recovery often involves expensive and tedious work. To avoid tedious work, literature recommends keeping away from unexpected recovery demands by following a structured and disciplined approach, which consists of the application of various best practices including working only on one thing at a time, performing small steps, as well as making proper use of versioning and testing tools. However, the attempt to avoid unexpected recovery is both time-consuming and error-prone. On the one hand, it requires disproportionate effort to minimize the risk of unexpected situations. On the other hand, applying recommended practices selectively, which saves time, can hardly avoid recovery. In addition, the constant need for foresight and self-control has unfavorable implications. It is exhaustive and impedes creative problem solving. This work proposes to make recovery fast and easy and introduces corresponding support called CoExist. Such dedicated support turns situations of unanticipated recovery from tedious experiences into pleasant ones. It makes recovery fast and easy to accomplish, even if explicit commits are unavailable or tests have been ignored for some time. When mistakes and unexpected insights are no longer associated with tedious corrective actions, programmers are encouraged to change source code as a means to reason about it, as opposed to making changes only after structuring and evaluating them mentally. This work further reports on an implementation of the proposed tool support in the Squeak/Smalltalk development environment. The development of the tools has been accompanied by regular performance and usability tests. In addition, this work investigates whether the proposed tools affect programmers’ performance. In a controlled lab study, 22 participants improved the design of two different applications. Using a repeated measurement setup, the study examined the effect of providing CoExist on programming performance. The result of analyzing 88 hours of programming suggests that built-in recovery support as provided with CoExist positively has a positive effect on programming performance in explorative programming tasks.
N2 - Diese Arbeit präsentiert Konzepte und die zugehörige Werkzeugunterstützung um einen komplementären Umgang mit Wiederherstellungsbedürfnissen zu ermöglichen. Programmierer haben Bedarf zur Wiederherstellung eines früheren Entwicklungszustandes oder Teils davon, wenn ihre Änderungen ungewünschte Implikationen aufzeigen. Wenn dieser Bedarf plötzlich und unerwartet auftritt, dann ist die notwendige Wiederherstellungsarbeit häufig mühsam und aufwendig. Zur Vermeidung mühsamer Arbeit empfiehlt die Literatur die Vermeidung von unerwarteten Wiederherstellungsbedürfnissen durch einen strukturierten und disziplinierten Programmieransatz, welcher die Verwendung verschiedener bewährter Praktiken vorsieht. Diese Praktiken sind zum Beispiel: nur an einer Sache gleichzeitig zu arbeiten, immer nur kleine Schritte auszuführen, aber auch der sachgemäße Einsatz von Versionskontroll- und Testwerkzeugen. Jedoch ist der Versuch des Abwendens unerwarteter Wiederherstellungsbedürfnisse sowohl zeitintensiv als auch fehleranfällig. Einerseits erfordert es unverhältnismäßig hohen Aufwand, das Risiko des Eintretens unerwarteter Situationen auf ein Minimum zu reduzieren. Andererseits ist eine zeitsparende selektive Ausführung der empfohlenen Praktiken kaum hinreichend, um Wiederherstellungssituationen zu vermeiden. Zudem bringt die ständige Notwendigkeit an Voraussicht und Selbstkontrolle Nachteile mit sich. Dies ist ermüdend und erschwert das kreative Problemlösen. Diese Arbeit schlägt vor, Wiederherstellungsaufgaben zu vereinfachen und beschleunigen, und stellt entsprechende Werkzeugunterstützung namens CoExist vor. Solche zielgerichtete Werkzeugunterstützung macht aus unvorhergesehenen mühsamen Wiederherstellungssituationen eine konstruktive Erfahrung. Damit ist Wiederherstellung auch dann leicht und schnell durchzuführen, wenn explizit gespeicherte Zwischenstände fehlen oder die Tests für einige Zeit ignoriert wurden. Wenn Fehler und unerwartete Ein- sichten nicht länger mit mühsamen Schadensersatz verbunden sind, fühlen sich Programmierer eher dazu ermutig, Quelltext zu ändern, um dabei darüber zu reflektieren, und nehmen nicht erst dann Änderungen vor, wenn sie diese gedanklich strukturiert und evaluiert haben. Diese Arbeit berichtet weiterhin von einer Implementierung der vorgeschlagenen Werkzeugunterstützung in der Squeak/Smalltalk Entwicklungsumgebung. Regelmäßige Tests von Laufzeitverhalten und Benutzbarkeit begleiteten die Entwicklung. Zudem prüft die Arbeit, ob sich die Verwendung der vorgeschlagenen Werkzeuge auf die Leistung der Programmierer auswirkt. In einem kontrollierten Experiment, verbesserten 22 Teilnehmer den Aufbau von zwei verschiedenen Anwendungen. Unter der Verwendung einer Versuchsanordnung mit wiederholter Messung, ermittelte die Studie die Auswirkung von CoExist auf die Programmierleistung. Das Ergebnis der Analyse von 88 Programmierstunden deutet darauf hin, dass sich eingebaute Werkzeugunterstützung für Wiederherstellung, wie sie mit CoExist bereitgestellt wird, positiv bei der Bearbeitung von unstrukturierten ergebnisoffenen Programmieraufgaben auswirkt.
KW - Softwaretechnik
KW - Entwicklungswerkzeuge
KW - Versionierung
KW - Testen
KW - software engineering
KW - development tools
KW - versioning
KW - testing
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71305
ER -
TY - THES
A1 - Brückner, Michael
T1 - Prediction games : machine learning in the presence of an adversary
T1 - Prädiktionsspiele : maschinelles Lernen in Anwesenheit eines Gegners
N2 - In many applications one is faced with the problem of inferring some functional relation between input and output variables from given data. Consider, for instance, the task of email spam filtering where one seeks to find a model which automatically assigns new, previously unseen emails to class spam or non-spam. Building such a predictive model based on observed training inputs (e.g., emails) with corresponding outputs (e.g., spam labels) is a major goal of machine learning. Many learning methods assume that these training data are governed by the same distribution as the test data which the predictive model will be exposed to at application time. That assumption is violated when the test data are generated in response to the presence of a predictive model. This becomes apparent, for instance, in the above example of email spam filtering. Here, email service providers employ spam filters and spam senders engineer campaign templates such as to achieve a high rate of successful deliveries despite any filters. Most of the existing work casts such situations as learning robust models which are unsusceptible against small changes of the data generation process. The models are constructed under the worst-case assumption that these changes are performed such to produce the highest possible adverse effect on the performance of the predictive model. However, this approach is not capable to realistically model the true dependency between the model-building process and the process of generating future data. We therefore establish the concept of prediction games: We model the interaction between a learner, who builds the predictive model, and a data generator, who controls the process of data generation, as an one-shot game. The game-theoretic framework enables us to explicitly model the players' interests, their possible actions, their level of knowledge about each other, and the order at which they decide for an action. We model the players' interests as minimizing their own cost function which both depend on both players' actions. The learner's action is to choose the model parameters and the data generator's action is to perturbate the training data which reflects the modification of the data generation process with respect to the past data. We extensively study three instances of prediction games which differ regarding the order in which the players decide for their action. We first assume that both player choose their actions simultaneously, that is, without the knowledge of their opponent's decision. We identify conditions under which this Nash prediction game has a meaningful solution, that is, a unique Nash equilibrium, and derive algorithms that find the equilibrial prediction model. As a second case, we consider a data generator who is potentially fully informed about the move of the learner. This setting establishes a Stackelberg competition. We derive a relaxed optimization criterion to determine the solution of this game and show that this Stackelberg prediction game generalizes existing prediction models. Finally, we study the setting where the learner observes the data generator's action, that is, the (unlabeled) test data, before building the predictive model. As the test data and the training data may be governed by differing probability distributions, this scenario reduces to learning under covariate shift. We derive a new integrated as well as a two-stage method to account for this data set shift. In case studies on email spam filtering we empirically explore properties of all derived models as well as several existing baseline methods. We show that spam filters resulting from the Nash prediction game as well as the Stackelberg prediction game in the majority of cases outperform other existing baseline methods.
N2 - Eine der Aufgabenstellungen des Maschinellen Lernens ist die Konstruktion von Vorhersagemodellen basierend auf gegebenen Trainingsdaten. Ein solches Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Eingabedatum, wie beispielsweise einer E-Mail, und einer Zielgröße; zum Beispiel, ob die E-Mail durch den Empfänger als erwünscht oder unerwünscht empfunden wird. Dabei ist entscheidend, dass ein gelerntes Vorhersagemodell auch die Zielgrößen zuvor unbeobachteter Testdaten korrekt vorhersagt. Die Mehrzahl existierender Lernverfahren wurde unter der Annahme entwickelt, dass Trainings- und Testdaten derselben Wahrscheinlichkeitsverteilung unterliegen. Insbesondere in Fällen in welchen zukünftige Daten von der Wahl des Vorhersagemodells abhängen, ist diese Annahme jedoch verletzt. Ein Beispiel hierfür ist das automatische Filtern von Spam-E-Mails durch E-Mail-Anbieter. Diese konstruieren Spam-Filter basierend auf zuvor empfangenen E-Mails. Die Spam-Sender verändern daraufhin den Inhalt und die Gestaltung der zukünftigen Spam-E-Mails mit dem Ziel, dass diese durch die Filter möglichst nicht erkannt werden. Bisherige Arbeiten zu diesem Thema beschränken sich auf das Lernen robuster Vorhersagemodelle welche unempfindlich gegenüber geringen Veränderungen des datengenerierenden Prozesses sind. Die Modelle werden dabei unter der Worst-Case-Annahme konstruiert, dass diese Veränderungen einen maximal negativen Effekt auf die Vorhersagequalität des Modells haben. Diese Modellierung beschreibt die tatsächliche Wechselwirkung zwischen der Modellbildung und der Generierung zukünftiger Daten nur ungenügend. Aus diesem Grund führen wir in dieser Arbeit das Konzept der Prädiktionsspiele ein. Die Modellbildung wird dabei als mathematisches Spiel zwischen einer lernenden und einer datengenerierenden Instanz beschrieben. Die spieltheoretische Modellierung ermöglicht es uns, die Interaktion der beiden Parteien exakt zu beschreiben. Dies umfasst die jeweils verfolgten Ziele, ihre Handlungsmöglichkeiten, ihr Wissen übereinander und die zeitliche Reihenfolge, in der sie agieren. Insbesondere die Reihenfolge der Spielzüge hat einen entscheidenden Einfluss auf die spieltheoretisch optimale Lösung. Wir betrachten zunächst den Fall gleichzeitig agierender Spieler, in welchem sowohl der Lerner als auch der Datengenerierer keine Kenntnis über die Aktion des jeweils anderen Spielers haben. Wir leiten hinreichende Bedingungen her, unter welchen dieses Spiel eine Lösung in Form eines eindeutigen Nash-Gleichgewichts besitzt. Im Anschluss diskutieren wir zwei verschiedene Verfahren zur effizienten Berechnung dieses Gleichgewichts. Als zweites betrachten wir den Fall eines Stackelberg-Duopols. In diesem Prädiktionsspiel wählt der Lerner zunächst das Vorhersagemodell, woraufhin der Datengenerierer in voller Kenntnis des Modells reagiert. Wir leiten ein relaxiertes Optimierungsproblem zur Bestimmung des Stackelberg-Gleichgewichts her und stellen ein mögliches Lösungsverfahren vor. Darüber hinaus diskutieren wir, inwieweit das Stackelberg-Modell bestehende robuste Lernverfahren verallgemeinert. Abschließend untersuchen wir einen Lerner, der auf die Aktion des Datengenerierers, d.h. der Wahl der Testdaten, reagiert. In diesem Fall sind die Testdaten dem Lerner zum Zeitpunkt der Modellbildung bekannt und können in den Lernprozess einfließen. Allerdings unterliegen die Trainings- und Testdaten nicht notwendigerweise der gleichen Verteilung. Wir leiten daher ein neues integriertes sowie ein zweistufiges Lernverfahren her, welche diese Verteilungsverschiebung bei der Modellbildung berücksichtigen. In mehreren Fallstudien zur Klassifikation von Spam-E-Mails untersuchen wir alle hergeleiteten, sowie existierende Verfahren empirisch. Wir zeigen, dass die hergeleiteten spieltheoretisch-motivierten Lernverfahren in Summe signifikant bessere Spam-Filter erzeugen als alle betrachteten Referenzverfahren.
KW - Prädiktionsspiel
KW - Adversarial Learning
KW - Angewandte Spieltheorie
KW - Maschinelles Lernen
KW - Spam-Filter
KW - Prediction Game
KW - Adversarial Learning
KW - Applied Game Theory
KW - Machine Learning
KW - Spam Filtering
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60375
SN - 978-3-86956-203-2
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Krause, Christian
A1 - Giese, Holger
T1 - Quantitative modeling and analysis of service-oriented real-time systems using interval probabilistic timed automata
N2 - One of the key challenges in service-oriented systems engineering is the prediction and assurance of non-functional properties, such as the reliability and the availability of composite interorganizational services. Such systems are often characterized by a variety of inherent uncertainties, which must be addressed in the modeling and the analysis approach. The different relevant types of uncertainties can be categorized into (1) epistemic uncertainties due to incomplete knowledge and (2) randomization as explicitly used in protocols or as a result of physical processes. In this report, we study a probabilistic timed model which allows us to quantitatively reason about nonfunctional properties for a restricted class of service-oriented real-time systems using formal methods. To properly motivate the choice for the used approach, we devise a requirements catalogue for the modeling and the analysis of probabilistic real-time systems with uncertainties and provide evidence that the uncertainties of type (1) and (2) in the targeted systems have a major impact on the used models and require distinguished analysis approaches. The formal model we use in this report are Interval Probabilistic Timed Automata (IPTA). Based on the outlined requirements, we give evidence that this model provides both enough expressiveness for a realistic and modular specifiation of the targeted class of systems, and suitable formal methods for analyzing properties, such as safety and reliability properties in a quantitative manner. As technical means for the quantitative analysis, we build on probabilistic model checking, specifically on probabilistic time-bounded reachability analysis and computation of expected reachability rewards and costs. To carry out the quantitative analysis using probabilistic model checking, we developed an extension of the Prism tool for modeling and analyzing IPTA. Our extension of Prism introduces a means for modeling probabilistic uncertainty in the form of probability intervals, as required for IPTA. For analyzing IPTA, our Prism extension moreover adds support for probabilistic reachability checking and computation of expected rewards and costs. We discuss the performance of our extended version of Prism and compare the interval-based IPTA approach to models with fixed probabilities.
N2 - Eine der wichtigsten Herausforderungen in der Entwicklung von Service-orientierten Systemen ist die Vorhersage und die Zusicherung von nicht-funktionalen Eigenschaften, wie Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit von zusammengesetzten, interorganisationellen Diensten. Diese Systeme sind oft charakterisiert durch eine Vielzahl von inhärenten Unsicherheiten, welche sowohl in der Modellierung als auch in der Analyse eine Rolle spielen. Die verschiedenen relevanten Arten von Unsicherheiten können eingeteilt werden in (1) epistemische Unsicherheiten aufgrund von unvollständigem Wissen und (2) Zufall als Mittel in Protokollen oder als Resultat von physikalischen Prozessen. In diesem Bericht wird ein probabilistisches, Zeit-behaftetes Modell untersucht, welches es ermöglicht quantitative Aussagen über nicht-funktionale Eigenschaften von einer eingeschränkten Klasse von Service-orientierten Echtzeitsystemen mittels formaler Methoden zu treffen. Zur Motivation und Einordnung wird ein Anforderungskatalog für probabilistische Echtzeitsysteme mit Unsicherheiten erstellt und gezeigt, dass die Unsicherheiten vom Typ (1) und (2) in den untersuchten Systemen einen Ein uss auf die Wahl der Modellierungs- und der Analysemethode haben. Als formales Modell werden Interval Probabilistic Timed Automata (IPTA) benutzt. Basierend auf den erarbeiteten Anforderungen wird gezeigt, dass dieses Modell sowohl ausreichende Ausdrucksstärke für eine realistische und modulare Spezifikation als auch geeignete formale Methoden zur Bestimmung von quantitativen Sicherheits- und Zuverlässlichkeitseigenschaften bietet. Als technisches Mittel für die quantitative Analyse wird probabilistisches Model Checking, speziell probabilistische Zeit-beschränkte Erreichbarkeitsanalyse und Bestimmung von Erwartungswerten für Kosten und Vergütungen eingesetzt. Um die quantitative Analyse mittels probabilistischem Model Checking durchzuführen, wird eine Erweiterung des Prism-Werkzeugs zur Modellierung und Analyse von IPTA eingeführt. Die präsentierte Erweiterung von Prism ermöglicht die Modellierung von probabilistischen Unsicherheiten mittelsWahrscheinlichkeitsintervallen, wie sie für IPTA benötigt werden. Zur Verifikation wird probabilistische Erreichbarkeitsanalyse und die Berechnung von Erwartungswerten durch das Werkzeug unterstützt. Es wird die Performanz der Prism-Erweiterung untersucht und der Intervall-basierte IPTA-Ansatz mit Modellen mit festen Wahrscheinlichkeitswerten verglichen.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 56
KW - Service-orientierte Systme
KW - Echtzeitsysteme
KW - Quantitative Analysen
KW - Formale Verifikation
KW - service-oriented systems
KW - real-time systems
KW - quantitative analysis
KW - formal verification methods
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57845
SN - 978-3-86956-171-4
PB - Universitätsverlah Potsdam
CY - Potsdam
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 - THES
A1 - Bordihn, Henning
T1 - Contributions to the syntactical analysis beyond context-freeness
T1 - Beiträge zur syntaktischen Analyse nicht-kontextfreier Sprachen
N2 - Parsability approaches of several grammar formalisms generating also non-context-free languages are explored. Chomsky grammars, Lindenmayer systems, grammars with controlled derivations, and grammar systems are treated. Formal properties of these mechanisms are investigated, when they are used as language acceptors. Furthermore, cooperating distributed grammar systems are restricted so that efficient deterministic parsing without backtracking becomes possible. For this class of grammar systems, the parsing algorithm is presented and the feature of leftmost derivations is investigated in detail.
N2 - Ansätze zum Parsing verschiedener Grammatikformalismen, die auch nicht-kontextfreie Sprachen erzeugen können, werden diskutiert. Chomsky-Grammatiken, Lindenmayer-Systeme, Grammatiken mit gesteuerten Ersetzungen und Grammatiksysteme werden behandelt. Formale Eigenschaften dieser Mechanismen als Akzeptoren von Sprachen werden untersucht. Weiterhin werden kooperierende verteilte (CD) Grammatiksysteme derart beschränkt, dass effizientes deterministisches Parsing ohne Backtracking möglich ist. Für diese Klasse von Grammatiksystemen wird der Parsingalgorithmus vorgestellt und die Rolle von Linksableitungen wird detailliert betrachtet.
KW - Parsing
KW - Akzeptierende Grammatiken
KW - Gesteuerte Ableitungen
KW - Grammatiksysteme
KW - Linksableitungen
KW - Parsing
KW - Accepting Grammars
KW - Controlled Derivations
KW - Grammar Systems
KW - Leftmost Derivations
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59719
ER -
TY - BOOK
A1 - Giese, Holger
A1 - Hildebrandt, Stephan
A1 - Neumann, Stefan
A1 - Wätzoldt, Sebastian
T1 - Industrial case study on the integration of SysML and AUTOSAR with triple graph grammars
N2 - During the overall development of complex engineering systems different modeling notations are employed. For example, in the domain of automotive systems system engineering models are employed quite early to capture the requirements and basic structuring of the entire system, while software engineering models are used later on to describe the concrete software architecture. Each model helps in addressing the specific design issue with appropriate notations and at a suitable level of abstraction. However, when we step forward from system design to the software design, the engineers have to ensure that all decisions captured in the system design model are correctly transferred to the software engineering model. Even worse, when changes occur later on in either model, today the consistency has to be reestablished in a cumbersome manual step. In this report, we present in an extended version of [Holger Giese, Stefan Neumann, and Stephan Hildebrandt. Model Synchronization at Work: Keeping SysML and AUTOSAR Models Consistent. In Gregor Engels, Claus Lewerentz, Wilhelm Schäfer, Andy Schürr, and B. Westfechtel, editors, Graph Transformations and Model Driven Enginering - Essays Dedicated to Manfred Nagl on the Occasion of his 65th Birthday, volume 5765 of Lecture Notes in Computer Science, pages 555–579. Springer Berlin / Heidelberg, 2010.] how model synchronization and consistency rules can be applied to automate this task and ensure that the different models are kept consistent. We also introduce a general approach for model synchronization. Besides synchronization, the approach consists of tool adapters as well as consistency rules covering the overlap between the synchronized parts of a model and the rest. We present the model synchronization algorithm based on triple graph grammars in detail and further exemplify the general approach by means of a model synchronization solution between system engineering models in SysML and software engineering models in AUTOSAR which has been developed for an industrial partner. In the appendix as extension to [19] the meta-models and all TGG rules for the SysML to AUTOSAR model synchronization are documented.
N2 - Bei der Entwicklung komplexer technischer Systeme werden verschiedene Modellierungssprachen verwendet. Zum Beispiel werden bei der Entwicklung von Systemen in der Automobilindustrie bereits früh im Entwicklungsprozess Systemmodelle verwendet, um die Anforderungen und die grobe Struktur des Gesamtsystems darzustellen. Später werden Softwaremodelle verwendet, um die konkrete Softwarearchitektur zu modellieren. Jedes Modell stellt spezifische Entwurfsaspekte mit Hilfe passender Notationen auf einem angemessenen Abstraktionsniveau dar. Wenn jedoch vom Systementwurf zum Softwareentwurf übergegangen wird, müssen die Entwicklungsingenieure sicherstellen, dass alle Entwurfsentscheidungen, die im Systemmodell enthalten sind, korrekt auf das Softwaremodell übertragen werden. Sobald danach auch noch Änderungen auftreten, muss die Konsistenz zwischen den Modellen in einem aufwändigen manuellen Schritt wiederhergestellt werden. In diesem Bericht zeigen wir, wie Modellsynchronisation und Konsistenzregeln zur Automatisierung dieses Arbeitsschrittes verwendet und die Konsistenz zwischen den Modellen sichergestellt werden können. Außerdem stellen wir einen allgemeinen Ansatz zur Modellsynchronisation vor. Neben der reinen Synchronisation umfasst unsere Lösung weiterhin Tool-Adapter, sowie Konsistenzregeln, die sowohl die Teile der Modelle abdecken, die synchronisiert werden können, als auch die restlichen Teile. Der Modellsynchronisationsalgorithmus basiert auf Tripel-Graph-Grammatiken und wird im Detail erläutert. An Hand einer konkreten Transformation zwischen SysML- und AUTOSAR-Modellen, die im Rahmen eines Industrieprojektes entwickelt wurde, wird der Ansatz demonstriert. Im Anhang des Berichts sind alle TGG-Regeln für die SysML-zu-AUTOSAR-Transformation dokumentiert.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 57
KW - Model Transformation
KW - Model Synchronisation
KW - SysML
KW - AUTOSAR
KW - Tripel-Graph-Grammatik
KW - Model Transformation
KW - Model Synchronization
KW - SysML
KW - AUTOSAR
KW - Triple Graph Grammar
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60184
SN - 978-3-86956-191-2
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Böhm, Christoph
T1 - Enriching the Web of Data with topics and links
T1 - Anreicherung des Web of Data mit Themen und Verknüpfungen
N2 - This thesis presents novel ideas and research findings for the Web of Data – a global data space spanning many so-called Linked Open Data sources. Linked Open Data adheres to a set of simple principles to allow easy access and reuse for data published on the Web. Linked Open Data is by now an established concept and many (mostly academic) publishers adopted the principles building a powerful web of structured knowledge available to everybody. However, so far, Linked Open Data does not yet play a significant role among common web technologies that currently facilitate a high-standard Web experience. In this work, we thoroughly discuss the state-of-the-art for Linked Open Data and highlight several shortcomings – some of them we tackle in the main part of this work. First, we propose a novel type of data source meta-information, namely the topics of a dataset. This information could be published with dataset descriptions and support a variety of use cases, such as data source exploration and selection. For the topic retrieval, we present an approach coined Annotated Pattern Percolation (APP), which we evaluate with respect to topics extracted from Wikipedia portals. Second, we contribute to entity linking research by presenting an optimization model for joint entity linking, showing its hardness, and proposing three heuristics implemented in the LINked Data Alignment (LINDA) system. Our first solution can exploit multi-core machines, whereas the second and third approach are designed to run in a distributed shared-nothing environment. We discuss and evaluate the properties of our approaches leading to recommendations which algorithm to use in a specific scenario. The distributed algorithms are among the first of their kind, i.e., approaches for joint entity linking in a distributed fashion. Also, we illustrate that we can tackle the entity linking problem on the very large scale with data comprising more than 100 millions of entity representations from very many sources. Finally, we approach a sub-problem of entity linking, namely the alignment of concepts. We again target a method that looks at the data in its entirety and does not neglect existing relations. Also, this concept alignment method shall execute very fast to serve as a preprocessing for further computations. Our approach, called Holistic Concept Matching (HCM), achieves the required speed through grouping the input by comparing so-called knowledge representations. Within the groups, we perform complex similarity computations, relation conclusions, and detect semantic contradictions. The quality of our result is again evaluated on a large and heterogeneous dataset from the real Web. In summary, this work contributes a set of techniques for enhancing the current state of the Web of Data. All approaches have been tested on large and heterogeneous real-world input.
N2 - Die vorliegende Arbeit stellt neue Ideen sowie Forschungsergebnisse für das Web of Data vor. Hierbei handelt es sich um ein globales Netz aus sogenannten Linked Open Data (LOD) Quellen. Diese Datenquellen genügen gewissen Prinzipien, um Nutzern einen leichten Zugriff über das Internet und deren Verwendung zu ermöglichen. LOD ist bereits weit verbreitet und es existiert eine Vielzahl von Daten-Veröffentlichungen entsprechend der LOD Prinzipien. Trotz dessen ist LOD bisher kein fester Baustein des Webs des 21. Jahrhunderts. Die folgende Arbeit erläutert den aktuellen Stand der Forschung und Technik für Linked Open Data und identifiziert dessen Schwächen. Einigen Schwachstellen von LOD widmen wir uns in dem darauf folgenden Hauptteil. Zu Beginn stellen wir neuartige Metadaten für Datenquellen vor – die Themen von Datenquellen (engl. Topics). Solche Themen könnten mit Beschreibungen von Datenquellen veröffentlicht werden und eine Reihe von Anwendungsfällen, wie das Auffinden und Explorieren relevanter Daten, unterstützen. Wir diskutieren unseren Ansatz für die Extraktion dieser Metainformationen – die Annotated Pattern Percolation (APP). Experimentelle Ergebnisse werden mit Themen aus Wikipedia Portalen verglichen. Des Weiteren ergänzen wir den Stand der Forschung für das Auffinden verschiedener Repräsentationen eines Reale-Welt-Objektes (engl. Entity Linking). Für jenes Auffinden werden nicht nur lokale Entscheidungen getroffen, sondern es wird die Gesamtheit der Objektbeziehungen genutzt. Wir diskutieren unser Optimierungsmodel, beweisen dessen Schwere und präsentieren drei Ansätze zur Berechnung einer Lösung. Alle Ansätze wurden im LINked Data Alignment (LINDA) System implementiert. Die erste Methode arbeitet auf einer Maschine, kann jedoch Mehrkern-Prozessoren ausnutzen. Die weiteren Ansätze wurden für Rechnercluster ohne gemeinsamen Speicher entwickelt. Wir evaluieren unsere Ergebnisse auf mehr als 100 Millionen Entitäten und erläutern Vor- sowie Nachteile der jeweiligen Ansätze. Im verbleibenden Teil der Arbeit behandeln wir das Linking von Konzepten – ein Teilproblem des Entity Linking. Unser Ansatz, Holistic Concept Matching (HCM), betrachtet abermals die Gesamtheit der Daten. Wir gruppieren die Eingabe um eine geringe Laufzeit bei der Verarbeitung von mehreren Hunderttausenden Konzepten zu erreichen. Innerhalb der Gruppen berechnen wir komplexe Ähnlichkeiten, und spüren semantische Schlussfolgerungen und Widersprüche auf. Die Qualität des Ergebnisses evaluieren wir ebenfalls auf realen Datenmengen. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zum aktuellen Stand der Forschung für das Web of Data bei. Alle diskutierten Techniken wurden mit realen, heterogenen und großen Datenmengen getestet.
KW - Web of Data
KW - graph clustering
KW - topics
KW - entity alignment
KW - map/reduce
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68624
ER -
TY - BOOK
A1 - Haupt, Michael
A1 - Marr, Stefan
A1 - Hirschfeld, Robert
T1 - CSOM/PL : a virtual machine product line
N2 - CSOM/PL is a software product line (SPL) derived from applying multi-dimensional separation of concerns (MDSOC) techniques to the domain of high-level language virtual machine (VM) implementations. For CSOM/PL, we modularised CSOM, a Smalltalk VM implemented in C, using VMADL (virtual machine architecture description language). Several features of the original CSOM were encapsulated in VMADL modules and composed in various combinations. In an evaluation of our approach, we show that applying MDSOC and SPL principles to a domain as complex as that of VMs is not only feasible but beneficial, as it improves understandability, maintainability, and configurability of VM implementations without harming performance.
N2 - CSOM/PL ist eine Softwareproduktfamilie (software product line, SPL), die erstellt wurde, indem Techniken der mehrdimensionalen Belangtrennung (multi-dimensional separation of concerns, MDSOC) auf die Domäne der virtuellen Maschinen (VM) für höhere Programmiersprachen angewendet wurden. Dazu wurde CSOM, eine in C implementierte Smalltalk-VM, mittels VMADL (virtual machine architecture description language) in Module zerlegt. Etliche Eigenschaften von CSOM wurden in VMADL-Module gekapselt und auf unterschiedliche Weisen komponiert. Die Auswertung des Ansatzes zeigt, dass die Anwendung von MDSOC- und SPL-Prinzipien auf die komplexe VM-Domäne nicht nur machbar ist, sondern darüber hinaus auch Vorteile mit sich bringt, da die Verständlichkeit, Wartbarkeit und Konfigurierbarkeit von VM-Implementierungen ohne Beeinträchtigung der Ausführungsgeschwindigkeit verbessert werden.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 48
KW - Virtuelle Maschinen
KW - Architektur
KW - Softwareproduktlinien
KW - mehrdimensionale Belangtrennung
KW - Virtual machines
KW - architecture
KW - software product lines
KW - multi-dimensional separation of concerns
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52332
SN - 978-3-86956-134-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Neumann, Stefan
A1 - Giese, Holger
T1 - Scalable compatibility for embedded real-time components via language progressive timed automata
N2 - The proper composition of independently developed components of an embedded real- time system is complicated due to the fact that besides the functional behavior also the non-functional properties and in particular the timing have to be compatible. Nowadays related compatibility problems have to be addressed in a cumbersome integration and configuration phase at the end of the development process, that in the worst case may fail. Therefore, a number of formal approaches have been developed, which try to guide the upfront decomposition of the embedded real-time system into components such that integration problems related to timing properties can be excluded and that suitable configurations can be found. However, the proposed solutions require a number of strong assumptions that can be hardly fulfilled or the required analysis does not scale well. In this paper, we present an approach based on timed automata that can provide the required guarantees for the later integration without strong assumptions, which are difficult to match in practice. The approach provides a modular reasoning scheme that permits to establish the required guarantees for the integration employing only local checks, which therefore also scales. It is also possible to determine potential configuration settings by means of timed game synthesis.
N2 - Die korrekte Komposition individuell entwickelter Komponenten von eingebetteten Realzeitsystemen ist eine Herausforderung, da neben funktionalen Eigenschaften auch nicht funktionale Eigenschaften berücksichtigt werden müssen. Ein Beispiel hierfür ist die Kompatibilität von Realzeiteigenschaften, welche eine entscheidende Rolle in eingebetteten Systemen spielen. Heutzutage wird die Kompatibilität derartiger Eigenschaften in einer aufwändigen Integrations- und Konfigurationstests am Ende des Entwicklungsprozesses geprüft, wobei diese Tests im schlechtesten Fall fehlschlagen. Aus diesem Grund wurde eine Zahl an formalen Verfahren Entwickelt, welche eine frühzeitige Analyse von Realzeiteigenschaften von Komponenten erlauben, sodass Inkompatibilitäten von Realzeiteigenschaften in späteren Phasen ausgeschlossen werden können. Existierenden Verfahren verlangen jedoch, dass eine Reihe von Bedingungen erfüllt sein muss, welche von realen Systemen nur schwer zu erfüllen sind, oder aber, die verwendeten Analyseverfahren skalieren nicht für größere Systeme. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, welcher auf dem formalen Modell des Timed Automaton basiert und der keine Bedingungen verlangt, die von einem realen System nur schwer erfüllt werden können. Der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz enthält ein Framework, welches eine modulare Analyse erlaubt, bei der ausschließlich miteinender kommunizierende Komponenten paarweise überprüft werden müssen. Somit wird eine skalierbare Analyse von Realzeiteigenschaften ermöglicht, die keine Bedingungen verlangt, welche nur bedingt von realen Systemen erfüllt werden können.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 65
KW - Formale Verifikation
KW - Realzeitsysteme
KW - Eingebettete Systeme
KW - Timed Automata
KW - verification
KW - real-time systems
KW - timed automata
KW - embedded-systems
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63853
SN - 978-3-86956-226-1
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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 - Bauckmann, Jana
T1 - Dependency discovery for data integration
T1 - Erkennen von Datenabhängigkeiten zur Datenintegration
N2 - Data integration aims to combine data of different sources and to provide users with a unified view on these data. This task is as challenging as valuable. In this thesis we propose algorithms for dependency discovery to provide necessary information for data integration. We focus on inclusion dependencies (INDs) in general and a special form named conditional inclusion dependencies (CINDs): (i) INDs enable the discovery of structure in a given schema. (ii) INDs and CINDs support the discovery of cross-references or links between schemas. An IND “A in B” simply states that all values of attribute A are included in the set of values of attribute B. We propose an algorithm that discovers all inclusion dependencies in a relational data source. The challenge of this task is the complexity of testing all attribute pairs and further of comparing all of each attribute pair's values. The complexity of existing approaches depends on the number of attribute pairs, while ours depends only on the number of attributes. Thus, our algorithm enables to profile entirely unknown data sources with large schemas by discovering all INDs. Further, we provide an approach to extract foreign keys from the identified INDs. We extend our IND discovery algorithm to also find three special types of INDs: (i) Composite INDs, such as “AB in CD”, (ii) approximate INDs that allow a certain amount of values of A to be not included in B, and (iii) prefix and suffix INDs that represent special cross-references between schemas. Conditional inclusion dependencies are inclusion dependencies with a limited scope defined by conditions over several attributes. Only the matching part of the instance must adhere the dependency. We generalize the definition of CINDs distinguishing covering and completeness conditions and define quality measures for conditions. We propose efficient algorithms that identify covering and completeness conditions conforming to given quality thresholds. The challenge for this task is twofold: (i) Which (and how many) attributes should be used for the conditions? (ii) Which attribute values should be chosen for the conditions? Previous approaches rely on pre-selected condition attributes or can only discover conditions applying to quality thresholds of 100%. Our approaches were motivated by two application domains: data integration in the life sciences and link discovery for linked open data. We show the efficiency and the benefits of our approaches for use cases in these domains.
N2 - Datenintegration hat das Ziel, Daten aus unterschiedlichen Quellen zu kombinieren und Nutzern eine einheitliche Sicht auf diese Daten zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe ist gleichermaßen anspruchsvoll wie wertvoll. In dieser Dissertation werden Algorithmen zum Erkennen von Datenabhängigkeiten vorgestellt, die notwendige Informationen zur Datenintegration liefern. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf Inklusionsabhängigkeiten (inclusion dependency, IND) im Allgemeinen und auf der speziellen Form der Bedingten Inklusionsabhängigkeiten (conditional inclusion dependency, CIND): (i) INDs ermöglichen das Finden von Strukturen in einem gegebenen Schema. (ii) INDs und CINDs unterstützen das Finden von Referenzen zwischen Datenquellen. Eine IND „A in B“ besagt, dass alle Werte des Attributs A in der Menge der Werte des Attributs B enthalten sind. Diese Arbeit liefert einen Algorithmus, der alle INDs in einer relationalen Datenquelle erkennt. Die Herausforderung dieser Aufgabe liegt in der Komplexität alle Attributpaare zu testen und dabei alle Werte dieser Attributpaare zu vergleichen. Die Komplexität bestehender Ansätze ist abhängig von der Anzahl der Attributpaare während der hier vorgestellte Ansatz lediglich von der Anzahl der Attribute abhängt. Damit ermöglicht der vorgestellte Algorithmus unbekannte Datenquellen mit großen Schemata zu untersuchen. Darüber hinaus wird der Algorithmus erweitert, um drei spezielle Formen von INDs zu finden, und ein Ansatz vorgestellt, der Fremdschlüssel aus den erkannten INDs filtert. Bedingte Inklusionsabhängigkeiten (CINDs) sind Inklusionsabhängigkeiten deren Geltungsbereich durch Bedingungen über bestimmten Attributen beschränkt ist. Nur der zutreffende Teil der Instanz muss der Inklusionsabhängigkeit genügen. Die Definition für CINDs wird in der vorliegenden Arbeit generalisiert durch die Unterscheidung von überdeckenden und vollständigen Bedingungen. Ferner werden Qualitätsmaße für Bedingungen definiert. Es werden effiziente Algorithmen vorgestellt, die überdeckende und vollständige Bedingungen mit gegebenen Qualitätsmaßen auffinden. Dabei erfolgt die Auswahl der verwendeten Attribute und Attributkombinationen sowie der Attributwerte automatisch. Bestehende Ansätze beruhen auf einer Vorauswahl von Attributen für die Bedingungen oder erkennen nur Bedingungen mit Schwellwerten von 100% für die Qualitätsmaße. Die Ansätze der vorliegenden Arbeit wurden durch zwei Anwendungsbereiche motiviert: Datenintegration in den Life Sciences und das Erkennen von Links in Linked Open Data. Die Effizienz und der Nutzen der vorgestellten Ansätze werden anhand von Anwendungsfällen in diesen Bereichen aufgezeigt.
KW - Datenabhängigkeiten-Entdeckung
KW - Datenintegration
KW - Schema-Entdeckung
KW - Link-Entdeckung
KW - Inklusionsabhängigkeit
KW - dependency discovery
KW - data integration
KW - schema discovery
KW - link discovery
KW - inclusion dependency
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66645
ER -
TY - BOOK
A1 - Herzberg, Nico
A1 - Weske, Mathias
T1 - Enriching raw events to enable process intelligence : research challenges
N2 - Business processes are performed within a company’s daily business. Thereby, valuable data about the process execution is produced. The quantity and quality of this data is very dependent on the process execution environment that reaches from predominantly manual to fullautomated. Process improvement is one essential cornerstone of business process management to ensure companies’ competitiveness and relies on information about the process execution. Especially in manual process environments data directly related to the process execution is rather sparse and incomplete. In this paper, we present an approach that supports the usage and enrichment of process execution data with context data – data that exists orthogonally to business process data – and knowledge from the corresponding process models to provide a high-quality event base for process intelligence subsuming, among others, process monitoring, process analysis, and process mining. Further, we discuss open issues and challenges that are subject to our future work.
N2 - Die wertschöpfenden Tätigkeiten in Unternehmen folgen definierten Geschäftsprozessen und werden entsprechend ausgeführt. Dabei werden wertvolle Daten über die Prozessausführung erzeugt. Die Menge und Qualität dieser Daten ist sehr stark von der Prozessausführungsumgebung abhängig, welche überwiegend manuell als auch vollautomatisiert sein kann. Die stetige Verbesserung von Prozessen ist einer der Hauptpfeiler des Business Process Managements, mit der Aufgabe die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu sichern und zu steigern. Um Prozesse zu verbessern muss man diese analysieren und ist auf Daten der Prozessausführung angewiesen. Speziell bei manueller Prozessausführung sind die Daten nur selten direkt zur konkreten Prozessausführung verknüpft. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Ansatz zur Verwendung und Anreicherung von Prozessausführungsdaten mit Kontextdaten – Daten die unabhängig zu den Prozessdaten existieren – und Wissen aus den dazugehörigen Prozessmodellen, um ein hochwertige Event- Datenbasis für Process Intelligence Anwendungen, wie zum Beispiel Prozessmonitoring, Prozessanalyse und Process Mining, sicherstellen zu können. Des Weiteren zeigen wir offene Fragestellungen und Herausforderungen auf, welche in Zukunft Gegenstand unserer Forschung sein werden.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 73
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64012
SN - 978-3-86956-241-4
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Meyer, Andreas
A1 - Pufahl, Luise
A1 - Fahland, Dirk
A1 - Weske, Mathias
T1 - Modeling and enacting complex data dependencies in business processes
N2 - Enacting business processes in process engines requires the coverage of control flow, resource assignments, and process data. While the first two aspects are well supported in current process engines, data dependencies need to be added and maintained manually by a process engineer. Thus, this task is error-prone and time-consuming. In this report, we address the problem of modeling processes with complex data dependencies, e.g., m:n relationships, and their automatic enactment from process models. First, we extend BPMN data objects with few annotations to allow data dependency handling as well as data instance differentiation. Second, we introduce a pattern-based approach to derive SQL queries from process models utilizing the above mentioned extensions. Therewith, we allow automatic enactment of data-aware BPMN process models. We implemented our approach for the Activiti process engine to show applicability.
N2 - Die Ausführung von Geschäftsprozessen in Process Engines benötigt Informationen über den Kontrollfluss, die Rollenzuordnungen und die Datenabhängigkeiten. Während die ersten beiden Aspekte bereits automatisiert von Process Engines unterstützt werden, müssen die Datenabhängigkeiten durch einen Prozessingenieur manuell hinzugefügt und gewartet werden. Allerdings ist diese Aufgabe sehr fehleranfällig und zeitintensiv. In diesem Report zeigen wir wie Prozesse mit komplexen Datenabhängigkeiten, z.B. m:n Beziehungen, modelliert und automatisiert ausgeführt werden können. Dazu erweitern wir zuerst BPMN Datenobjekte mit wenigen Annotationen, um das Handling von Datenabhängikeiten sowie die Differenzierung von Datenobjektinstanzen zu ermöglichen. Danach beschreiben wir einen Pattern-basierten Ansatz, um SQL-Queries, unter Nutzung der oben erwähnten Erweiterungen, aus Prozessmodellen abzuleiten. Damit erlauben wir die automatisierte Ausführung von Daten-orientierten BPMN Prozessmodellen. Um die Anwendbarkeit unseres Ansatzen zu demonstieren, implementierten wir ihn für die Process Engine Activiti.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 74
KW - Prozessmodellierung
KW - Datenmodellierung
KW - Prozessausführung
KW - BPMN
KW - SQL
KW - Process Modeling
KW - Data Modeling
KW - Process Enactment
KW - BPMN
KW - SQL
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65103
SN - 978-3-86956-245-2
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Dörge, Christina
T1 - Informatische Schlüsselkompetenzen
T1 - Key competencies in informatics
BT - Konzepte der Informationstechnologie im Sinne einer informatischen Allgemeinbildung
BT - concepts of general education in information technology
N2 - Seit den 60er Jahren gibt es im deutschsprachigen Raum Diskussionen um die Begriffe Schlüsselqualifikation und (Schlüssel-)Kompetenz, welche seit ca. 2000 auch in der Informatikdidaktik angekommen sind. Die Diskussionen der Fachdisziplinen und ihre Bedeutung für die Informatikdidaktik sind Gegenstand des ersten Teils dieser Dissertation. Es werden Rahmenmodelle zur Strukturierung und Einordnung von Kompetenzen entworfen, die für alle Fachdisziplinen nutzbar sind. Im zweiten Teil wird ein methodologischer Weg gezeigt, Schlüsselkompetenzen herzuleiten, ohne normativ vorgehen zu müssen. Hierzu wird das Verfahren der Qualitativen Inhaltsanalyse (QI) auf informatikdidaktische Ansätze angewendet. Die resultierenden Kompetenzen werden in weiteren Schritten verfeinert und in die zuvor entworfenen Rahmenmodelle eingeordnet. Das Ergebnis sind informatische Schlüsselkompetenzen, welche ein spezifisches Bild der Informatik zeichnen und zur Analyse bereits bestehender Curricula genutzt werden können. Zusätzlich zeigt das Verfahren einen Weg auf, wie Schlüsselkompetenzen auf nicht-normativem Wege generell hergeleitet werden können.
N2 - In the German language areas of Europe there have been discussions concerning the concepts of key qualifications and competencies since the 1960s. Part one of this dissertation examines these discussions and their meaning for computer science education. Conceptual frameworks, suitable for all educational disciplines and contexts, are designed which permit the classificati- on and structuring of competencies. Part two presents a methodology for the derivation of key competencies that is free of normative elements and procedures. This is achieved by applying qualitative content analyses (QCA) to various didactic approaches of computer science educa- tion. The competencies thus found are then filtered by general education criteria, yielding key competencies in informatics. The key competencies generated in this way draw a very specific picture of computer science / informatics and can be used in the analysis of existing curricula.
T3 - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 8
KW - Kompetenzen
KW - Schlüsselkompetenzen
KW - informatische Allgemeinbildung
KW - Informatische Kompetenzen
KW - Informatikdidaktik
KW - competencies
KW - key competencies
KW - general education in computer science
KW - ICT competencies
KW - computer science education (CSE)
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-70470
SN - 978-3-86956-262-9
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Tinnefeld, Christian
T1 - Building a columnar database on shared main memory-based storage
BT - database operator placement in a shared main memory-based storage system that supports data access and code execution
N2 - In the field of disk-based parallel database management systems exists a great variety of solutions based on a shared-storage or a shared-nothing architecture. In contrast, main memory-based parallel database management systems are dominated solely by the shared-nothing approach as it preserves the in-memory performance advantage by processing data locally on each server. We argue that this unilateral development is going to cease due to the combination of the following three trends: a) Nowadays network technology features remote direct memory access (RDMA) and narrows the performance gap between accessing main memory inside a server and of a remote server to and even below a single order of magnitude. b) Modern storage systems scale gracefully, are elastic, and provide high-availability. c) A modern storage system such as Stanford's RAMCloud even keeps all data resident in main memory. Exploiting these characteristics in the context of a main-memory parallel database management system is desirable. The advent of RDMA-enabled network technology makes the creation of a parallel main memory DBMS based on a shared-storage approach feasible.
This thesis describes building a columnar database on shared main memory-based storage. The thesis discusses the resulting architecture (Part I), the implications on query processing (Part II), and presents an evaluation of the resulting solution in terms of performance, high-availability, and elasticity (Part III).
In our architecture, we use Stanford's RAMCloud as shared-storage, and the self-designed and developed in-memory AnalyticsDB as relational query processor on top. AnalyticsDB encapsulates data access and operator execution via an interface which allows seamless switching between local and remote main memory, while RAMCloud provides not only storage capacity, but also processing power. Combining both aspects allows pushing-down the execution of database operators into the storage system. We describe how the columnar data processed by AnalyticsDB is mapped to RAMCloud's key-value data model and how the performance advantages of columnar data storage can be preserved.
The combination of fast network technology and the possibility to execute database operators in the storage system opens the discussion for site selection. We construct a system model that allows the estimation of operator execution costs in terms of network transfer, data processed in memory, and wall time. This can be used for database operators that work on one relation at a time - such as a scan or materialize operation - to discuss the site selection problem (data pull vs. operator push). Since a database query translates to the execution of several database operators, it is possible that the optimal site selection varies per operator. For the execution of a database operator that works on two (or more) relations at a time, such as a join, the system model is enriched by additional factors such as the chosen algorithm (e.g. Grace- vs. Distributed Block Nested Loop Join vs. Cyclo-Join), the data partitioning of the respective relations, and their overlapping as well as the allowed resource allocation.
We present an evaluation on a cluster with 60 nodes where all nodes are connected via RDMA-enabled network equipment. We show that query processing performance is about 2.4x slower if everything is done via the data pull operator execution strategy (i.e. RAMCloud is being used only for data access) and about 27% slower if operator execution is also supported inside RAMCloud (in comparison to operating only on main memory inside a server without any network communication at all). The fast-crash recovery feature of RAMCloud can be leveraged to provide high-availability, e.g. a server crash during query execution only delays the query response for about one second. Our solution is elastic in a way that it can adapt to changing workloads a) within seconds, b) without interruption of the ongoing query processing, and c) without manual intervention.
N2 - Diese Arbeit beschreibt die Erstellung einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Motiviert wird diese Arbeit durch drei Faktoren. Erstens ist moderne Netzwerktechnologie mit “Remote Direct Memory Access” (RDMA) ausgestattet. Dies reduziert den Unterschied hinsichtlich Latenz und Durchsatz zwischen dem Speicherzugriff innerhalb eines Rechners und auf einen entfernten Rechner auf eine Größenordnung. Zweitens skalieren moderne Speichersysteme, sind elastisch und hochverfügbar. Drittens hält ein modernes Speichersystem wie Stanford's RAMCloud alle Daten im Hauptspeicher vor. Diese Eigenschaften im Kontext einer spalten-orientierten Datenbank zu nutzen ist erstrebenswert. Die Arbeit ist in drei Teile untergliedert. Der erste Teile beschreibt die Architektur einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Hierbei werden die im Rahmen dieser Arbeit entworfene und entwickelte Datenbank AnalyticsDB sowie Stanford's RAMCloud verwendet. Die Architektur beschreibt wie Datenzugriff und Operatorausführung gekapselt werden um nahtlos zwischen lokalem und entfernten Hauptspeicher wechseln zu können. Weiterhin wird die Ablage der nach einem relationalen Schema formatierten Daten von AnalyticsDB in RAMCloud behandelt, welches mit einem Schlüssel-Wertpaar Datenmodell operiert. Der zweite Teil fokussiert auf die Implikationen bei der Abarbeitung von Datenbankanfragen. Hier steht die Diskussion im Vordergrund wo (entweder in AnalyticsDB oder in RAMCloud) und mit welcher Parametrisierung einzelne Datenbankoperationen ausgeführt werden. Dafür werden passende Kostenmodelle vorgestellt, welche die Abbildung von Datenbankoperationen ermöglichen, die auf einer oder mehreren Relationen arbeiten. Der dritte Teil der Arbeit präsentiert eine Evaluierung auf einem Verbund von 60 Rechnern hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Hochverfügbarkeit und der Elastizität vom System.
T2 - Die Erstellung einer spaltenorientierten Datenbank auf einem verteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem
KW - computer science
KW - database technology
KW - main memory computing
KW - cloud computing
KW - verteilte Datenbanken
KW - Hauptspeicher Technologie
KW - virtualisierte IT-Infrastruktur
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-72063
ER -
TY - BOOK
A1 - Hebig, Regina
A1 - Giese, Holger
A1 - Batoulis, Kimon
A1 - Langer, Philipp
A1 - Zamani Farahani, Armin
A1 - Yao, Gary
A1 - Wolowyk, Mychajlo
T1 - Development of AUTOSAR standard documents at Carmeq GmbH
T1 - Entwicklung der AUTOSAR-Standarddokumente bei Carmeq GmbH
BT - a case study
BT - eine Fall Studie
N2 - This report documents the captured MDE history of Carmeq GmbH, in context of the project Evolution of MDE Settings in Practice.
The goal of the project is the elicitation of MDE approaches and their evolution.
N2 - Dieser technische Bericht dokumentiert wie sich der MDE Ansatz zur Entwicklung von Softwarestandardisierungsdokumenten bei der Carmeq GmbH im Laufe der Zeit verändert hat. Diese Historie wurde im Rahmen des Projektes "Evolution of MDE Settings in Practice" (Evolution von MDE Ansätzen in der Praxis) erstellt. Ziel dieses Projektes ist die Erhebung von MDE Ansätzen und ihrer Evolution.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 92
KW - model-driven engineering
KW - MDE settings
KW - evolution in MDE
KW - case study
KW - modellgetriebene Entwicklung
KW - MDE Ansatz
KW - Evolution in MDE
KW - Fallstudie
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-71535
SN - 978-3-86956-317-6
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 92
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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 - Becker, Basil
T1 - Architectural modelling and verification of open service-oriented systems of systems
T1 - Architekturmodellierung und Verifikation von offenen und service-orientierten Systems of Systems
N2 - Systems of Systems (SoS) have received a lot of attention recently. In this thesis we will focus on SoS that are built atop the techniques of Service-Oriented Architectures and thus combine the benefits and challenges of both paradigms. For this thesis we will understand SoS as ensembles of single autonomous systems that are integrated to a larger system, the SoS. The interesting fact about these systems is that the previously isolated systems are still maintained, improved and developed on their own. Structural dynamics is an issue in SoS, as at every point in time systems can join and leave the ensemble. This and the fact that the cooperation among the constituent systems is not necessarily observable means that we will consider these systems as open systems. Of course, the system has a clear boundary at each point in time, but this can only be identified by halting the complete SoS. However, halting a system of that size is practically impossible. Often SoS are combinations of software systems and physical systems. Hence a failure in the software system can have a serious physical impact what makes an SoS of this kind easily a safety-critical system. The contribution of this thesis is a modelling approach that extends OMG's SoaML and basically relies on collaborations and roles as an abstraction layer above the components. This will allow us to describe SoS at an architectural level. We will also give a formal semantics for our modelling approach which employs hybrid graph-transformation systems. The modelling approach is accompanied by a modular verification scheme that will be able to cope with the complexity constraints implied by the SoS' structural dynamics and size. Building such autonomous systems as SoS without evolution at the architectural level --- i. e. adding and removing of components and services --- is inadequate. Therefore our approach directly supports the modelling and verification of evolution.
N2 - Systems of Systems (SoS) sind ein seit längerem bekanntes Konzept, das jedoch in letzter Zeit vermehrt Aufmerksamkeit erhielt. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit wird auf SoS liegen, die mit Hilfe von Techniken aus Service-Orientierten Architekturen erstellt werden. Somit vereinen die hier betrachteten SoS die Vorteile und Herausforderungen beider Paradigmen. SoS können definiert werden als Zusammenschlüsse einzelner, autonomer Systeme, die zu einem größeren System integriert werden. In diesem Zusammenhang interessant ist, dass die ehemals isolierten Systeme nach wie vor isoliert voneinander weiterentwickelt und gewartet werden. Desweiteren kommt der Strukturdynamik innerhalb des SoS eine beachtliche Bedeutung zu, da jederzeit Systeme dem SoS beitreten und es verlassen können. Zusammen mit der Tatsache, dass die Kooperationen zwischen den konstituierenden Systemen nicht immer beobachtbar sind, führt dies dazu, dass wir diese Systeme als offene Systeme bezeichnen. Wobei das System natürlich jederzeit eine klar definierte Grenze besitzt, diese aber nur durch ein Anhalten des Systems zu bestimmen ist. Dies jedoch ist, von einer praktischen Perspektive aus betrachtet, unmöglich. Häufig stellen SoS eine Kombination aus Softwaresystemen und pyhsikalischen Systemen dar mit der Folge, dass ein Fehler in der Software eine SoS schnell eine immense physikalische Wirkung entwickeln kann. Von daher fallen SoS leicht in die Klasse der sicherheitskritischen Systeme. In dieser Arbeit werden wir einen Modellierungsansatz vorstellen, der die Sprache SoaML der OMG erweitert. Die grundlegenden Konzepte dieses Ansatzes sind die Modellierung mit Kollaborationen und Rollen als Abstraktionsebene über Komponenten. Der vorgestellte Ansatz erlaubt es uns SoS auf einer architekturellen Ebene zu betrachten. Die formale Semantik unseres Modellierungsansatzes ist durch hybride Graphtransformationssysteme gegeben. Abgestimmt auf die Modellierung werden wir ebenfalls ein Verfahren zu Verifikation von SoS vorstellen, welches trotz der inhärenten Komplexität von SoS, diese zu verifizieren. Die Modellierung und Verifikation von Evolution wird von unserem Ansatz direkt unterstützt.
KW - Modellierung
KW - Verifikation
KW - Evolution
KW - Systems of Systems
KW - Service-orientierte Systeme
KW - modelling
KW - verification
KW - evolution
KW - systems of systems
KW - service-oriented systems
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70158
ER -
TY - CHAP
A1 - Heinisch, Isabelle
A1 - Romeike, Ralf
A1 - Knobelsdorf, Maria
A1 - Kreitz, Christoph
A1 - Nylén, Aletta
A1 - Dörge, Christina
A1 - Göttel, Timo
A1 - Holz, Jan
A1 - Bergner, Nadine
A1 - Schroeder, Ulrik
A1 - Metzger, Christiane
A1 - Haag, Johann
A1 - Abke, Jörg
A1 - Schwirtlich, Vincent
A1 - Sedelmaier, Yvonne
A1 - Müller, Dorothee
A1 - Frommer, Andreas
A1 - Humbert, Ludger
A1 - Berges, Marc
A1 - Mühling, Andreas
A1 - Hubwieser, Peter
A1 - Steuer, Horst
A1 - Engbring, Dieter
A1 - Selke, Harald
A1 - Drews, Paul
A1 - Schirmer, Ingrid
A1 - Morisse, Marcel
A1 - Sagawe, Arno
A1 - Rolf, Arno
A1 - Friedemann, Stefan
A1 - Gröger, Stefan
A1 - Schumann, Matthias
A1 - Klinger, Melanie
A1 - Polutina, Olena
A1 - Bibel, Ariane
A1 - Götz, Christian
A1 - Brinda, Torsten
A1 - Apel, Rebecca
A1 - Berg, Tobias
A1 - Bergner, Nadine
A1 - Chatti, Mohamed Amine
A1 - Leicht-Scholten, Carmen
A1 - Schroeder, Ulrik
A1 - Al-Saffar, Loay Talib
A1 - Petre, Marian
A1 - Schirmer, Ingrid
A1 - Rick, Detlef
ED - Forbrig, Peter
ED - Rick, Detlef
ED - Schmolitzky, Axel
T1 - HDI 2012 – Informatik für eine nachhaltige Zukunft : 5. Fachtagung Hochschuldidaktik der Informatik ; 06.–07. November 2012, Universität Hamburg
N2 - Die Tagungsreihe zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wird vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studiengängen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs über neue didaktische Ansätze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik. Diese fünfte HDI 2012 wurde an der Universität Hamburg organisiert. Für sie wurde das spezielle Motto „Informatik für eine nachhaltige Zukunft“ gewählt, um insbesondere Fragen der Bildungsrelevanz informatischer Inhalte, der Kompetenzen für Studierende informatisch geprägter Studiengänge und der Rolle der Informatik in der Hochschulentwicklung zu diskutieren.
T3 - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 5
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62891
SN - 978-3-86956-220-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Lange, Dustin
T1 - Effective and efficient similarity search in databases
T1 - Effektive und effiziente Ähnlichkeitssuche in Datenbanken
N2 - Given a large set of records in a database and a query record, similarity search aims to find all records sufficiently similar to the query record. To solve this problem, two main aspects need to be considered: First, to perform effective search, the set of relevant records is defined using a similarity measure. Second, an efficient access method is to be found that performs only few database accesses and comparisons using the similarity measure. This thesis solves both aspects with an emphasis on the latter. In the first part of this thesis, a frequency-aware similarity measure is introduced. Compared record pairs are partitioned according to frequencies of attribute values. For each partition, a different similarity measure is created: machine learning techniques combine a set of base similarity measures into an overall similarity measure. After that, a similarity index for string attributes is proposed, the State Set Index (SSI), which is based on a trie (prefix tree) that is interpreted as a nondeterministic finite automaton. For processing range queries, the notion of query plans is introduced in this thesis to describe which similarity indexes to access and which thresholds to apply. The query result should be as complete as possible under some cost threshold. Two query planning variants are introduced: (1) Static planning selects a plan at compile time that is used for all queries. (2) Query-specific planning selects a different plan for each query. For answering top-k queries, the Bulk Sorted Access Algorithm (BSA) is introduced, which retrieves large chunks of records from the similarity indexes using fixed thresholds, and which focuses its efforts on records that are ranked high in more than one attribute and thus promising candidates. The described components form a complete similarity search system. Based on prototypical implementations, this thesis shows comparative evaluation results for all proposed approaches on different real-world data sets, one of which is a large person data set from a German credit rating agency.
N2 - Ziel von Ähnlichkeitssuche ist es, in einer Menge von Tupeln in einer Datenbank zu einem gegebenen Anfragetupel all diejenigen Tupel zu finden, die ausreichend ähnlich zum Anfragetupel sind. Um dieses Problem zu lösen, müssen zwei zentrale Aspekte betrachtet werden: Erstens, um eine effektive Suche durchzuführen, muss die Menge der relevanten Tupel mithilfe eines Ähnlichkeitsmaßes definiert werden. Zweitens muss eine effiziente Zugriffsmethode gefunden werden, die nur wenige Datenbankzugriffe und Vergleiche mithilfe des Ähnlichkeitsmaßes durchführt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit beiden Aspekten und legt den Fokus auf Effizienz. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein häufigkeitsbasiertes Ähnlichkeitsmaß eingeführt. Verglichene Tupelpaare werden entsprechend der Häufigkeiten ihrer Attributwerte partitioniert. Für jede Partition wird ein unterschiedliches Ähnlichkeitsmaß erstellt: Mithilfe von Verfahren des Maschinellen Lernens werden Basisähnlichkeitsmaßes zu einem Gesamtähnlichkeitsmaß verbunden. Danach wird ein Ähnlichkeitsindex für String-Attribute vorgeschlagen, der State Set Index (SSI), welcher auf einem Trie (Präfixbaum) basiert, der als nichtdeterministischer endlicher Automat interpretiert wird. Zur Verarbeitung von Bereichsanfragen wird in dieser Arbeit die Notation der Anfragepläne eingeführt, um zu beschreiben welche Ähnlichkeitsindexe angefragt und welche Schwellwerte dabei verwendet werden sollen. Das Anfrageergebnis sollte dabei so vollständig wie möglich sein und die Kosten sollten einen gegebenen Schwellwert nicht überschreiten. Es werden zwei Verfahren zur Anfrageplanung vorgeschlagen: (1) Beim statischen Planen wird zur Übersetzungszeit ein Plan ausgewählt, der dann für alle Anfragen verwendet wird. (2) Beim anfragespezifischen Planen wird für jede Anfrage ein unterschiedlicher Plan ausgewählt. Zur Beantwortung von Top-k-Anfragen stellt diese Arbeit den Bulk Sorted Access-Algorithmus (BSA) vor, der große Mengen von Tupeln mithilfe fixer Schwellwerte von den Ähnlichkeitsindexen abfragt und der Tupel bevorzugt, die hohe Ähnlichkeitswerte in mehr als einem Attribut haben und damit vielversprechende Kandidaten sind. Die vorgestellten Komponenten bilden ein vollständiges Ähnlichkeitssuchsystem. Basierend auf einer prototypischen Implementierung zeigt diese Arbeit vergleichende Evaluierungsergebnisse für alle vorgestellten Ansätze auf verschiedenen Realwelt-Datensätzen; einer davon ist ein großer Personendatensatz einer deutschen Wirtschaftsauskunftei.
KW - Datenbanken
KW - Ähnlichkeitssuche
KW - Suchverfahren
KW - Ähnlichkeitsmaße
KW - Indexstrukturen
KW - Databases
KW - Similarity Search
KW - Search Algorithms
KW - Similarity Measures
KW - Index Structures
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65712
ER -
TY - BOOK
A1 - Calmez, Conrad
A1 - Hesse, Hubert
A1 - Siegmund, Benjamin
A1 - Stamm, Sebastian
A1 - Thomschke, Astrid
A1 - Hirschfeld, Robert
A1 - Ingalls, Dan
A1 - Lincke, Jens
T1 - Explorative authoring of Active Web content in a mobile environment
N2 - Developing rich Web applications can be a complex job - especially when it comes to mobile device support. Web-based environments such as Lively Webwerkstatt can help developers implement such applications by making the development process more direct and interactive. Further the process of developing software is collaborative which creates the need that the development environment offers collaboration facilities. This report describes extensions of the webbased development environment Lively Webwerkstatt such that it can be used in a mobile environment. The extensions are collaboration mechanisms, user interface adaptations but as well event processing and performance measuring on mobile devices.
N2 - Vielseitige Webanwendungen zu entwickeln kann eine komplexe Aufgabe sein - besonders wenn es die Unterstützung mobiler Geräte betrifft. Webbasierte Umgebungen wie Lively Kernel können Entwicklern helfen Webanwendungen zu entwickeln, indem sie den Entwicklungsprozess direkter und interaktiver gestalten. Zudem sind Entwicklungsprozesse von Software kollaborativ, d.h. Enwicklungsumgebungen müssen so gestaltet sein, dass sie mit kollaborativen Elementen zu unterstützen. Diese Arbeit beschreibt die Erweiterungen der webbasierten Entwicklungsumgebung Lively Webwerkstatt, so dass diese in einer mobilen Umgebung genutzt werden kann. Die Reichweite dieser Erweiterungen erstreckt sich von Kollaborationsmechanismen und Benutzerschnittstellen bis hin zu Eventbehandlung und Performanzmessungen auf mobilen Geräten.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 72
KW - Web applications
KW - Mobile Application Development
KW - CSCW
KW - Lively Kernel
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64054
SN - 978-3-86956-232-2
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - BOOK
A1 - Wist, Dominic
A1 - Wollowski, Ralf
T1 - STG decomposition : avoiding irreducible CSC conflicts by internal communication
N2 - Inhalt: 1 Introduction 2 Basic Definitions 3 Achieving SI Implementability by Internal Communication 4 Towards a Structural Method 5 Examples 6 Conclusions and Future Work
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 20
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-32968
SN - 978-3-940793-02-7
ER -
TY - BOOK
ED - Richter, Stefan
ED - Henze, Stefan
ED - Büttner, Eiko
ED - Bach, Steffen
ED - Polze, Andreas
T1 - Java language conversion assistant : an analysis
N2 - This document is an analysis of the 'Java Language Conversion Assistant'. Itr will also cover a language analysis of the Java Programming Language as well as a survey of related work concerning Java and C# interoperability on the one hand and language conversion in general on the other. Part I deals with language analysis. Part II covers the JLCA tool and tests used to analyse the tool. Additionally, it gives an overview of the above mentioned related work. Part III presents a complete project that has been translated using the JLCA.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 04
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33151
SN - 978-3-937786-10-0
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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ED - Gröne, Bernhard
ED - Keller, Frank
T1 - Conceptual architecture patterns : FMC–based representations
N2 - This document presents the results of the seminar "Coneptual Arachitecture Patterns" of the winter term 2002 in the Hasso-Plattner-Institute. It is a compilation of the student's elaborations dealing with some conceptual architecture patterns which can be found in literature. One important focus laid on the runtime structures and the presentation of the patterns. 1. Introduction 1.1. The Seminar 1.2. Literature 2 Pipes and Filters (André Langhorst and Martin Steinle) 3 Broker (Konrad Hübner and Einar Lück) 4 Microkernel (Eiko Büttner and Stefan Richter) 5 Component Configurator (Stefan Röck and Alexander Gierak) 6 Interceptor (Marc Förster and Peter Aschenbrenner) 7 Reactor (Nikolai Cieslak and Dennis Eder) 8 Half–Sync/Half–Async (Robert Mitschke and Harald Schubert) 9 Leader/Followers (Dennis Klemann and Steffen Schmidt)
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 02
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33173
SN - 978-3-935024-98-3
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A1 - Gröne, Bernhard
A1 - Knöpfel, Andreas
A1 - Kugel, Rudolf
A1 - Schmidt, Oliver
T1 - The Apache Modeling Project
N2 - This document presents an introduction to the Apache HTTP Server, covering both an overview and implementation details. It presents results of the Apache Modelling Project done by research assistants and students of the Hasso–Plattner–Institute in 2001, 2002 and 2003. The Apache HTTP Server was used to introduce students to the application of the modeling technique FMC, a method that supports transporting knowledge about complex systems in the domain of information processing (software and hardware as well). After an introduction to HTTP servers in general, we will focus on protocols and web technology. Then we will discuss Apache, its operational environment and its extension capabilities— the module API. Finally we will guide the reader through parts of the Apache source code and explain the most important pieces.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 05
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33147
SN - 978-3-937786-14-8
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A1 - Freischlad, Stefan
T1 - Entwicklung und Erprobung des Didaktischen Systems Internetworking im Informatikunterricht
N2 - Internetbasierte Informatiksysteme beeinflussen in steigendem Maße Situationen in unterschiedlichen Lebensbereichen. Kompetenzen zur Verwendung von Internetanwendungen und -diensten müssen explizit erworben werden, weil damit ein notwendiger Einblick in nicht beobachtbare Abläufe und nicht offen sichtbare Strukturen verbunden ist. Bisher gibt es Vorschläge für die Gestaltung schulischer Lehr-Lernprozesse zu ausgewählten Teilaspekten des Internets. Es fehlt eine systematische Analyse des Bildungsbedarfs und ein daraus resultierendes Unterrichtsmodell. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für den Informatikunterricht in der Sekundarstufe II vorgestellt, das zu zielgerichteter und verantwortungsvoller Anwendung des Internets beiträgt. Die vorliegende Arbeit umfasst den Prozess von der Analyse erforderlicher Kompetenzen bis zur Realisierung von Lehr-Lernprozessen im Informatikunterricht in der Sekundarstufe II. Es werden der Beitrag der Informatik zu identifizierten Kompetenzen untersucht und Bildungsanforderungen bestimmt. Bildungsempfehlungen und Forschungsergebnisse zu erfolgreichen Unterrichtseinheiten werden im Hinblick auf die Bildungsziele analysiert. Der Informatikunterricht unterstützt die Kompetenzentwicklung zu internetbasierten digitalen Medien. Es wird die Entwicklung eines Unterrichtsmodells zu Internetworking beschrieben. Dazu wird der Ansatz der Didaktischen Systeme untersucht, weiter entwickelt und auf den Bereich Internetworking übertragen. Der theoretische Ansatz wird dazu in vier Unterrichtsprojekten zu Internetworking in der Praxis realisiert. Beziehungen zwischen Fachkonzepten zu Internetworking werden untersucht und durch Wissensstrukturen zur Planung von Unterrichtsprojekten eingesetzt und in der Praxis erprobt. Die Beschreibung von Lernaktivitäten erfolgt auf der Basis von Aufgabenklassen, die das notwendige Wissen zur Bearbeitung einer Aufgabenstellung repräsentieren. Auf der Grundlage des Ablaufs der Aufgabenbearbeitung werden Eigenschaften von Aufgaben beschrieben und zu deren Gestaltung nutzbar gemacht. Bisher nicht durchführbare Tätigkeiten im Unterricht werden durch die Entwicklung der Lernsoftware Filius ermöglicht. Die Reduktion der komplexen Wirklichkeit durch Simulation realer internetbasierter Informatiksysteme und die Auswahl geeigneter Sichten auf den Untersuchungsgegenstand werden mit Ergebnissen der Informatikdidaktik begründet. Unterrichtsprojekte zu den Zielen werden durchgeführt, um Lehr-Lernprozesse zu erkunden und das entwickelte Didaktische System zu erproben. Ausgehend von der theoretischen Fundierung erfolgt die praktische Realisierung von Lehr-Lernprozessen. Zur Erprobung im Informatikunterricht der Sekundarstufe II in Nordrhein-Westfalen werden Minimalziele aufgrund der Lehrvorgaben bestimmt. Die methodische Gestaltung in der Erprobung erfolgt unter Berücksichtigung der Vorgaben für den Informatikunterricht und allgemeinen Anforderungen der Fachdidaktik. Handlungsorientierte Unterrichtsmittel werden ausgewählt und in der Praxis zur Untersuchung der Lehr-Lernprozesse verwendet. Im Unterricht identifizierte Lernschwierigkeiten führen zur Modifikation der Wissensstrukturen und werden im Entwicklungsprozess von Filius berücksichtigt. Die Erkenntnisse aus Unterrichtsprojekten werden genutzt, um zu bestimmen, zu welchen Aufgabenklassen weitere Aufgaben erforderlich sind und inwieweit das aus den identifizierten Merkmalen abgeleitete Vorgehen zur Entwicklung niveaubestimmender Aufgaben genutzt werden kann. Die Erprobungen bestätigen die Tragfähigkeit des Didaktischen Systems Internetworking und leisten mit der Implementierung in der Praxis einen Beitrag zur Untersuchung von Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht. Mit dem Didaktischen System Internetworking wird ein theoretisch fundiertes und empirisch erprobtes Unterrichtsmodell zur Entwicklung von Kompetenzen zur Einrichtung und Anwendung internetbasierter Informatiksysteme beschrieben.
N2 - Internet-based informatics systems increasingly influence real-life situations. Competencies for Internet applications and services have to be explicitly attained because not observable processes and invisible structures have to be considered. There are examples of successful learning processes for selected parts of the Internet. A systematic analysis of educational requirements and a derived didactic concept for general education is missing. An overall didactic concept for informatics in secondary education is presented in this work, which contributes to goal-oriented and responsible application of the Internet. This work comprises the process from analysis of necessary competencies to realisation of learning processes in classes in secondary education. The contribution of informatics to identified competencies is examined and educational requirements are determined. Recommendations for informatics education and research results of successfully introduced classes are analysed with regard to the learning objectives. Informatics courses support the development of competencies related to Internet-based digital media. The development of a didactic concept concerning Internetworking is described. The approach of Didactic Systems is examined, elaborated, and transferred to Internetworking. The theory-based approach is realised in practice during four classroom projects. Relations between concepts about Internetworking are analysed, applied to plan classroom projects, and evaluated by means of knowledge networks. Learning activities are described on the basis of exercise classes, which represent the necessary knowledge to solve an exercise. Properties of exercises are described and utilised. Learning activities that were not realizable up to this point are facilitated by the developed learning software Filius. The reduction of complexity of real informatics systems by simulation and the selection of appropriate views of the object of examination are based on results of didactics of informatics. Classroom projects are performed to explore learning processes and to evaluate the Didactic System Internetworking. Learning processes are put into practice based on the theoretic approach. Minimal objectives for the classroom projects are determined from educational guidelines of informatics in secondary education at North Rhine-Westfalia. The methodical design of the learning processes is based on the guidelines and general requirements of didactics of informatics. Activity-oriented learning material is selected and introduced into practice to examine learning processes. Identified learning difficulties result in modification of the knowledge structures and are considered during the development of Filius. Further findings allow conclusions regarding the necessity of exercises of identified exercise classes and regarding the applicability of determined exercise properties to design assignments to define the outcome of learning processes. The classroom projects confirm the viability of the Didactic System Internetworking and contribute to further analysis of the development of competencies in informatics education. The Didactic System Internetworking provides a theory-based empirically approved didactic concept for the development of competencies to establish and to use Internet-based informatics systems.
T3 - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 3
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41851
SN - 978-3-86956-058-8
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
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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
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A1 - Geller, Felix
A1 - Hirschfeld, Robert
A1 - Bracha, Gilad
T1 - Pattern Matching for an object-oriented and dynamically typed programming language
N2 - Pattern matching is a well-established concept in the functional programming community. It provides the means for concisely identifying and destructuring values of interest. This enables a clean separation of data structures and respective functionality, as well as dispatching functionality based on more than a single value. Unfortunately, expressive pattern matching facilities are seldomly incorporated in present object-oriented programming languages. We present a seamless integration of pattern matching facilities in an object-oriented and dynamically typed programming language: Newspeak. We describe language extensions to improve the practicability and integrate our additions with the existing programming environment for Newspeak. This report is based on the first author’s master’s thesis.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 36
KW - Pattern Matching
KW - Musterabgleich
KW - Muster
KW - Objekt-Orientiertes Programmieren
KW - Dynamische Typ Systeme
KW - Pattern Matching
KW - Patterns
KW - Object-Oriented Programming
KW - Dynamic Type System
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-43035
SN - 978-3-86956-065-6
PB - Universitätsverlag Potsdam
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TY - THES
A1 - Harmeling, Stefan
T1 - Independent component analysis and beyond
N2 - 'Independent component analysis' (ICA) ist ein Werkzeug der statistischen Datenanalyse und Signalverarbeitung, welches multivariate Signale in ihre Quellkomponenten zerlegen kann. Obwohl das klassische ICA Modell sehr nützlich ist, gibt es viele Anwendungen, die Erweiterungen von ICA erfordern. In dieser Dissertation präsentieren wir neue Verfahren, die die Funktionalität von ICA erweitern: (1) Zuverlässigkeitsanalyse und Gruppierung von unabhängigen Komponenten durch Hinzufügen von Rauschen, (2) robuste und überbestimmte ('over-complete') ICA durch Ausreissererkennung, und (3) nichtlineare ICA mit Kernmethoden.
N2 - Independent component analysis (ICA) is a tool for statistical data analysis and signal processing that is able to decompose multivariate signals into their underlying source components. Although the classical ICA model is highly useful, there are many real-world applications that require powerful extensions of ICA. This thesis presents new methods that extend the functionality of ICA: (1) reliability and grouping of independent components with noise injection, (2) robust and overcomplete ICA with inlier detection, and (3) nonlinear ICA with kernel methods.
T2 - Independent component analysis and beyond
KW - ICA
KW - Zuverlässigkeitsanalyse
KW - robuste ICA
KW - überbestimmte ICA
KW - Ausreissererkennung
KW - nichtlineare ICA
KW - Kern-PCA
KW - Kernmethoden
KW - ICA
KW - reliability assessment
KW - robust ICA
KW - overcomplete ICA
KW - outlier detection
KW - nonlinear ICA
KW - kernel PCA
KW - kernel methods
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001540
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TY - THES
A1 - Dietze, Stefan
T1 - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
N2 - Gerade in den letzten Jahren erfuhr Open Source Software (OSS) eine zunehmende Verbreitung und Popularität und hat sich in verschiedenen Anwendungsdomänen etabliert. Die Prozesse, welche sich im Kontext der OSS-Entwicklung (auch: OSSD – Open Source Software-Development) evolutionär herausgebildet haben, weisen in den verschiedenen OSS-Entwicklungsprojekten z.T. ähnliche Eigenschaften und Strukturen auf und auch die involvierten Entitäten, wie z.B. Artefakte, Rollen oder Software-Werkzeuge sind weitgehend miteinander vergleichbar. Dies motiviert den Gedanken, ein verallgemeinerbares Modell zu entwickeln, welches die generalisierbaren Entwicklungsprozesse im Kontext von OSS zu einem übertragbaren Modell abstrahiert. Auch in der Wissenschaftsdisziplin des Software Engineering (SE) wurde bereits erkannt, dass sich der OSSD-Ansatz in verschiedenen Aspekten erheblich von klassischen (proprietären) Modellen des SE unterscheidet und daher diese Methoden einer eigenen wissenschaftlichen Betrachtung bedürfen. In verschiedenen Publikationen wurden zwar bereits einzelne Aspekte der OSS-Entwicklung analysiert und Theorien über die zugrundeliegenden Entwicklungsmethoden formuliert, aber es existiert noch keine umfassende Beschreibung der typischen Prozesse der OSSD-Methodik, die auf einer empirischen Untersuchung existierender OSS-Entwicklungsprojekte basiert. Da dies eine Voraussetzung für die weitere wissenschaftliche Auseinandersetzung mit OSSD-Prozessen darstellt, wird im Rahmen dieser Arbeit auf der Basis vergleichender Fallstudien ein deskriptives Modell der OSSD-Prozesse hergeleitet und mit Modellierungselementen der UML formalisiert beschrieben. Das Modell generalisiert die identifizierten Prozesse, Prozessentitäten und Software-Infrastrukturen der untersuchten OSSD-Projekte. Es basiert auf einem eigens entwickelten Metamodell, welches die zu analysierenden Entitäten identifiziert und die Modellierungssichten und -elemente beschreibt, die zur UML-basierten Beschreibung der Entwicklungsprozesse verwendet werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird eine weiterführende Analyse des identifizierten Modells durchgeführt, um Implikationen, und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Diese umfassen beispielsweise die ungenügende Plan- und Terminierbarkeit von Prozessen oder die beobachtete Tendenz von OSSD-Akteuren, verschiedene Aktivitäten mit unterschiedlicher Intensität entsprechend der subjektiv wahrgenommenen Anreize auszuüben, was zur Vernachlässigung einiger Prozesse führt. Anschließend werden Optimierungszielstellungen dargestellt, die diese Unzulänglichkeiten adressieren, und ein Optimierungsansatz zur Verbesserung des OSSD-Modells wird beschrieben. Dieser Ansatz umfasst die Erweiterung der identifizierten Rollen, die Einführung neuer oder die Erweiterung bereits identifizierter Prozesse und die Modifikation oder Erweiterung der Artefakte des generalisierten OSS-Entwicklungsmodells. Die vorgestellten Modellerweiterungen dienen vor allem einer gesteigerten Qualitätssicherung und der Kompensation von vernachlässigten Prozessen, um sowohl die entwickelte Software- als auch die Prozessqualität im OSSD-Kontext zu verbessern. Desweiteren werden Softwarefunktionalitäten beschrieben, welche die identifizierte bestehende Software-Infrastruktur erweitern und eine gesamtheitlichere, softwaretechnische Unterstützung der OSSD-Prozesse ermöglichen sollen. Abschließend werden verschiedene Anwendungsszenarien der Methoden des OSS-Entwicklungsmodells, u.a. auch im kommerziellen SE, identifiziert und ein Implementierungsansatz basierend auf der OSS GENESIS vorgestellt, der zur Implementierung und Unterstützung des OSSD-Modells verwendet werden kann.
N2 - In recent years Open Source Software (OSS) has become more widespread and its popularity has grown so that it is now established in various application domains. The processes which have emerged evolutionarily within the context of OSS development (OSSD – Open Source Software Development) display, to some extent, similar properties and structures in the various OSSD projects. The involved entities, e.g., artifacts, roles or software tools, are also widely comparable. This leads to the idea of developing a generalizable model which abstracts the generalizable development processes within the context of OSS to a transferable model. Even the scientific discipline of Software Engineering (SE) has recognized that the OSSD approach is, in various aspects, considerably different from traditional (proprietary) models of SE, and that these methods therefore require their own scientific consideration. Numerous publications have already analyzed individual aspects of OSSD and formulated theories about the fundamental development methods, but to date there is still no comprehensive description of the typical processes of OSSD methodology based on an empirical study of existing OSSD projects. Since this is a precondition for the further scientific examination of OSSD processes, a descriptive model of OSSD processes is obtained on the basis of comparative case studies and described in a formalized manner with UML modeling elements within the context of this dissertation. The model generalizes the identified processes, process entities and software infrastructures of the analyzed OSSD projects. It is based on a specially developed meta model which identifies the entities to be analyzed and describes the modeling viewpoints and elements which are used for the UML-based description of the development processes. Another procedure step includes the further analysis of the identified model in order to display the implications, and the potential for optimization. For example, these encompass the insufficient planning and scheduling capability of processes or the observed tendency of OSSD actors to carry out various activities at different intensities depending on the subjectively perceived incentives which leads to some processes being neglected. Subsequently, the optimization targets which address these inadequacies are displayed, and an optimization approach for the improvement of the OSSD model is described. The approach incorporates the expansion of the identified roles, the introduction of new or the expansion of already identified processes and the modification or expansion of artifacts of the generalized OSSD model. The presented model enhancements serve, above all, to increase quality assurance and to compensate neglected processes in order to improve developed software quality as well as process quality in the context of OSSD. Furthermore, software functionalities are described which expand the existing identified software infrastructure and should enable an overall, software-technical support of OSSD processes. Finally, the various application scenarios of OSSD model methods - also in commercial SE - are identified and an implementation approach based on the OSS GENESIS is presented which can be used to implement and support the OSSD model.
T2 - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
KW - Prozessmodell
KW - Software Engineering
KW - Open Source
KW - Prozessmodellierung
KW - Metamodell
KW - Softwareentwicklung
KW - Prozess Verbesserung
KW - process model
KW - software engineering
KW - open source
KW - process modelling
KW - meta model
KW - software development
KW - process improvement
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001594
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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
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TY - THES
A1 - Knöpfel, Andreas
T1 - Konzepte der Beschreibung interaktiver Systeme
T1 - Concepts of describing interactive systems
N2 - Interaktive System sind dynamische Systeme mit einem zumeist informationellen Kern, die über eine Benutzungsschnittstelle von einem oder mehreren Benutzern bedient werden können. Grundlage für die Benutzung interaktiver Systeme ist das Verständnis von Zweck und Funktionsweise. Allein aus Form und Gestalt der Benutzungsschnittstelle ergibt sich ein solches Verständnis nur in einfachen Fällen. Mit steigender Komplexität ist daher eine verständliche Beschreibung solcher Systeme für deren Entwicklung und Benutzung unverzichtbar. Abhängig von ihrem Zweck variieren die Formen vorgefundener Beschreibungen in der Literatur sehr stark. Ausschlaggebend für die Verständlichkeit einer Beschreibung ist jedoch primär die ihr zugrundeliegende Begriffswelt. Zur Beschreibung allgemeiner komplexer diskreter Systeme - aufbauend auf einer getrennten Betrachtung von Aufbau-, Ablauf- und Wertestrukturen - existiert eine bewährte Begriffswelt. Eine Spezialisierung dieser Begriffs- und Vorstellungswelt, die den unterschiedlichen Betrachtungsebenen interaktiver Systeme gerecht wird und die als Grundlage beliebiger Beschreibungsansätze interaktiver Systeme dienen kann, gibt es bisher nicht. Ziel dieser Arbeit ist die Bereitstellung einer solchen Begriffswelt zur effizienten Kommunikation der Strukturen interaktiver Systeme. Dadurch soll die Grundlage für eine sinnvolle Ergänzung bestehender Beschreibungs- und Entwicklungsansätze geschaffen werden. Prinzipien der Gestaltung von Benutzungsschnittstellen, Usability- oder Ergonomiebetrachtungen stehen nicht im Mittelpunkt der Arbeit. Ausgehend von der informationellen Komponente einer Benutzungsschnittstelle werden drei Modellebenen abgegrenzt, die bei der Betrachtung eines interaktiven Systems zu unterscheiden sind. Jede Modellebene ist durch eine typische Begriffswelt gekennzeichnet, die ihren Ursprung in einer aufbauverwurzelten Vorstellung hat. Der durchgängige Bezug auf eine Systemvorstellung unterscheidet diesen Ansatz von dem bereits bekannten Konzept der Abgrenzung unterschiedlicher Ebenen verschiedenartiger Entwurfsentscheidungen. Die Fundamental Modeling Concepts (FMC) bilden dabei die Grundlage für die Findung und die Darstellung von Systemstrukturen. Anhand bestehender Systembeschreibungen wird gezeigt, wie die vorgestellte Begriffswelt zur Modellfindung genutzt werden kann. Dazu wird eine repräsentative Auswahl vorgefundener Systembeschreibungen aus der einschlägigen Literatur daraufhin untersucht, in welchem Umfang durch sie die Vorstellungswelt dynamischer Systeme zum Ausdruck kommt. Defizite in der ursprünglichen Darstellung werden identifiziert. Anhand von Alternativmodellen zu den betrachteten Systemen wird der Nutzen der vorgestellten Begriffswelt und Darstellungsweise demonstriert.
N2 - Interactive systems are dynamic systems which provide services to one or more users via a user interface. Many of these systems have an information processing core. To effectively use such a system, a user needs to know about the purpose and functional concepts of the system. Only in case of a rather simple functionality, the required knowledge is likely to be obtained by mere exploration of the user interface. For complex systems, a comprehensive description is essential for effective and efficient operation, but also for system development. Especially in the context of this publication, the focus is on the diagrams that are used for communication in the development process of interactive systems. With regard to its purpose these descriptions vary in form and notation. In any case, it is the underlying terminology which is crucial to the understandability. Established concepts and notations for the description of generic information processing systems promote a strict separation of three categories of system structures: Compositional structures, behavioral structures and value-range structures. This publication suggests a specialization of this approach for the description of interactive systems. The definition of specific notions and semantic layers is intended to provide a complement to existing description approaches in that field that constitutes a mental framework to enhance the efficiency of communication about interactive systems. In focusing to the description aspect only, design principles, system architectures and development methods are the context but not the subject of this work. The separation of three semantic layers provides the foundation to distinguish purpose-related, interaction-related and implementation-related models of interactive systems. Each semantic layer is characterized by a specific terminology. Referring to the idea of equivalent models, the compositional system structure varies from layer to layer and provides the framework to ask for the observable behavior and values. The strict assignment of system aspects to system components distinguishes this approach from a simple layering of design decisions in the development of interactive systems as commonly found in the relevant literature. The Fundamental Modeling Concepts (FMC) provide the foundation for the identification and representation of system structures. A selection of system descriptions taken from the relevant literature provides the starting point to demonstrate the application of the suggested concept. Purpose, content and form of each example are analyzed with regard to the implied system structure. Weaknesses in the original representation are identified. Alternative models complement the examples to illustrate the benefit of the new approach.
KW - Systementwurf
KW - Benutzeroberfläche
KW - Modellierung
KW - Interaktives System
KW - Systemstruktur
KW - FMC
KW - Betrachtungsebenen
KW - Interactive system
KW - model-driven architecture
KW - FMC
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2898
ER -
TY - THES
A1 - Robinson-Mallett, Christopher
T1 - Modellbasierte Modulprüfung für die Entwicklung technischer, softwareintensiver Systeme mit Real-Time Object-Oriented Modeling
T1 - Model-based unit-testing for software-intensive, technical systems using real-time object-oriented modeling
N2 - Mit zunehmender Komplexität technischer Softwaresysteme ist die Nachfrage an produktiveren Methoden und Werkzeugen auch im sicherheitskritischen Umfeld gewachsen. Da insbesondere objektorientierte und modellbasierte Ansätze und Methoden ausgezeichnete Eigenschaften zur Entwicklung großer und komplexer Systeme besitzen, ist zu erwarten, dass diese in naher Zukunft selbst bis in sicherheitskritische Bereiche der Softwareentwicklung vordringen. Mit der Unified Modeling Language Real-Time (UML-RT) wird eine Softwareentwicklungsmethode für technische Systeme durch die Object Management Group (OMG) propagiert. Für den praktischen Einsatz im technischen und sicherheitskritischen Umfeld muss diese Methode nicht nur bestimmte technische Eigenschaften, beispielsweise temporale Analysierbarkeit, besitzen, sondern auch in einen bestehenden Qualitätssicherungsprozess integrierbar sein. Ein wichtiger Aspekt der Integration der UML-RT in ein qualitätsorientiertes Prozessmodell, beispielsweise in das V-Modell, ist die Verfügbarkeit von ausgereiften Konzepten und Methoden für einen systematischen Modultest. Der Modultest dient als erste Qualititätssicherungsphase nach der Implementierung der Fehlerfindung und dem Qualitätsnachweis für jede separat prüfbare Softwarekomponente eines Systems. Während dieser Phase stellt die Durchführung von systematischen Tests die wichtigste Qualitätssicherungsmaßnahme dar. Während zum jetzigen Zeitpunkt zwar ausgereifte Methoden und Werkzeuge für die modellbasierte Softwareentwicklung zur Verfügung stehen, existieren nur wenig überzeugende Lösungen für eine systematische modellbasierte Modulprüfung. Die durchgängige Verwendung ausführbarer Modelle und Codegenerierung stellen wesentliche Konzepte der modellbasierten Softwareentwicklung dar. Sie dienen der konstruktiven Fehlerreduktion durch Automatisierung ansonsten fehlerträchtiger, manueller Vorgänge. Im Rahmen einer modellbasierten Qualitätssicherung sollten diese Konzepte konsequenterweise in die späteren Qualitätssicherungsphasen transportiert werden. Daher ist eine wesentliche Forderung an ein Verfahren zur modellbasierten Modulprüfung ein möglichst hoher Grad an Automatisierung. In aktuellen Entwicklungen hat sich für die Generierung von Testfällen auf Basis von Zustandsautomaten die Verwendung von Model Checking als effiziente und an die vielfältigsten Testprobleme anpassbare Methode bewährt. Der Ansatz des Model Checking stammt ursprünglich aus dem Entwurf von Kommunikationsprotokollen und wurde bereits erfolgreich auf verschiedene Probleme der Modellierung technischer Software angewendet. Insbesondere in der Gegenwart ausführbarer, automatenbasierter Modelle erscheint die Verwendung von Model Checking sinnvoll, das die Existenz einer formalen, zustandsbasierten Spezifikation voraussetzt. Ein ausführbares, zustandsbasiertes Modell erfüllt diese Anforderungen in der Regel. Aus diesen Gründen ist die Wahl eines Model Checking Ansatzes für die Generierung von Testfällen im Rahmen eines modellbasierten Modultestverfahrens eine logische Konsequenz. Obwohl in der aktuellen Spezifikation der UML-RT keine eindeutigen Aussagen über den zur Verhaltensbeschreibung zu verwendenden Formalismus gemacht werden, ist es wahrscheinlich, dass es sich bei der UML-RT um eine zu Real-Time Object-Oriented Modeling (ROOM) kompatible Methode handelt. Alle in dieser Arbeit präsentierten Methoden und Ergebnisse sind somit auf die kommende UML-RT übertragbar und von sehr aktueller Bedeutung. Aus den genannten Gründen verfolgt diese Arbeit das Ziel, die analytische Qualitätssicherung in der modellbasierten Softwareentwicklung mittels einer modellbasierten Methode für den Modultest zu verbessern. Zu diesem Zweck wird eine neuartige Testmethode präsentiert, die auf automatenbasierten Verhaltensmodellen und CTL Model Checking basiert. Die Testfallgenerierung kann weitgehend automatisch erfolgen, um Fehler durch menschlichen Einfluss auszuschließen. Das entwickelte Modultestverfahren ist in die technischen Konzepte Model Driven Architecture und ROOM, beziehungsweise UML-RT, sowie in die organisatorischen Konzepte eines qualitätsorientierten Prozessmodells, beispielsweise das V-Modell, integrierbar.
N2 - In consequence to the increasing complexity of technical software-systems the demand on highly productive methods and tools is increasing even in the field of safety-critical systems. In particular, object-oriented and model-based approaches to software-development provide excellent abilities to develop large and highly complex systems. Therefore, it can be expected that in the near future these methods will find application even in the safety-critical area. The Unified Modeling Language Real-Time (UML-RT) is a software-development methods for technical systems, which is propagated by the Object Management Group (OMG). For the practical application of this method in the field of technical and safety-critical systems it has to provide certain technical qualities, e.g. applicability of temporal analyses. Furthermore, it needs to be integrated into the existing quality assurance process. An important aspect of the integration of UML-RT in an quality-oriented process model, e.g. the V-Model, represents the availability of sophisticated concepts and methods for systematic unit-testing. Unit-testing is the first quality assurance phase after implementation to reveal faults and to approve the quality of each independently testable software component. During this phase the systematic execution of test-cases is the most important quality assurance task. Despite the fact, that today many sophisticated, commercial methods and tools for model-based software-development are available, no convincing solutions exist for systematic model-based unit-testing. The use of executable models and automatic code generation are important concepts of model-based software development, which enable the constructive reduction of faults through automation of error-prone tasks. Consequently, these concepts should be transferred into the testing phases by a model-based quality assurance approach. Therefore, a major requirement of a model-based unit-testing method is a high degree of automation. In the best case, this should result in fully automatic test-case generation. Model checking already has been approved an efficient and flexible method for the automated generation of test-cases from specifications in the form of finite state-machines. The model checking approach has been developed for the verification of communication protocols and it was applied successfully to a wide range of problems in the field of technical software modelling. The application of model checking demands a formal, state-based representation of the system. Therefore, the use of model checking for the generation of test-cases is a beneficial approach to improve the quality in a model-based software development with executable, state-based models. Although, in its current state the specification of UML-RT provides only little information on the semantics of the formalism that has to be used to specify a component’s behaviour, it can be assumed that it will be compatible to Real-Time Object-Oriented Modeling. Therefore, all presented methods and results in this dissertation are transferable to UML-RT. For these reasons, this dissertations aims at the improvement of the analytical quality assurance in a model-based software development process. To achieve this goal, a new model-based approach to automated unit-testing on the basis of state-based behavioural models and CTL Model Checking is presented. The presented method for test-case generation can be automated to avoid faults due to error-prone human activities. Furthermore it can be integrated into the technical concepts of the Model Driven Architecture and ROOM, respectively UML-RT, and into a quality-oriented process model, like the V-Model.
KW - Software
KW - Test
KW - Model Checking
KW - Model Based Engineering
KW - Software
KW - Test
KW - Modellbasiert
KW - Entwurf
KW - software
KW - test
KW - model-based
KW - design
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6045
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 - Gröne, Bernhard
T1 - Konzeptionelle Patterns und ihre Darstellung
N2 - Zur Beherrschung großer Systeme, insbesondere zur Weitergabe und Nutzung von Erfahrungswissen in der frühen Entwurfs- und Planungsphase, benötigt man Abstraktionen für deren Strukturen. Trennt man Software- von Systemstrukturen, kann man mit letzteren Systeme auf ausreichend hohem Abstraktionsgrad beschreiben.Software-Patterns dienen dazu, Erfahrungswissen bezüglich programmierter Systeme strukturiert weiterzugeben. Dabei wird unterschieden zwischen Idiomen, die sich auf Lösungen mit einer bestimmten Programmiersprache beziehen, Design-Patterns, die nur einen kleinen Teil des Programms betreffen und Architektur-Patterns, deren Einfluss über einen größeren Teil oder gar das komplette Programm reicht. Eine Untersuchung von existierenden Patterns zeigt, dass deren Konzepte nützlich zum Finden von Systemstrukturen sind. Die grafische Darstellung dieser Patterns ist dagegen oft auf Software-Strukturen eingeschränkt und ist für die Vermittlung von Erfahrungen zum Finden von Systemstrukturen meist nicht geeignet. Daher wird die Kategorie der konzeptionellen Patterns mit einer darauf abgestimmten grafischen Darstellungsform vorgeschlagen, bei denen Problem und Lösungsvorschlag im Bereich der Systemstrukturen liegen. Sie betreffen informationelle Systeme, sind aber nicht auf Lösungen mit Software beschränkt. Die Systemstrukturen werden grafisch dargestellt, wobei dafür die Fundamental Modeling Concepts (FMC) verwendet werden, die zur Darstellung von Systemstrukturen entwickelt wurden.
N2 - Planning large and complex software systems is an important task of a system architect. It includes communicating with the customer, planning the overall system structure as well as preparing the division of labor among software engineers. What's more, a system architect benefits from other professionals' experiences concerning system architecture. By separating system from software structures, one can now describe a system by its system structure on an adequate level of abstraction. Patterns provide a common form for the transfer of experiences. A pattern describes a widely used and proven solution to a problem that occurs in a certain context. A study of existing architectural and design patterns shows that the concepts of many patterns carry valuable experiences concerning finding system structures. On the other hand, the graphical representations of these patterns usually focus on the software structures resulting from the solution in terms of classes and their relationships. This can be a problem if the solution doesn't imply one specific software structure but rather describes a concept which may be even independent from an implementation via software at all.For that reason, Conceptual Patterns are introduced. A pattern can be called conceptual if both problem and solution concern system structures. Here, the functional aspects and structures of the system are relevant while code structures or even the use of software for implementation are not. To support the focus on system structures, terminology and notation of conceptual patterns should use an adequate means such as provided by the Fundamental Modeling Concepts (FMC).
KW - Patterns
KW - Systemstruktur
KW - FMC
KW - Konzeptionell
KW - Patterns
KW - System structure
KW - FMC
KW - Conceptual
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2302
ER -
TY - THES
A1 - Bärmann, Daniel
T1 - Aufzählen von DNA-Codes
T1 - Enumeration of DNA codes
N2 - In dieser Arbeit wird ein Modell zum Aufzählen von DNA-Codes entwickelt. Indem eine Ordnung auf der Menge aller DNA-Codewörter eingeführt und auf die Menge aller Codes erweitert wird, erlaubt das Modell das Auffinden von DNA-Codes mit bestimmten Eigenschaften, wie Überlappungsfreiheit, Konformität, Kommafreiheit, Stickyfreiheit, Überhangfreiheit, Teilwortkonformität und anderer bezüglich einer gegebenen Involution auf der Menge der Codewörter. Ein auf Grundlage des geschaffenen Modells entstandenes Werkzeug erlaubt das Suchen von Codes mit beliebigen Kombinationen von Codeeigenschaften. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Untersuchung der Optimalität von DNA-Codes bezüglich ihrer Informationsrate sowie das Finden solider DNA-Codes.
N2 - In this work a model for enumerating DNA codes is developed. By applying an order on the set of DNA codewords and extending this order on the set of codes, this model assists in the discovery of DNA codes with properties like non-overlappingness, compliance, comma-freeness, sticky-freeness, overhang-freeness, subword-compliance, solidness and others with respect to a given involution on the set of codewords. This tool can be used to find codes with arbitrary combinations of code properties with respect to the standard Watson-Crick-DNA involution. The work also investigates DNA codes with respect to the optimizing of the information rate, as well as finding solid DNA codes.
KW - DNS
KW - Code
KW - Codierung
KW - Aufzählung
KW - Suche
KW - Biocomputing
KW - DNA
KW - code
KW - enumeration
KW - search
KW - bio-computing
KW - DNA computing
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10264
ER -
TY - THES
A1 - Flöter, André
T1 - Analyzing biological expression data based on decision tree induction
T1 - Analyse biologischer Expressionsdaten mit Hilfe von Entscheidungsbauminduktion
N2 - Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these methods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the possibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the understanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of combinatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecutively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowledge and to suggest interesting and new relationships between metabolites.
N2 - Neuere biologische Analysetechniken liefern Forschern verschiedenste Arten von Daten. Eine Art dieser Daten sind die so genannten "Expressionsdaten". Sie geben die Konzentrationen biochemischer Inhaltsstoffe in Gewebeproben an. Neuerdings können Expressionsdaten sehr schnell erzeugt werden. Das führt wiederum zu so großen Datenmengen, dass sie nicht mehr mit klassischen statistischen Verfahren analysiert werden können. "System biology" ist eine neue Disziplin, die sich mit der Modellierung solcher Information befasst. Zur Zeit werden dazu verschiedenste Methoden benutzt. Eine Superklasse dieser Methoden ist das maschinelle Lernen. Dieses wurde bis vor kurzem ausschließlich zum Klassifizieren und zum Vorhersagen genutzt. Dabei wurde eine wichtige zweite Eigenschaft vernachlässigt, nämlich die Möglichkeit zum Erlernen von interpretierbaren Modellen. Die Erstellung solcher Modelle hat mittlerweile eine Schlüsselrolle in der "Systems biology" erlangt. Es sind bereits zahlreiche Methoden dazu vorgeschlagen und diskutiert worden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Nutzung einer ganz grundlegenden Technik: den Entscheidungsbäumen. Zunächst wird ein Konzept zum Vergleich von Baummengen entwickelt, welches das Erkennen bedeutsamer Schwellwerte in reellwertigen Daten anhand ihrer zugehörigen Entscheidungswälder ermöglicht. Das Erkennen solcher Schwellwerte dient dem Verständnis von dynamischen Abläufen in lebenden Organismen. Bei der Anwendung dieser Technik auf metabolische Konzentrationsdaten wurden bereits Zustände erkannt, die nicht mit herkömmlichen Techniken entdeckt werden konnten. Ein zweiter Ansatz befasst sich mit der Auswertung der Struktur von Entscheidungswäldern zur Entdeckung von kombinatorischen Abhängigkeiten zwischen Attributen. Bisherige Arbeiten hierzu befassten sich vornehmlich mit rechenintensiven Verfahren oder mit einzelnen Entscheidungsbäumen, eine sehr eingeschränkte Ausbeutung der Daten. Das führte dann entweder zu unvollständigen oder instabilen Ergebnissen. Darum wird hier eine Methode entwickelt, die Mengen von Entscheidungsbäumen nutzt, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beide vorgestellten Verfahren gibt es als Werkzeuge für den Computer, die entweder hintereinander oder einzeln verwendet werden können. Auf diese Weise stellen sie eine sinnvolle Ergänzung zu vorhandenen Analyswerkzeugen dar. Mit Hilfe der bereitgestellten Software war es möglich, bekanntes Wissen zu bestätigen und interessante neue Zusammenhänge im Stoffwechsel von Pflanzen aufzuzeigen.
KW - Molekulare Bioinformatik
KW - Maschinelles Lernen
KW - Entscheidungsbäume
KW - machine learning
KW - decision trees
KW - computational biology
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416
ER -
TY - THES
A1 - Kugel, Rudolf
T1 - Ein Beitrag zur Problematik der Integration virtueller Maschinen
T1 - A contribution to the problem of integrating virtual machines
N2 - Moderne Softwaresysteme sind komplexe Gebilde, welche häufig im Verbund mit anderen technischen und betriebswirtschaftlichen Systemen eingesetzt werden. Für die Hersteller solcher Systeme stellt es oft eine große Herausforderung dar, den oft weit reichenden Anforderungen bezüglich der Anpassbarkeit solcher Systeme gerecht zu werden. Zur Erfüllung dieser Anforderungen hat es sich vielfach bewährt, eine virtuelle Maschine in das betreffende System zu integrieren. Die Dissertation richtet sich insbesondere an Personen, die vor der Aufgabe der Integration virtueller Maschinen in bestehende Systeme stehen und zielt darauf ab, solche für die Entscheidung über Integrationsfragen wichtigen Zusammenhänge klar darzustellen. Typischerweise treten bei der Integration einer virtuellen Maschine in ein System eine Reihe unterschiedlicher Problemstellungen auf. Da diese Problemstellungen oft eng miteinander verzahnt sind, ist eine isolierte Betrachtung meist nicht sinnvoll. Daher werden die Problemstellungen anhand eines zentral gewählten, sehr umfangreichen Beispiels aus der industriellen Praxis eingeführt. Dieses Beispiel hat die Integration der "Java Virtual Machine" in den SAP R/3 Application Server zum Gegenstand. Im Anschluss an dieses Praxisbeispiel wird die Diskussion der Integrationsproblematik unter Bezug auf eine Auswahl weiterer, in der Literatur beschriebener Integrationsbeispiele vertieft. Das Hauptproblem bei der Behandlung der Integrationsproblematik bestand darin, dass die vorgefundenen Beschreibungen, der als Beispiel herangezogenen Systeme, nur bedingt als Basis für die Auseinandersetzung mit der Integrationsproblematik geeignet waren. Zur Schaffung einer verwertbaren Diskussionsgrundlage war es daher erforderlich, eine homogene, durchgängige Modellierung dieser Systeme vorzunehmen. Die Modellierung der Systeme erfolgte dabei unter Verwendung der "Fundamental Modeling Concepts (FMC)". Die erstellten Modelle sowie die auf Basis dieser Modelle durchgeführte Gegenüberstellung der unterschiedlichen Ansätze zur LÖsung typischer Integrationsprobleme bilden den Hauptbeitrag der Dissertation. Im Zusammenhang mit der Integration virtueller Maschinen in bestehende Systeme besteht häufig der Bedarf, zeitgleich mehrere "Programme" durch die integrierte virtuelle Maschine ausführen zu lassen. Angesichts der Konstruktionsmerkmale vieler heute verbreiteter virtueller Maschinen stellt die Realisierung eines "betriebsmittelschonenden Mehrprogrammbetriebs" eine große Herausforderung dar. Die Darstellung des Spektrums an Maßnahmen zur Realisierung eines "betriebsmittelschonenden Mehrprogrammbetriebs" bildet einen zweiten wesentlichen Beitrag der Dissertation.
N2 - Modern software systems are complex entities which are frequently linked to other technical and economic systems. For the manufacturers of such systems it often represents a big challenge to fulfill the demanding requirements concerning the adaptability of such systems. One possible way to meet the demands is to integrate a virtual machine into the system concerned. This thesis is primarily intended to be used by persons who intend to integrate a virtual machine into an existing system. The primary goal is to pinpoint those dependencies which are important for decisions about integration questions. The integration of a virtual machine into an existing system is typically accompanied by many different problems. Since these problems are often closely interconnected, it often makes no sense to treat them individually. Therefore, the problems are introduced along with an adequately chosen, complex real life example. This example deals with the integration of the "Java Virtual Machine" into the "SAP R/3" application server. Following this practical example, the discussion of integration problems is deepened by presenting an assortment of additional examples taken from the literature. The main problem encountered during the treatment of the integration process was caused by inadequate and incomparable descriptions of the samples used. The existing descriptions were therefore unsuitable as a basis of discussion for the integration topic. For a useful discussion, it was necessary to prepare a uniform and sound modeling of these systems. This was done by adopting the "Fundamental Modeling Concepts (FMC)" technique. The created models as well as the comparison of the different approaches that can be used to solve typical integration problems form the main contribution of the thesis. The integration of virtual machines into existing systems is frequently accompanied by the requirement to have the integrated virtual machine process several "programs" simultaneously. In view of the design features of many common virtual machines, the realization of a virtual machine integration that allows the integrated virtual machine to be operated in "multiprogram" mode is still challenging. The most challenging task in this context is the problem of keeping the resource usage of the system at a tolerable level. A comparison of measures that can be taken to reduce the resource usage of an integrated virtual machine that can be operated in "multiprogram" mode forms a second essential contribution of the thesis.
KW - Virtuelle Maschine
KW - VM
KW - Java Virtual Machine
KW - Java 2 Enterprise Edition
KW - IBM 360
KW - VM Integration
KW - Application Server
KW - Fundamental Modeling Concepts
KW - PAVM
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7195
ER -
TY - THES
A1 - Hagedorn, Benjamin
T1 - Konzepte und Techniken zur servicebasierten Visualisierung von geovirtuellen 3D-Umgebungen
Y1 - 2016
ER -
TY - JOUR
A1 - Hartung, Niklas
A1 - Borghardt, Jens Markus
T1 - A mechanistic framework for a priori pharmacokinetic predictions of orally inhaled drugs
JF - PLoS Computational Biology : a new community journal
N2 - Author summary
The use of orally inhaled drugs for treating lung diseases is appealing since they have the potential for lung selectivity, i.e. high exposure at the site of action -the lung- without excessive side effects. However, the degree of lung selectivity depends on a large number of factors, including physiochemical properties of drug molecules, patient disease state, and inhalation devices. To predict the impact of these factors on drug exposure and thereby to understand the characteristics of an optimal drug for inhalation, we develop a predictive mathematical framework (a "pharmacokinetic model"). In contrast to previous approaches, our model allows combining knowledge from different sources appropriately and its predictions were able to adequately predict different sets of clinical data. Finally, we compare the impact of different factors and find that the most important factors are the size of the inhaled particles, the affinity of the drug to the lung tissue, as well as the rate of drug dissolution in the lung. In contrast to the common belief, the solubility of a drug in the lining fluids is not found to be relevant. These findings are important to understand how inhaled drugs should be designed to achieve best treatment results in patients.
The fate of orally inhaled drugs is determined by pulmonary pharmacokinetic processes such as particle deposition, pulmonary drug dissolution, and mucociliary clearance. Even though each single process has been systematically investigated, a quantitative understanding on the interaction of processes remains limited and therefore identifying optimal drug and formulation characteristics for orally inhaled drugs is still challenging. To investigate this complex interplay, the pulmonary processes can be integrated into mathematical models. However, existing modeling attempts considerably simplify these processes or are not systematically evaluated against (clinical) data. In this work, we developed a mathematical framework based on physiologically-structured population equations to integrate all relevant pulmonary processes mechanistically. A tailored numerical resolution strategy was chosen and the mechanistic model was evaluated systematically against data from different clinical studies. Without adapting the mechanistic model or estimating kinetic parameters based on individual study data, the developed model was able to predict simultaneously (i) lung retention profiles of inhaled insoluble particles, (ii) particle size-dependent pharmacokinetics of inhaled monodisperse particles, (iii) pharmacokinetic differences between inhaled fluticasone propionate and budesonide, as well as (iv) pharmacokinetic differences between healthy volunteers and asthmatic patients. Finally, to identify the most impactful optimization criteria for orally inhaled drugs, the developed mechanistic model was applied to investigate the impact of input parameters on both the pulmonary and systemic exposure. Interestingly, the solubility of the inhaled drug did not have any relevant impact on the local and systemic pharmacokinetics. Instead, the pulmonary dissolution rate, the particle size, the tissue affinity, and the systemic clearance were the most impactful potential optimization parameters. In the future, the developed prediction framework should be considered a powerful tool for identifying optimal drug and formulation characteristics.
Y1 - 2020
U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008466
SN - 1553-734X
SN - 1553-7358
VL - 16
IS - 12
PB - PLoS
CY - San Fransisco
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 - 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 - THES
A1 - Trümper, Jonas
T1 - Visualization techniques for the analysis of software behavior and related structures
T1 - Visualisierungstechniken für die Analyse von Softwareverhalten und verwandter Strukturen
N2 - Software maintenance encompasses any changes made to a software system after its initial deployment and is thereby one of the key phases in the typical software-engineering lifecycle. In software maintenance, we primarily need to understand structural and behavioral aspects, which are difficult to obtain, e.g., by code reading. Software analysis is therefore a vital tool for maintaining these systems: It provides - the preferably automated - means to extract and evaluate information from their artifacts such as software structure, runtime behavior, and related processes. However, such analysis typically results in massive raw data, so that even experienced engineers face difficulties directly examining, assessing, and understanding these data. Among other things, they require tools with which to explore the data if no clear question can be formulated beforehand. For this, software analysis and visualization provide its users with powerful interactive means. These enable the automation of tasks and, particularly, the acquisition of valuable and actionable insights into the raw data. For instance, one means for exploring runtime behavior is trace visualization. This thesis aims at extending and improving the tool set for visual software analysis by concentrating on several open challenges in the fields of dynamic and static analysis of software systems. This work develops a series of concepts and tools for the exploratory visualization of the respective data to support users in finding and retrieving information on the system artifacts concerned. This is a difficult task, due to the lack of appropriate visualization metaphors; in particular, the visualization of complex runtime behavior poses various questions and challenges of both a technical and conceptual nature. This work focuses on a set of visualization techniques for visually representing control-flow related aspects of software traces from shared-memory software systems: A trace-visualization concept based on icicle plots aids in understanding both single-threaded as well as multi-threaded runtime behavior on the function level. The concept’s extensibility further allows the visualization and analysis of specific aspects of multi-threading such as synchronization, the correlation of such traces with data from static software analysis, and a comparison between traces. Moreover, complementary techniques for simultaneously analyzing system structures and the evolution of related attributes are proposed. These aim at facilitating long-term planning of software architecture and supporting management decisions in software projects by extensions to the circular-bundle-view technique: An extension to 3-dimensional space allows for the use of additional variables simultaneously; interaction techniques allow for the modification of structures in a visual manner. The concepts and techniques presented here are generic and, as such, can be applied beyond software analysis for the visualization of similarly structured data. The techniques' practicability is demonstrated by several qualitative studies using subject data from industry-scale software systems. The studies provide initial evidence that the techniques' application yields useful insights into the subject data and its interrelationships in several scenarios.
N2 - Die Softwarewartung umfasst alle Änderungen an einem Softwaresystem nach dessen initialer Bereitstellung und stellt damit eine der wesentlichen Phasen im typischen Softwarelebenszyklus dar. In der Softwarewartung müssen wir insbesondere strukturelle und verhaltensbezogene Aspekte verstehen, welche z.B. alleine durch Lesen von Quelltext schwer herzuleiten sind. Die Softwareanalyse ist daher ein unverzichtbares Werkzeug zur Wartung solcher Systeme: Sie bietet - vorzugsweise automatisierte - Mittel, um Informationen über deren Artefakte, wie Softwarestruktur, Laufzeitverhalten und verwandte Prozesse, zu extrahieren und zu evaluieren. Eine solche Analyse resultiert jedoch typischerweise in großen und größten Rohdaten, die selbst erfahrene Softwareingenieure direkt nur schwer untersuchen, bewerten und verstehen können. Unter Anderem dann, wenn vorab keine klare Frage formulierbar ist, benötigen sie Werkzeuge, um diese Daten zu erforschen. Hierfür bietet die Softwareanalyse und Visualisierung ihren Nutzern leistungsstarke, interaktive Mittel. Diese ermöglichen es Aufgaben zu automatisieren und insbesondere wertvolle und belastbare Einsichten aus den Rohdaten zu erlangen. Beispielsweise ist die Visualisierung von Software-Traces ein Mittel, um das Laufzeitverhalten eines Systems zu ergründen. Diese Arbeit zielt darauf ab, den "Werkzeugkasten" der visuellen Softwareanalyse zu erweitern und zu verbessern, indem sie sich auf bestimmte, offene Herausforderungen in den Bereichen der dynamischen und statischen Analyse von Softwaresystemen konzentriert. Die Arbeit entwickelt eine Reihe von Konzepten und Werkzeugen für die explorative Visualisierung der entsprechenden Daten, um Nutzer darin zu unterstützen, Informationen über betroffene Systemartefakte zu lokalisieren und zu verstehen. Da es insbesondere an geeigneten Visualisierungsmetaphern mangelt, ist dies eine schwierige Aufgabe. Es bestehen, insbesondere bei komplexen Softwaresystemen, verschiedenste offene technische sowie konzeptionelle Fragestellungen und Herausforderungen. Diese Arbeit konzentriert sich auf Techniken zur visuellen Darstellung kontrollflussbezogener Aspekte aus Software-Traces von Shared-Memory Softwaresystemen: Ein Trace-Visualisierungskonzept, basierend auf Icicle Plots, unterstützt das Verstehen von single- und multi-threaded Laufzeitverhalten auf Funktionsebene. Die Erweiterbarkeit des Konzepts ermöglicht es zudem spezifische Aspekte des Multi-Threading, wie Synchronisation, zu visualisieren und zu analysieren, derartige Traces mit Daten aus der statischen Softwareanalyse zu korrelieren sowie Traces mit einander zu vergleichen. Darüber hinaus werden komplementäre Techniken für die kombinierte Analyse von Systemstrukturen und der Evolution zugehöriger Eigenschaften vorgestellt. Diese zielen darauf ab, die Langzeitplanung von Softwarearchitekturen und Management-Entscheidungen in Softwareprojekten mittels Erweiterungen an der Circular-Bundle-View-Technik zu unterstützen: Eine Erweiterung auf den 3-dimensionalen Raum ermöglicht es zusätzliche visuelle Variablen zu nutzen; Strukturen können mithilfe von Interaktionstechniken visuell bearbeitet werden. Die gezeigten Techniken und Konzepte sind allgemein verwendbar und lassen sich daher auch jenseits der Softwareanalyse einsetzen, um ähnlich strukturierte Daten zu visualisieren. Mehrere qualitative Studien an Softwaresystemen in industriellem Maßstab stellen die Praktikabilität der Techniken dar. Die Ergebnisse sind erste Belege dafür, dass die Anwendung der Techniken in verschiedenen Szenarien nützliche Einsichten in die untersuchten Daten und deren Zusammenhänge liefert.
KW - Visualisierung
KW - Softwarewartung
KW - Softwareanalyse
KW - Softwarevisualisierung
KW - Laufzeitverhalten
KW - visualization
KW - software maintenance
KW - software analysis
KW - software visualization
KW - runtime behavior
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72145
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 - Bludau, Mark-Jan
A1 - Brüggemann, Viktoria
A1 - Busch, Anke
A1 - Dörk, Marian
T1 - Reading traces
BT - scalable exploration in elastic visualizations of cultural heritage data
JF - Computer graphics forum : journal of the European Association for Computer Graphics
N2 - Through a design study, we develop an approach to data exploration that utilizes elastic visualizations designed to support varying degrees of detail and abstraction. Examining the notions of scalability and elasticity in interactive visualizations, we introduce a visualization of personal reading traces such as marginalia or markings inside the reference library of German realist author Theodor Fontane. To explore such a rich and extensive collection, meaningful visual forms of abstraction and detail are as important as the transitions between those states. Following a growing research interest in the role of fluid interactivity and animations between views, we are particularly interested in the potential of carefully designed transitions and consistent representations across scales. The resulting prototype addresses humanistic research questions about the interplay of distant and close reading with visualization research on continuous navigation along several granularity levels, using scrolling as one of the main interaction mechanisms. In addition to presenting the design process and resulting prototype, we present findings from a qualitative evaluation of the tool, which suggest that bridging between distant and close views can enhance exploration, but that transitions between views need to be crafted very carefully to facilitate comprehension.
Y1 - 2020
U6 - https://doi.org/10.1111/cgf.13964
SN - 0167-7055
SN - 1467-8659
VL - 39
IS - 3
SP - 77
EP - 87
PB - Wiley
CY - Hoboken
ER -
TY - GEN
A1 - Afantenos, Stergos
A1 - Peldszus, Andreas
A1 - Stede, Manfred
T1 - Comparing decoding mechanisms for parsing argumentative structures
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Parsing of argumentative structures has become a very active line of research in recent years. Like discourse parsing or any other natural language task that requires prediction of linguistic structures, most approaches choose to learn a local model and then perform global decoding over the local probability distributions, often imposing constraints that are specific to the task at hand. Specifically for argumentation parsing, two decoding approaches have been recently proposed: Minimum Spanning Trees (MST) and Integer Linear Programming (ILP), following similar trends in discourse parsing. In contrast to discourse parsing though, where trees are not always used as underlying annotation schemes, argumentation structures so far have always been represented with trees. Using the 'argumentative microtext corpus' [in: Argumentation and Reasoned Action: Proceedings of the 1st European Conference on Argumentation, Lisbon 2015 / Vol. 2, College Publications, London, 2016, pp. 801-815] as underlying data and replicating three different decoding mechanisms, in this paper we propose a novel ILP decoder and an extension to our earlier MST work, and then thoroughly compare the approaches. The result is that our new decoder outperforms related work in important respects, and that in general, ILP and MST yield very similar performance.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1062
KW - argumentation structure
KW - argument mining
KW - parsing
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470527
SN - 1866-8372
IS - 1062
ER -
TY - VIDEO
A1 - Kujath, Bertold
T1 - Keine Angst vor Informatikproblemen
BT - Hochleistern über die Schulter geschaut
N2 - Dieses Lehrvideo zeigt aus der Perspektive einer Übertischkamera den fiktiven informatischen Hochleister Tom bei der Bearbeitung eines schwierigen Färbeproblems. Dabei kann man die fortlaufend von ihm angefertigten Skizzen beobachten und seine Gedankengänge genau verfolgen. Denn dieser Problemlöser arbeitet unter lautem Denken, d. h. er spricht alle seine Gedankengänge laut aus. Man kann zuschauen, wie Tom zunächst die Aufgabe analysiert und die dadurch gewonnenen Erkenntnisse in der anschließenden Problembearbeitung gewinnbringend einsetzt. Der Zuschauer wird dabei aber nicht allein gelassen. An markanten Stellen wird das Video unterbrochen und Toms zurückliegende Aktivitäten mit animierten Bildsequenzen vertiefend erläutert. Schwache Problemlöser können so die in Unterricht oder Vorlesung vermittelten Kenntnisse über informatische Problemlösemethoden vertiefen und deren Anwendung durch einen starken Problemlöser beispielhaft miterleben. Entstanden ist dieses Video aus einer Vergleichsstudie mit starken und schwachen Problemlösern. Die effizienten Methoden der Hochleister wurden didaktisch aufgearbeitet und zu einem modellhaften Problemlöseprozess zusammengesetzt. Der wissenschaftliche Hintergrund des Lehrvideos wird durch eine als Bildergeschichte erzählte Rahmenhandlung verdeutlicht. Bei Erstsemesterstudenten der Informatik, denen dieses Video zur Bewertung vorgespielt wurde, fand dieses Konzept große Zustimmung. Tenor: Unterhaltsam und lehrreich zugleich.
KW - Graphfärbung
KW - Theoretische Informatik
KW - Problemlösen
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-326380
SN - 978-3-86956-150-9
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Taeumel, Marcel
T1 - Data-driven tool construction in exploratory programming environments
T1 - Datengetriebener Werkzeugbau in explorativen Programmierumgebungen
N2 - This work presents a new design for programming environments that promote the exploration of domain-specific software artifacts and the construction of graphical tools for such program comprehension tasks. In complex software projects, tool building is essential because domain- or task-specific tools can support decision making by representing concerns concisely with low cognitive effort. In contrast, generic tools can only support anticipated scenarios, which usually align with programming language concepts or well-known project domains.
However, the creation and modification of interactive tools is expensive because the glue that connects data to graphics is hard to find, change, and test. Even if valuable data is available in a common format and even if promising visualizations could be populated, programmers have to invest many resources to make changes in the programming environment. Consequently, only ideas of predictably high value will be implemented. In the non-graphical, command-line world, the situation looks different and inspiring: programmers can easily build their own tools as shell scripts by configuring and combining filter programs to process data.
We propose a new perspective on graphical tools and provide a concept to build and modify such tools with a focus on high quality, low effort, and continuous adaptability. That is, (1) we propose an object-oriented, data-driven, declarative scripting language that reduces the amount of and governs the effects of glue code for view-model specifications, and (2) we propose a scalable UI-design language that promotes short feedback loops in an interactive, graphical environment such as Morphic known from Self or Squeak/Smalltalk systems.
We implemented our concept as a tool building environment, which we call VIVIDE, on top of Squeak/Smalltalk and Morphic. We replaced existing code browsing and debugging tools to iterate within our solution more quickly. In several case studies with undergraduate and graduate students, we observed that VIVIDE can be applied to many domains such as live language development, source-code versioning, modular code browsing, and multi-language debugging. Then, we designed a controlled experiment to measure the effect on the time to build tools. Several pilot runs showed that training is crucial and, presumably, takes days or weeks, which implies a need for further research.
As a result, programmers as users can directly work with tangible representations of their software artifacts in the VIVIDE environment. Tool builders can write domain-specific scripts to populate views to approach comprehension tasks from different angles. Our novel perspective on graphical tools can inspire the creation of new trade-offs in modularity for both data providers and view designers.
N2 - Diese Arbeit schlägt einen neuartigen Entwurf für Programmierumgebungen vor, welche den Umgang mit domänenspezifischen Software-Artefakten erleichtern und die Konstruktion von unterstützenden, grafischen Werkzeugen fördern. Werkzeugbau ist in komplexen Software-Projekten ein essentieller Bestandteil, weil spezifische, auf Domäne und Aufgabe angepasste, Werkzeuge relevante Themen und Konzepte klar darstellen und somit effizient zur Entscheidungsfindung beitragen können. Im Gegensatz dazu sind vorhandene, traditionelle Werkzeuge nur an allgemeinen, wiederkehrenden Anforderungen ausgerichtet, welche im Spezialfall Gedankengänge nur unzureichend abbilden können.
Leider sind das Erstellen und Anpassen von interaktiven Werkzeugen teuer, weil die Beschreibungen zwischen Information und Repräsentation nur schwer auffindbar, änderbar und prüfbar sind. Selbst wenn relevante Daten verfügbar und vielversprechende Visualisierungen konfigurierbar sind, müssten Programmierer viele Ressourcen für das Verändern ihrer Programmierumgeben investieren. Folglich können nur Ideen von hohem Wert umgesetzt werden, um diese Kosten zu rechtfertigen. Dabei sieht die Situation in der textuellen Welt der Kommandozeile sehr vielversprechend aus. Dort können Programmierer einfach ihre Werkzeuge in Form von Skripten anpassen und kleine Filterprogramme kombinieren, um Daten zu verarbeiten.
Wir stellen eine neuartige Perspektive auf grafische Werkzeuge vor und vermitteln dafür ein Konzept, um diese Werkzeuge mit geringem Aufwand und in hoher Qualität zu konstruieren. Im Detail beinhaltet das, erstens, eine objekt-orientierte, daten-getriebene, deklarative Skriptsprache, um die Programmierschnittstelle zwischen Information und Repräsentation zu vereinfachen. Zweitens ist dies eine skalierbare Entwurfssprache für Nutzerschnitt-stellen, welche kurze Feedback-Schleifen und Interaktivität kombiniert, wie es in den Umgebungen Self oder Squeak/Smalltalk typisch ist.
Wir haben unser Konzept in Form einer neuartigen Umgebung für Werkzeugbau mit Hilfe von Squeak/Smalltalk und Morphic umgesetzt. Die Umgebung trägt den Namen VIVIDE. Damit konnten wir die bestehenden Werkzeuge von Squeak für Quelltextexploration und ausführung ersetzen, um unsere Lösung kontinuierlich zu verbessern. In mehreren Fallstudien mit Studenten konnten wir beobachten, dass sich VIVIDE in vielen Domänen anwenden lässt: interaktive Entwicklung von Programmiersprachen, modulare Versionierung und Exploration von Quelltext und Fehleranalyse von mehrsprachigen Systemen. Mit Blick auf zukünftige Forschung haben wir ebenfalls ein kontrolliertes Experiment entworfen. Nach einigen Testläufen stellte sich die Trainingsphase von VIVIDE als größte, und somit offene, Herausforderung heraus.
Im Ergebnis sind wir davon überzeugt, dass Programmierer in VIVIDE direkt mit greifbaren, interaktiven Darstellungen relevanter Software-Artefakte arbeiten können. Im Rahmen des Werkzeugbaus können Programmierer kompakte, angepasste Skripte schreiben, die Visualisierungen konfigurieren, um Programmieraufgaben spezifisch aus mehreren Blickwinkeln zu betrachten. Unsere neuartige Perspektive auf grafische Werkzeuge kann damit sowohl das Bereitstellen von Informationen, als auch den Entwurf interaktiver Grafik positiv beeinflussen.
KW - programming
KW - tool building
KW - user interaction
KW - exploration
KW - liveness
KW - immediacy
KW - direct manipulation
KW - scripting languages
KW - Squeak/Smalltalk
KW - Programmieren
KW - Werkzeugbau
KW - Nutzerinteraktion
KW - Exploration
KW - Lebendigkeit
KW - Direkte Manipulation
KW - Skriptsprachen
KW - Squeak/Smalltalk
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-444289
ER -
TY - JOUR
A1 - Hollmann, Susanne
A1 - Frohme, Marcus
A1 - Endrullat, Christoph
A1 - Kremer, Andreas
A1 - D’Elia, Domenica
A1 - Regierer, Babette
A1 - Nechyporenko, Alina
T1 - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure
JF - PLOS Computational Biology
N2 - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation.
Y1 - 2020
VL - 16
IS - 9
PB - PLOS
CY - San Francisco
ER -
TY - JOUR
A1 - Gebser, Martin
A1 - Kaminski, Roland
A1 - Kaufmann, Benjamin
A1 - Lühne, Patrick
A1 - Obermeier, Philipp
A1 - Ostrowski, Max
A1 - Romero Davila, Javier
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Schellhorn, Sebastian
A1 - Wanko, Philipp
T1 - The Potsdam Answer Set Solving Collection 5.0
JF - Künstliche Intelligenz
N2 - The Potsdam answer set solving collection, or Potassco for short, bundles various tools implementing and/or applying answer set programming. The article at hand succeeds an earlier description of the Potassco project published in Gebser et al. (AI Commun 24(2):107-124, 2011). Hence, we concentrate in what follows on the major features of the most recent, fifth generation of the ASP system clingo and highlight some recent resulting application systems.
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0528-x
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 181
EP - 182
PB - Springer
CY - Heidelberg
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 -
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 - GEN
A1 - Brewka, Gerhard
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Interview with Gerhard Brewka
T2 - Künstliche Intelligenz
N2 - This interview with Gerhard Brewka was conducted by correspondance in May 2018. The question set was compiled by Torsten Schaub and Stefan Woltran.
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0549-5
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 219
EP - 221
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - JOUR
A1 - Dimopoulos, Yannis
A1 - Gebser, Martin
A1 - Lühne, Patrick
A1 - Romero Davila, Javier
A1 - Schaub, Torsten H.
T1 - plasp 3
BT - Towards Effective ASP Planning
JF - Theory and practice of logic programming
N2 - We describe the new version of the Planning Domain Definition Language (PDDL)-to-Answer Set Programming (ASP) translator plasp. First, it widens the range of accepted PDDL features. Second, it contains novel planning encodings, some inspired by Satisfiability Testing (SAT) planning and others exploiting ASP features such as well-foundedness. All of them are designed for handling multivalued fluents in order to capture both PDDL as well as SAS planning formats. Third, enabled by multishot ASP solving, it offers advanced planning algorithms also borrowed from SAT planning. As a result, plasp provides us with an ASP-based framework for studying a variety of planning techniques in a uniform setting. Finally, we demonstrate in an empirical analysis that these techniques have a significant impact on the performance of ASP planning.
KW - knowledge representation and nonmonotonic reasoning
KW - technical notes and rapid communications
KW - answer set programming
KW - automated planning
KW - action and change
Y1 - 2019
U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068418000583
SN - 1471-0684
SN - 1475-3081
VL - 19
IS - 3
SP - 477
EP - 504
PB - Cambridge Univ. Press
CY - New York
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 - JOUR
A1 - Giannini, Paola
A1 - Richter, Tim
A1 - Servetto, Marco
A1 - Zucca, Elena
T1 - Tracing sharing in an imperative pure calculus
JF - Science of computer programming
N2 - We introduce a type and effect system, for an imperative object calculus, which infers sharing possibly introduced by the evaluation of an expression, represented as an equivalence relation among its free variables. This direct representation of sharing effects at the syntactic level allows us to express in a natural way, and to generalize, widely-used notions in literature, notably uniqueness and borrowing. Moreover, the calculus is pure in the sense that reduction is defined on language terms only, since they directly encode store. The advantage of this non-standard execution model with respect to a behaviorally equivalent standard model using a global auxiliary structure is that reachability relations among references are partly encoded by scoping. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW - Imperative calculi
KW - Sharing
KW - Type and effect systems
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1016/j.scico.2018.11.007
SN - 0167-6423
SN - 1872-7964
VL - 172
SP - 180
EP - 202
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Schmidl, Sebastian
A1 - Papenbrock, Thorsten
T1 - Efficient distributed discovery of bidirectional order dependencies
JF - The VLDB journal
N2 - Bidirectional order dependencies (bODs) capture order relationships between lists of attributes in a relational table. They can express that, for example, sorting books by publication date in ascending order also sorts them by age in descending order. The knowledge about order relationships is useful for many data management tasks, such as query optimization, data cleaning, or consistency checking. Because the bODs of a specific dataset are usually not explicitly given, they need to be discovered. The discovery of all minimal bODs (in set-based canonical form) is a task with exponential complexity in the number of attributes, though, which is why existing bOD discovery algorithms cannot process datasets of practically relevant size in a reasonable time. In this paper, we propose the distributed bOD discovery algorithm DISTOD, whose execution time scales with the available hardware. DISTOD is a scalable, robust, and elastic bOD discovery approach that combines efficient pruning techniques for bOD candidates in set-based canonical form with a novel, reactive, and distributed search strategy. Our evaluation on various datasets shows that DISTOD outperforms both single-threaded and distributed state-of-the-art bOD discovery algorithms by up to orders of magnitude; it can, in particular, process much larger datasets.
KW - Bidirectional order dependencies
KW - Distributed computing
KW - Actor
KW - programming
KW - Parallelization
KW - Data profiling
KW - Dependency discovery
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1007/s00778-021-00683-4
SN - 1066-8888
SN - 0949-877X
VL - 31
IS - 1
SP - 49
EP - 74
PB - Springer
CY - Berlin ; Heidelberg ; New York
ER -
TY - JOUR
A1 - Ladleif, Jan
A1 - Weske, Mathias
T1 - Which event happened first?
BT - Deferred choice on blockchain using oracles
JF - Frontiers in blockchain
N2 - First come, first served: Critical choices between alternative actions are often made based on events external to an organization, and reacting promptly to their occurrence can be a major advantage over the competition. In Business Process Management (BPM), such deferred choices can be expressed in process models, and they are an important aspect of process engines. Blockchain-based process execution approaches are no exception to this, but are severely limited by the inherent properties of the platform: The isolated environment prevents direct access to external entities and data, and the non-continual runtime based entirely on atomic transactions impedes the monitoring and detection of events. In this paper we provide an in-depth examination of the semantics of deferred choice, and transfer them to environments such as the blockchain. We introduce and compare several oracle architectures able to satisfy certain requirements, and show that they can be implemented using state-of-the-art blockchain technology.
KW - business processes
KW - business process management
KW - deferred choice
KW - workflow patterns
KW - blockchain
KW - smart contracts
KW - oracles
KW - formal semantics
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.3389/fbloc.2021.758169
SN - 2624-7852
VL - 4
SP - 1
EP - 16
PB - Frontiers in Blockchain
CY - Lausanne, Schweiz
ER -
TY - GEN
A1 - Bouma, Gerlof J.
A1 - Hendriks, Petra
T1 - Partial word order freezing in Dutch
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe
N2 - Dutch allows for variation as to whether the first position in the sentence is occupied by the subject or by some other constituent, such as the direct object. In particular situations, however, this commonly observed variation in word order is ‘frozen’ and only the subject appears in first position. We hypothesize that this partial freezing of word order in Dutch can be explained from the dependence of the speaker’s choice of word order on the hearer’s interpretation of this word order. A formal model of this interaction between the speaker’s perspective and the hearer’s perspective is presented in terms of bidirectional Optimality Theory. Empirical predictions of this model regarding the interaction between word order and definiteness are confirmed by a quantitative corpus study.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 625
KW - bidirectional optimality theory
KW - corpus study
KW - definiteness
KW - variation
KW - word order freezing
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-430496
SN - 1866-8364
IS - 625
ER -
TY - JOUR
A1 - Dereudre, David
A1 - Mazzonetto, Sara
A1 - Roelly, Sylvie
T1 - Exact simulation of Brownian diffusions with drift admitting jumps
JF - SIAM journal on scientific computing
N2 - In this paper, using an algorithm based on the retrospective rejection sampling scheme introduced in [A. Beskos, O. Papaspiliopoulos, and G. O. Roberts,Methodol. Comput. Appl. Probab., 10 (2008), pp. 85-104] and [P. Etore and M. Martinez, ESAIM Probab.Stat., 18 (2014), pp. 686-702], we propose an exact simulation of a Brownian di ff usion whose drift admits several jumps. We treat explicitly and extensively the case of two jumps, providing numerical simulations. Our main contribution is to manage the technical di ffi culty due to the presence of t w o jumps thanks to a new explicit expression of the transition density of the skew Brownian motion with two semipermeable barriers and a constant drift.
KW - exact simulation methods
KW - skew Brownian motion
KW - skew diffusions
KW - Brownian motion with discontinuous drift
Y1 - 2017
U6 - https://doi.org/10.1137/16M107699X
SN - 1064-8275
SN - 1095-7197
VL - 39
IS - 3
SP - A711
EP - A740
PB - Society for Industrial and Applied Mathematics
CY - Philadelphia
ER -
TY - GEN
A1 - Margaria, Tiziana
A1 - Kubczak, Christian
A1 - Steffen, Bernhard
T1 - Bio-jETI
BT - a service integration, design, and provisioning platform for orchestrated bioinformatics processes
T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2 - Background: With Bio-jETI, we introduce a service platform for interdisciplinary work on biological application domains and illustrate its use in a concrete application concerning statistical data processing in R and xcms for an LC/MS analysis of FAAH gene knockout.
Methods: Bio-jETI uses the jABC environment for service-oriented modeling and design as a graphical process modeling tool and the jETI service integration technology for remote tool execution.
Conclusions: As a service definition and provisioning platform, Bio-jETI has the potential to become a core technology in interdisciplinary service orchestration and technology transfer. Domain experts, like biologists not trained in computer science, directly define complex service orchestrations as process models and use efficient and complex bioinformatics tools in a simple and intuitive way.
T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 822
KW - fatty acid amide hydrolase
KW - composite service
KW - service orchestration
KW - rest service
KW - electronic tool integration
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-428868
IS - 822
ER -